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真的是國產良心?——華為海思麒麟960SOC全解析

2016年10月19號,華為發佈了麒麟最新旗艦級SOC——麒麟960。本文力求避開電腦體系結構和具體設計優化,在搭配麒麟960的終端出來之前,和大家談談這顆麒麟960SOC。

首先聲明,任何的廠商發佈會都是以宣傳為目的,吹牛只是多和少的問題,實際情況還需要多維度嚴謹地去研究。

一、參數總覽

二、規格說明1、CPU--Cortex A73(sophia)

麒麟950上的公版A72架構比高通和三星自主架構,具有更高的性能和能效比。

A73是ARM在今年初才公佈的架構,和A72結構差別較大,反而是屬於沉默已久的A17系列演進版。我們知道A9-A12-A17這條產品線,是屬於Mainstream Level。A73脫胎於此,ARM官方發佈會一直在強調A73的設計理念:讓CPU能維持高性能輸出狀態。

A73相對A72的最大變化便是發射寬度由3變成2,整體流水線變成11級(和A17一致)。我們知道發射寬度對IPC的影響不小,ARM在以下地方有做出改進:

A、前端是順序結構,減少了指令拾取週期,並且優化了解碼效率。

B、去掉多餘的AMBA5介面和L1 cache的ECC,更加專注于民用移動應用。

C、L1 cache容量由48KB提升到64KB,cache輸送量和延遲都有提升。

D、後端全亂序執行,提高了分支預測性能。

ARM官方表示A73可以追上A72的單位性能。在筆者看來,A73的架構和A17太像了(而A17的性能放到現在就很渣),僅僅靠指令集拓展和部分優化是否能產生跨越式的進步,吃瓜群眾應該表示懷疑。

在宣傳中,ARM採用了很賤春秋筆法,就是預設制程和頻率並不一樣情況下大談架構進步!10nm的A73 2.8GHz在保持持續性能上比16nm的A72 2.5GHz高出30%。

按照華為的說法,麒麟960的A73頻率提高了100MHz,單執行緒提升10%,多執行緒提升18%。如果ARM沒吹牛,華為麒麟960CPU部分宣傳可信度還是比較大的。

2、內部匯流排--CCI-550

要說麒麟950的最大缺陷是什麼,其實就是內部匯流排:採用CCI-400搭配了自主記憶體控制器(因為原配DMC400根本不支持LPDDR4)。因為匯流排的限制:1、記憶體用LPDDR4,效果其實和LPDDR3沒啥區別;2、內部吞吐也被限制。

CCI-400 INTERFACE

CCI-550 Interface

麒麟960在這一塊補上了短板,使用了最新的CCI-550,峰值頻寬為50GB/S,提高記憶體性能。GPU可以直接和匯流排互聯了,優化了CCI-500引入的監聽探針,使得不同內核的調度更為高效。

因此,還好這次更換匯流排,要不絕對被祖傳老匯流排坑死!

3、GPU--G71(Bifrost架構)

麒麟950上的T880MP4,峰值性能只有adreno530的1/3。ARM的上一代GPU架構竟然用了5年。

Bifrost架構的變化很大,要不也不會採用全新命名了。主要概括為:指令級並行向量處理演進到了執行緒級的並行標量處理架構,這種轉變的目的就是使得ALU日常處理效率得到提升。

上圖為標量和向量架構在處理不同資料流程時候的效率區別。

Vulkan API,這是一個通過軟硬體介面優化提高圖形渲染效率的方法,其實ARM T880已經原生支持,麒麟960的G71其實只是把之前漏掉的補上而已。

根據官網提供的參數,G71最明顯的變化就是三角形生產率下降,圖元生成率上升了。ARM宣稱G71單位面積電晶體性能表現有 40% 的提升,功耗比提升20%。

筆者認為,按照華為官方的說法,海思960裡面的G71MP8,同頻達到了近2.8倍的性能,據測算GPU功耗保守估計會增加2倍。

4、UFS2.1

麒麟950SOC搭配的快閃記憶體是EMMC5.0/5.1隨機混合搭配。

這一次麒麟960SOC採用的快閃記憶體規格是UFS2.1。UFS2.0是JEDEC組織在2013年提出的快閃記憶體標準。相比較EMMC,UFS的傳輸方式由半雙工進化為全雙工,並且提高了傳輸頻寬。

快閃記憶體規格的演進

UFS2.1目前並沒有明確的定義,較為合理的解釋其實應該是UFS2.0的高速版本(HS-G3 ),理論傳輸頻寬可達12Gbps。因此對於UFS2.1這個命名,筆者認為有宣傳成分在裡面。具體在手機上,不同供應商的UFS2.0快閃記憶體顆粒肯定有不同性能,這點消費者其實也沒法控制。

5、基帶

對於前一代的麒麟950SOC,使用的是Balong720+VIA CDMA Baseband,應用了雙載波聚合,峰值DL速率是CAT.6 300MBbps。

到了麒麟960的基帶,可謂突飛猛進。

1、技術規格上,麒麟960的基帶是一個嶄新的系列(名字未知,但肯定不是balong了)。應用了4載波聚合和MIMO多發射接收技術,下行速度達到600Mbps。

2、根據直播現場發佈會負責人的口述,整合的CDMA基帶屬於自主研發並且繞過了高通的專利!

這款全網通基帶,在技術規格上至少和高通snapdragon820上的X12基帶持平,除去X16和概念性的X50。因此,高通在移動通信基帶上的優勢被大大縮小了!

另一方面,高規格峰值速率只是技術極限的象徵(就是個最佳值而已)。在實際上網體驗中,還特別需要運營商的支援。實際上,要能穩定100Mbps速率,實現全方位覆蓋,降低基站轉換延遲和網路請求延遲,能實現這些進步才能切實提高網路體驗!

5、其他

通話部分預示了下一代Mate的設計:4MIC採樣。相比Mate8依靠3MIC打造的上佳通話和錄音功能,Mate9顯然非常值得期待。

ISP部分,預計依舊是華為法國nice團隊研發。發佈會上並未公佈參數(應該沒有提升),硬體增加支援了深度採樣、超級解析度、視頻防抖等功能。

音訊部分晶片名字HI6403,聲學指標稍微提升了一點。這裡要警惕華為“HIFI”的噱頭,筆者認為實際有點吹牛了喂。硬體支援的取樣速率提升到了24bit/192Khz,但是具體到使用中,還需要軟體的支援。我估計實際水準應該和獨立DAC設計會有明顯差距。

安全方案,其實ARM官方自己是提供了一個名為“TrustZone”的安全方案。華為InSE屬於一個自主定制的,更高級別的認證晶片配合自己的加密演算法。

工藝部分,和去年持平,並未採用apple A10fusion上的InFO封裝技術(InFO可以把封裝基板做薄,有利於佈線和散熱。這個InFO封裝工藝可能被蘋果獨佔了)工藝的提升是世界性難題,按照歷史的進程,兩年能更新一次工藝節點已經可以燒高香了。

三、競爭力

先吐槽兩點:麒麟960最後的宣傳結語,“拒絕迷途”翻譯成莫名其妙的“Refuse me too”。

還有傻笑合不攏嘴的麒麟LOGO?

海思宣傳部門估計雇傭的是以前居委會畫吉祥物的大媽。在實力提升的同時還要注意審美要與時俱進呀!看看人家高通塑造的驍龍形象!

關於ARM CPU IP授權的問題。凡是和ARM相容的處理器其實都要交錢給ARM,目前高通三星蘋果的自主研發其實就相當於買了個發動機專利來造汽車,採用公版可以比喻為多買了個底盤。自主是相對的,當然也能體現研發實力。GPU部分自由度大一些,目前按照技術排名筆者認為依舊是Imagination>Qualcomm>ARM。

和桌面級別晶片一樣,在性能競賽中,工藝制程的反覆運算越來越重要,純架構效率挖掘會越來越困難。A73的研究方向是對的,提高能耗比以維持高頻高性能才能實際提高應用體驗。基帶部分其實是所有移動終端IC設計公司的痛點,英偉達和德州儀器因為基帶早就退出了移動SOC競爭,麒麟960的難能可貴,很大程度歸功於基帶的實力。

對手機終端廠商來說,華為麒麟960具有劃時代的意義。因為這顆麒麟960讓華為成為全球唯一能垂直整合旗艦手機SOC+高質全網通基帶的移動終端廠商!任何手機終端廠商在高端市場做技術選擇的時候,無一例外會因為CDMA基帶而遷就于高通。華為在自主晶片和通訊基帶上的強勢,可以極大提高設計自由度,並且軟體團隊無縫對接硬體團隊實現更好的底層優化。作為參照,三星旗艦因為全網統基帶的缺失採用雙平臺策略,使得團隊要對兩個平臺進行優化,結果就是三星高通820平臺的優化明顯差於自家Exynos8890!

此外,按照以往經驗,ARM自主GPU其實是一大軟肋,在架構效率上不及Adreno和PowerVR。這次麒麟960將面對的一大問題將是GPU的功耗。簡而言之,要麼麒麟960GPU性能提升達不到宣傳預期,要麼GPU會成為SOC耗電大戶。

華為在這個節點發佈麒麟960,打的就是對下一代移動SOC將近半年的錯位競爭優勢。在具體性能表現上(前提是ARM沒吹牛),筆者認為這顆SOC基本能圓發佈會吹的牛。但在下列三個方面存在疑慮:

1、圖形表現。峰值性能應該稍微弱於宣傳,和Adreno530相當,GPU或許不能穩定高頻。

2、拍照表現。根據去年麒麟950發佈會宣傳和今年華為今年實際拍照表現,如果演算法還是沒搞好,表現會撲街。

3、快充技術。這個應該和電源管理晶片有關,目前情況不明朗。

筆者認為可預見最明顯的提升,則是:麒麟960高效能CPU+新匯流排+新快閃記憶體規格+自家優化=或許會成為速度最快(安卓)手機。

四、結語

華為海思的進步是有目共睹的,麒麟960也確實在技術上日趨完美,但是也不可妄自尊大。其實很多對華為厭惡的數碼愛好者大部分是因為某些過於極端的粉絲加上以前華為偶爾很不討人喜歡的宣傳手法 。移動市場的競爭非常激烈,蘋果除了基帶依舊領先全場,今年丟盔棄甲的三星說不準明年會拿出什麼“大招”,老牌領頭羊高通起碼在基帶上還是傲視群雄啊。

華為麒麟960在目前為止似乎是一塊幾乎沒有缺點的SOC,這種進步起碼讓人看到很大希望的,實際表現值得期待。

【結語】

本文由什麼值得買網友“Mosfet”撰寫並授權轉載,如果你有更多好物想跟我們分享,歡迎在評論區與我們互動。

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