抢跑5G时代解析华为麒麟990和三星Exynos980

进入到2019年下半年，5G手机上下游比赛变得反常剧烈起来。除了各大手机厂商争相发布5G手机之外，5G芯片厂商也没闲着，刚刚发布的华为麒麟990 5G芯片和三星Exynos980 5G芯片就反常招引眼球。华为麒麟990定位旗舰，三星Exynos980面向中端，但都集成5G基带，下面就让咱们一同了解一下两款5G芯片实践带来的前进与技能更新。

华为麒麟990

5G基带：从外挂到集成

相关于曩昔的SoC，麒麟990 5G版芯片最大的亮点便是集成5G基带，而不是简略地封装到一同，通讯模块和CPU、GPU同享着内存，功耗更低，数据传输速率更快。在5G通讯方面，麒麟990 5G版芯片选用NSA/SA双组网办法，向下支撑TDD/FDD全频段，充沛应对不同网络、不同组网办法下对手机芯片的硬件需求，不光适用于现阶段4G到5G过渡时期，还适用于之后的单5G时期。下行峰值速率到达了2.3Gbps，上行峰值速度到达了1.25Gbps，能够完结无缝加载视频、数秒下载1GB巨细文件、痛快网络云游戏等功用。针对外场通讯环境的应战，麒麟990 5G选用带宽分配技能（BWP技能），在轻负载数据下功耗可下降44%，比其他计划功耗优化高了20%。

集成5G基带，下行峰值速率到达了2.3Gbps，上行峰值速度到达了1.25Gbps。

一起，针对两个要点场景——高速移动和5G信号掩盖弱的区域，麒麟990 5G版芯片运用AI技能进行了深度优化。针对高速移动的运用场景，它依据机器学习技能选用自习惯的信号接纳机制，加强波形捆绑，运用机器学习技能进行信道匹配，让手机在移动过程中，主动挑选最佳的5G信道。

余承东表明，这一技能在实践测验（每小时120公里的运动速率）中，5G下行速率能够前进19%。针对5G信号散布较弱的区域，关于上行速度要求比较高，麒麟990 5G版芯片选用了智能上行分流规划。在接入网NR上行资源受限时，上行速率仍能够前进5.8倍。

CPU：旧架构 新工艺

为了操控芯片尺寸，集成5G基带的麒麟990 5G版芯片运用台积电7nm+EUV制程工艺，是业界现在晶体管数最多、功用最完好、复杂度最高的5G SOC芯片。EUV（Extreme Ultraviolet Lithography）又称极紫外光刻，是一种选用13.5nm长的极紫外光作为光源的光刻技能。比较于现在干流光刻机用的193nm光源（DUV技能），新的EUV光源能给硅片刻下更小的沟道，然后能完结在芯片上集成更多的晶体管，然后前进芯片功用。

跟着半导体工艺的开展，芯片晶体管的面积和密度越来越挨近物理极限，DUV技能在制作芯片时会发生严峻的衍射现象，难以推动制程工艺的前进，因而EUV技能就成为打破这一瓶颈的要害。

材料显现，麒麟990 5G版芯片的面积超越100mm ，高于麒麟980（台积电7nm）的74.13mm 和麒麟970（台积电10nm）的96.72mm ，或许成为华为迄今为止面积最大的手机处理器。相较于单一选用7nm工艺，晶体管密度前进了18%，能效前进10%，晶体管数量也到达了103亿之多，与此前的麒麟980比较晶体管添加44亿个，可见新工艺带来的芯片面积减小相当可观。具有极小“身段”的麒麟990 5G版芯片相较于外挂基带计划，能够在规划上为其他部件腾出更多的方位，前进能效之余，也能为添加更多的手机功用埋下伏笔。

依据7nm+EUV制程工艺，晶体管密度更高，数量到达了103亿之多。

功用方面，麒麟990 5G版芯片仍然保存仍然保存麒麟980上的2大核+2中核+4小核装备，其间2颗大核为2.86GHz Cortex-A76，较上一代麒麟980前进了12%；2颗中核为2.36GHz Cortox-A76，较麒麟980前进了35%；4颗小核为1.95GHz Cortex-A55，较麒麟980前进了15%。一切四个A76内核都具有512KB L2缓存，而A55内核各为128KB。从技能上讲，麒麟990 5G版芯片选用的A76内核针对缓存体系进行一系列增强，改进内存推迟，是“依据A76”的强化版。

选用2大核+2中核+4小核装备，功用跨过晋级。

麒麟990系列SoC架构和首要技能

5G到来后，除了对中心CPU处理器的要求前进之外，还对手机存储速度有了更高的要求。于2018年1月30日发布的超高速闪存UFS 3.0是迄今为止最新的存储规范，选用双通道规划，能够最高到达23.2Gbps的传输带宽，能够更好地习惯5G网络的速度。

从揭露的测验数据来看，UFS 3.0 闪存（512GB容量）的次序读取速度可高达2100MB/s、写入速度高达410MB/s，随机读速63K IOPS、写速68K IOPS，较UFS 2.1（1TB）别离前进了1.1 倍、0.58 倍、0.09 倍和 0.36 倍。除了能使信息、材料以更快速度读取和写入，UFS 3.0 的功耗也更低。麒麟990支撑UFS 3.0和UFS 2.1存储规范，也便是说未来搭载该款芯片的旗舰级手机将会优先支撑UFS 3.0闪存，往常无论是装置软件仍是读取文件相较于曩昔的UFS 2.1都会变得愈加速速。

进入2019年，ARM公司发布了最新的A77架构，较A76架构的功用前进非常可观。为什么本年发布的麒麟990 5G版芯片没有选用新的架构？华为表明尽管A77到达了更高的峰值功用，但A77和A76在7nm上的功率功率实践上平起平坐。实践上，A76在7nm工艺上的技能更老练，中心频率能够到达更高，而A77有待制程工艺的进一步前进，才干削减因功用前进而带来的能耗。

GPU+NPU：晋级架构 AI功用翻倍

在图形处理方面，GPU比处理器功用更重要，是直接决议手机能否流通运转大型游戏的要害因素。决议GPU体现的参数则跟处理器类似，架构和运算单元数量决议其功用。麒麟990 5G芯片选用和麒麟980相同的ARM Mali-G76架构，但中心数从10晋级为16核。在中心数大幅度添加下，麒麟990的图画处理才干也有了大幅度前进，功用前进6%，能效前进20%。

为了愈加有用前进GPU能效，麒麟990 5G版芯片选用了Smart Cache分流技能，明显前进GPU资源装备，带宽需求下降15%，DDR（Double Data Rate，双倍速率）内存功耗下降12%。一起，麒麟990 5G版芯片对调理资源装备做了优化，晋级了全新的AI调频调度技能，从动态动身感知功用瓶颈，而且对本来的Kirin Gaming+做了大幅的晋级优化，树立更为科学的功用功耗模型，促进游戏帧率更为安稳，每一帧调频准确率前进30%。

选用了Smart Cache分流技能，明显前进GPU资源装备。

华为在发布会上展示了《平和精英》游戏过程中的作用视频，能够看到在游戏过程中的功用功耗较比较机型更低，帧率根本保持在59~60fps之间，动摇率并不大。

在AI功用上，麒麟990 5G版芯片比较于上一代也有了严重晋级。华为将此次发布会界说为“重构”，其间非常重要的一点便是在NPU上。麒麟990 5G版芯片的NPU架构选用了华为自研的达芬奇架构，内部细分为许多单元，包含中心的3D Cube、Vector向量核算单元、Scalar标量核算单元等，它们各自担任不同的运算使命完结并行化核算模型，一起保证AI核算的高效处理。

达芬奇架构以3D Cube的矩阵运算为根底，引进Vector向量核算单元作灵敏的调整，针对矩阵运算进行加速，能够大幅前进单位面积下的AI算力。麒麟990 5G版芯片的3D Cube的立体阵列到达16×16×16，与现在干流的具有NPU架构的芯片比较较，能效最高多达8倍，功用最高多达6倍。和麒麟980和麒麟970的寒武纪NPU不同，麒麟990 5G版芯片选用了两个大核NPU+1个微核NPU规划，微核能在大多数场景下充任代替大核的人物，削减因算力前进导致的功耗大幅添加的问题。

达芬奇架构具有16×16×16的3D Cube立体阵列

此外，麒麟990 5G版芯片支撑华为HiAI敞开架构2.0、支撑谷歌Tenorflow、Android NN。在全新的架构形式下，麒麟990 5G版芯片支撑300多个算子，比上一代的麒麟980多了近100个。支撑90%的视觉核算神经网络，涵盖了现在一切开源的网络模型，比方VGG、Resnet、VDSR、Deeplab等。

在AI算力的大幅度前进下，麒麟990 5G版芯片不只对辨认场景、AI算法、资源装备大有裨益，在实时视频场景下也能发挥大用处。在开视频的情况下，能够实时针对视频中的人、不同物体进行辨认和切割。发布会上的Demo显现，用户能够实时改动视频布景，能够将多人中的一个人放到屏幕另一边，或许随意进行缩小和扩大，而这些都是在实时状态下完结的。

ISP：自研技能 两层降噪

除了CPU、GPU之外，SoC芯片往往还集成了ISP（图画传感处理器）和DSP（图画处理器芯片）。麒麟990 5G版芯片搭载了海思最新研究出来的ISP（Image Signal Processing，意为图画信号处理）5.0技能，吞吐率前进15%，能效前进15%。参加单反级BM3D图画降噪技能和双域联合视频降噪技能，相片降噪才干也前进了30%，视频降噪才干前进了20%。

单反级BM3D图画降噪技能先把图画分红必定巨细的块，依据图画块之间的类似性，把具有类似结构的二维图画块组合在一同构成三维数组，然后用联合滤波的办法对这些三维数组进行处理。最终，经过逆变换，把处理后的成果返回到原图画中，然后得到去噪后的图画。经过发布会展示的样张比照来看，拍照同一场景下，扩大同一个蓝色毛线球能够明晰地看到麒麟990 5G版芯片在图画细节处理上要比麒麟980好上不少，缠绕着的毛线条条可见。

单反级BM3D图画降噪技能在图画降噪上的体现相较于上一代麒麟980芯片更为超卓

在视频拍照方面，画面中的噪声首要来自两个维度：空间域和时域。视频中的噪声在空间域上的体现便是同一时刻不同方位上呈现的噪声，在时域上的体现便是同一方位噪声不断闪耀。麒麟990 5G版芯片在空间域的根底上叠加了频域，然后再和时域进行结合，对视频内的降噪处理也有超卓体现。

双域联合视频降噪技能有用去除视频画面上的杂色

扩大样张来看，麒麟990 5G版芯片在去除杂色方面非常到位，反观比照样张，本来一色不染的河感染上了斑斑红迹，由此可见在视频拍照处理上麒麟990 5G版芯片更胜一筹。麒麟990 5G版芯片的ISP协作AI算力，乃至能够仅经过实时动态面部图画来读取用户的心率。

三星Exynos 980

9月4日，三星发布5G处理器Exynos980。中心规范方面，Exynos 980选用8nm FinFET制程工艺，集成2颗2.2GHz Cortex-A77大核和4颗1.8GHz Cortex-A55效能中心，装备Mali-G76 MP5 GPU，内置NPU，支撑LPDDR4X RAM和UFS 2.1闪存。

在架构和制程工艺上，三星Exynos 980没有过多的亮点，最大的卖点是集成5G基带，兼容NSA和SA两种5G组网办法，将5G通讯调制解调器与高功用移动AP(Application Processor)合二为一，完结了超高速数据通讯。

三星Exynos 980技能规范一览

依据官方数据，三星Exynos 980支撑在5G通讯环境下即6GHz以下频段，完结最高2.55Gbps的数据通讯；在4G通讯环境下，支撑LTE Cat.16下行（5载波1Gbps）和LTE Cat.18上行（双载波200Mbps），最高可完结1.6Gbps的速度。4G-5G双衔接（E-UTRA-NR Dual Connectivity）状态下，下载速度每秒最高可达3.55Gb，一起支撑Wi-Fi 6，让顾客更敏捷、更安稳地享用高清印象等大流量的流媒体服务。

与此一起，三星Exynos 980的人工智能核算功用也得到优化。它内置高功用NPU，人工智能核算功用比上代前进约2.7倍。核算功用前进后，Exynos 980可依据用户的设置为数据主动分流，完结内容过滤功用，还能快速处理衔接虚拟与实际的混合实际（Mixed Reality）、智能相机等大容量数据，可适用于多种不同的环境。和依托和云盘服务沟通数据来完结的现有的人工智能核算不同，三星Exynos 980完结可自主核算的终端侧人工智能(On-Device AI)，这样一来便具有了维护用户个人信息的优势。

在手机拍照方面，三星Exynos 980内置高功用ISP，最高支撑1.08亿像素独立摄像头或双2000万像素镜头，最多可衔接5个图画传感器，并支撑3个传感器一起驱动，适配移动设备多摄像头的开展趋势。内置多格式编解码器（MFC），支撑每秒120帧的4K超高清视频编码和解码，支撑HDR10动态映射。归纳ISP和NPU的强悍功用，三星Exynos 980可辨认拍照物体的形状、周围环境等，主动调理至最佳值。

面向5G，SoC会怎样开展？

近来，包含华为、vivo、三星、OPPO等手机企业在5G手机上的“军备”比赛正式开端，5G芯片成为最要害的一环。到今天，国内商场上能够购买到的5G手机已有多款，其间一款搭载华为5G芯片，其他大多搭载高通芯片。相较于当时5G手机遍及选用的外挂基带计划，更高集成度的SoC芯片不只能够削减功耗和发热，还会下降对手机内部元器件空间的侵吞，这被看作是5G遍及的重要一步。往后，移动SoC芯片会有哪些趋势呢？

外挂5G基带将离场

除了刚刚发布的华为麒麟990和三星Exynos 980，联发科也宣告开端送样旗下首款集成5G基带的SoC M70，选用7nm工艺，CPU大核同样是Cortex A77，GPU为Mali G77，5G下行最快速度可到达4.7Gbps。曩昔，各大厂商经过选用处理器调配5G基带芯片外挂的规划，抢先进入5G商用阶段，但这种办法在本钱和作用上仍旧存在坏处。

集成5G基带芯片的呈现，对5G商用进程来说无疑是一大重要打破。华为、高通、三星、联发科这四家厂商的5G SoC量产商用将会会集在本年年底至下一年第一季度中，到时外挂5G基带的手机将会完结自己的历史使命，逐步退出5G手机商场。

三星和vivo宣告到达协作，vivo搭载三星Exynos 980处理器的手机将于本年年内上市。

向5nm工艺进发

在集成度更高的SoC芯片上，为了操控芯片尺寸，需求运用更先进的制程工艺。现在，7nm制程代表芯片商场的旗舰水准，5nm制程工艺将会是各家企业全力进军的下一个顶峰。三星已在4月宣告完结5nm芯片研制，并称将于下一年量产；代工巨子台积电也表明将于下一年量产5nm芯片。

依据台积电材料显现，和7nm制程工艺比较，选用5nm制程工艺的芯片能够供给1.8倍的逻辑密度，功用前进15%，芯片面积缩小15%。这其间，EUV极紫外光刻技能是5nm制程要害技能。现在，台积电的5nm EUV工艺已开端风险性试产，量产则有望在2020年第二季度开端，正好满意集成5G基带的SoC芯片。

EUV光刻机成了限制5G开展的重要因素，先进制程工艺的芯片出产难度更高。

更快的RAM和ROM

5G网络的直接优势是网速更快，网速前进带来的是硬件需求前进，LPDDR5 RAM和UFS 3.0 ROM将会成为5G旗舰智能机即将占据的技能制高点。具体来说，LPDDR5的速度将到达6400Mbps，比LPDDR4翻番，比LPDDR4X（4266Mbps）前进50%。依照IC厂商Synopsys泄漏的，LPDDR5将引进WCK差分时钟，类似于GDDR5，然后在不添加引脚的情况下前进频率。

此外，LPDDR5还将引进link ECC，具有从传输过错中康复数据的才干。考虑到手机的续航才干，LPDD5在下降功耗方面也做了更详尽的作业，尽管电压相较于LPDDR4X未变，可是搁置状态下的电流将削减40%。另一方面，全新UFS 3.0将替代现在的UFS 2.1接口，为闪存供给翻倍的读写功用（2000MB/s）。

三星电子开端量产最新的12Gb（单颗容量为1.5GB）的LPDDR5内存颗粒，针对5G与AI进行优化，速度到达5500MB/s。

UFS3.0闪存的规范电压为2.5V，比今世UFS规范的2.7~3.6V更低，这将带来更低的功耗和更长的电池续航时刻。跟着存储功用在手机上的重要性逐步凸显，三星、东芝、西部数据、SK海力士、美光等均加速布局下一代存储技能UFS3.0和LPDDR5。

JEDEC(固态技能协会)推出UFS 3.0规范，比UFS 2.1功用翻番，理论的接口带宽最高23.2Gbps，到达了2.9GB/s。

麒麟990系列支撑UFS 3.0

支撑更高像素摄像头

3G年代，咱们首要依托图片进行沟通；4G年代，咱们首要依托视频进行沟通；那么到了5G年代，交际会不会以愈加传神的办法进行？在这傍边，手机拍照的技能变得非常重要。手机摄像头数量逐步在添加，COMS的解析力也从800万、1200万、2400万递增到4800万、6400万像素。

Redmi Note8 Pro首发三星6400万像素GW1传感器，支撑硬件直出6400万像素。

此前，三星宣告与小米联合开发1.08亿像素的ISOCELL Bright HMX传感器，将于晚些时分在小米手机上首发。现在，三星发布的Exynos 980也将支撑最高1.08亿像素独立摄像头。得益于5G网络的超高清传输才干，超高像素摄像头手机的呈现不只仅是技能到位，更是全方位客观的商场需求。只要在5G情况下，超高像素摄像头的图片和视频才干快速共享，因而超高清拍照将会是5G落地使用的又一展示。

三星和小米协作研制，推出1.08亿像素的ISOCELL Bright HMX传感器。

写在最终

总的来看，移动设备SoC芯片正处在技能更新换代的要害时分，5G落地、制程工艺进化，带来了更强的功用、更高的集成度、更明晰的摄像头以及更快的网速、存储。5G智能手机迸发前期，谁抓住了先发性，便能够首先蚕食5G大蛋糕。在这一点上，国产品牌无疑现已完结弯道超车，5G芯片、5G终端的发布都祖先一步。