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麒麟950性能解析 16nm工艺力碰骁龙三星

2015-11-06 21:09:45 中关村在线
 赶在高通骁龙820之前,11月5日华为抢先发布了麒麟950 芯片,同时也为本月底华为Mate8的亮相做准备。直接跳过20nm制程,麒麟950首次采用了性能和功耗优势兼具的16nm FinFET plus工艺SoC 芯片,节省超过70&的能耗,性能方面采用业界领先的4*A72+4*A53 big.LI TTLE架构设计以及MaliT880(主频900MHz)图形 处理器,最高主频2.3GHz,内置i5智能感知协 处理器,图形生成能力提升100%,安兔兔跑分显示跑分高达82000,性能上重新树立国产 芯片标杆,同时在高端手机市场进一步冲击高通810和三星Exynos 7420。
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  麒麟950性能解析 16nm工艺力碰骁龙三星

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  麒麟950主要规格

  16纳米FinFET尖端工艺

   海思从2013年底开始了麒麟950的立项,一开始就面临两难选择,28nm工艺已经在麒麟上延续多代,竞争对手骁龙810的20nm和三星Exynos 7420的14nm均已量产商用, 海思必须在工艺上更进一步,起初麒麟950考虑使用 台积电20nm工艺,发现虽然晶体管密度有近一倍提升,单位面积功耗却有1.5倍的上升,背离了 海思高效低耗的初衷,最终在和 台积电紧密合作之后,麒麟950决定挑战工艺复杂度大幅增加的16nm FinFET plus晶体管技术。

  传统晶体管结构中,控制电流通过的闸门,只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开,属于平面的架构。在FinFET的架构中,闸门成类似鱼鳍的叉状3D架构,可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage),也可以大幅缩短晶体管的闸长。14nm的xynos 7420采用的就是这种结构设计。

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  安兔兔跑分破8万

  16nm FinFET plus工艺做到了性能功耗的优势兼具,单 芯片集成的晶体管数目从20亿个增加到30亿个,是 TSMC 28HPM的两倍,工艺性能提升65%,同时节省70%的功耗,相比20SoC工艺,性能提升40%,功耗节省60%。

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  选择16nm FinFET plus工艺

  但是整个工程难度成倍提升,首先是FinFET中晶体管结构变形为3D结构,由此带来了更为复杂的3D模型以及更容易产生的寄生效应;其次金属互联难度成倍提升,设计规则也从此前的10000+条增长至近40000条。为了实现商用,麒麟 芯片团队和 台积电在16nm上展开摸索,共同推动了16nm先进工艺的量产成熟,并于2014年4月实现首次投片,并于2015年1月实现量产。

  值得一提的是今年8月份麒麟950就已实现稳定量产,在剔除离子污染带来的硅纯度不稳定和金属互联不稳定威胁后,良品率已经从20%提升至了80%,采访中 台积电也表示作为先导合作伙伴,无需担心 海思产能问题,也就是说一旦华为Mate 8上市,至少在 芯片供应上不会拖后腿。

  A72+MaliT880 领先的 ARM架构

  性能方面麒麟950采用了业界首个4*A72+4*A53 big.LI TTLE架构设计以及全新一代的MaliT880(主频900MHz)图形 处理器。 ARM公司于今年2月份推出了A57的继任者A72,得益于先进的工艺,A72核心频率更高,可以达到2. 5GHz, ARM提供的数据表明,A72核心在16nm FinFET工艺下,2. 5GHz频率运行时功耗只有750mW。性能方面 ARM Cortex A72核心相比A57提升11%,功耗降低了20%,能效比综合提升30%。
A72+MaliT880 领先的ARM架构
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A72+MaliT880 领先的 ARM架构

  性能和功耗上华为拿麒麟950和骁龙810以及三星Exynos 7420进行了两项横向 测试——Boost突发性能 测试以及高频持续性能。Boost性能对比是 测试 CPU在应对高复杂运算时能够调用的性能,主要考验单核,麒麟950要比A57的三星Exynos 7420高出22%;在3.5W散热能力约束条件下三种不同架构 芯片的高频持续性能也不尽相同,主要考验 芯片的散热能力。散热能力不足情况下维持 芯片的高位运行不仅会导致手机发热也会让 芯片主动关闭 处理器,所以持续性也是 测试 芯片性能的指标之一,这里麒麟950依然要比对手高出56.5%。

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  两大性能 测试标准对比

   GPU方面祖传MaliT628MP4退役,用性能更为强劲的MaliT880图形 处理器取而代之,其主频高达900MHz,基于16nm FinFET+工艺的Mali-T880在同频率下性能是Mali-T760的1.8倍,同时功耗减少40%。与麒麟930相比,麒麟950图形生成能力提升100%,GFLOPS提升100%。存储性能方面,麒麟950支持双通道LPDDR4内存、UFS 2.0、eMMC 5.1、Category 10 LTE、USB 3.0、蓝牙4.2以及最高4200万像素摄像头模块等顶级标准。

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  MaliT880

  值得一提的是为了进一步优化用户的实际使用体验,麒麟950使用高速摄像机以每秒10000帧的速率捕捉手机操作的每一个细节,最终确定了影响用户体验的三大关键——启动速度、操作响应以及滑动帧率。发现快速响应的体验取决于 CPU的Boost性能,用户触发操作时 CPU占用率会在瞬间升至近70%,手机必须做到100毫秒响应才能不会给用户造成运行速度慢的感受。流畅则取决于 芯片的持续性能,一般工作状态下需要确保每一帧绘图在1/60秒内完成,才不会有卡顿的体验。

  解决卡慢 智能Boost调度算法

  了解造成手机卡顿和变慢的因素之后,麒麟950在性能之上加入了启发式智能调度算法,针对不同的使用场景采取不同的响应方式。比如智能Boost可以在需要Boost的地方,进行基于场景负载预测和智能探针技术的预判,提供多种百ms级的Boost响应,完成后迅速收回。根据负载预测,灵活将负载分担给DSP、 GPU、大/小/微核以及专用IP上提升能耗比;针对Android关键流程进行优化改进,发挥多核优势,减少串行等待。最终做到在不积累额外热量的同时,提升用户的实际性能体验。
解决卡慢 智能Boost调度算法
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解决卡慢 智能Boost调度算法

  功耗方面麒麟950运行在一块3500毫安时的电池时,也做到了续航的全面提升,普通用户的手机续航能力提升了10小时,可以达到两天的使用时间。

  新智能感知 处理器i5

  协 处理器方面麒麟950拥有全新升级的i5,i5采用了最新的M7核心,性能比M3提升4倍。作为麒麟950大小核架构的一部分,i5将二代中主 CPU架构中的融合运算能力搬运到了自己身上,在不用唤醒主 CPU的情况下自己就可以进行部分计算;i5还可以与大核A72、小核A53协同共享资源,由主系统进行智能调度,在需要主 CPU工作的场景下,处于感知状态下的i5克迅速唤醒主 CPU,进而缩小 CPU的启动时间。值得一提的是i5仍然可以在1%电量时持续搜集来自各个传感器的数据,以极低的功耗让手机处于Always Sensing状态。

   芯片级智能定位

  另外麒麟950还推出了新一代的融合定位机制,主要应对城市复杂的信号场景,比如隧道中无法定位、高楼林立时造成定位凌乱以及造成多次无意义搜星的功耗提升。基于麒麟 芯片的新一代融合定位机制FLP(Fused Location Provider)可以做到智能判断场景和运动状态,用于调动不同的定位源,为我们提供合适的定位结果。
芯片级智能定位
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芯片级智能定位

  实际体验中解决GPS信号不好时定位离散漂移的问题;没有GPS信号时可以段时间持续定位并做到增加轨迹记录功能;在GPS信号断续以及多路径情况下光标做到持续定位不跳变;提供持续方向指引用户持续方向不迷失。实现超低功耗解决方案,FLP功耗从90mA降到6.5mA,功耗降幅超90%。

  自研ISP带来突破性拍照性能

  在 处理器升级的同时,麒麟也虚心接受用户的批评,比如“麒麟 芯片万年 GPU”、“拍照对焦太肉”,现场 海思CTO艾伟承认作为一家年轻的厂商,在很多领域受限,比如ISP技术。为了解决这些不可控顽疾,麒麟950还首次商用了自家ISP技术,目前麒麟950支持14bit双ISP,吞吐率为960MPixel/s,支持混合对焦技术,可以根据拍照场景自适应选择最佳对焦方式,实现快速精准对焦。
突破性拍照性能
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突破性拍照性能

  摄像头方面支持前后同时1300万像素传感器,最大可以支持3200万像素摄像头拍摄。基于 芯片的人脸检测技术可以做到最高35张脸的连续识别跟踪能力,同时做到拍照时人脸肤色的真实还原。以下是即将发布的华为Mate8和iPhone6s的拍照盲测对比,左侧iPhone6是,右侧华为Mate8,这些场景中麒麟950的表现更优秀。

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  盲测优于iPhone6s

  自研 射频 芯片支持更广泛全球漫游

  最后麒麟950还加入了新一代自研 射频 芯片,能够实现原来两颗 射频 芯片的功能,单 芯片支持载波聚合功能,支持的频段更宽(450MHz-3.5H),助力手机更广泛的全球漫游。另外它依旧只支持LTE Cat6,最高支持300Mbps的下行速度,华为解释称更高的网路速度对于目前的运营商服务是无法实现的,所以网络方面麒麟950依旧跟随运营商的服务能力而设定,同时也最大程度上对载波聚合的频段进行组避免不必要的浪费。

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  麒麟950全新架构

  研发投入不足 麒麟不会走出去

  大会上艾伟先生对麒麟 处理器取得的成就和未来发展做了一些总结和展望,主要总结为以下5点

  1、麒麟 芯片将从920开始全线支持4G+网络,目前中国使用的4G+手机中有50%以上采用麒麟 芯片;

  2、提供更好的“悦音”通话,随着中国移动推动VoLTE的商用,麒麟9XX平台全系列支持VoLTE,语音带宽和采用率提升一倍,通话延迟大幅缩短,视频通话质量提升10倍。

  3、在中国移动近期各省宣布商用的VoLTE终端中,基于麒麟920 芯片的Mate7成为标杆机型。

  4、运营商的质量报告中显示搭载麒麟 芯片的整机稳定性排名第一。

  5、麒麟 芯片终端出货量已经超过5000万。

  现场 海思和 台积电代表也回答了记者的一些问题,对于用户比较关心的 海思是否会走出去,让其他厂商搭载其 芯片,华为表示华为营收10%的收入投入到研发当中,但依旧处于投入不足的状态,没有精力和人员为其他厂商调试和匹配,在没有强有力的研发团队支撑的情况下, 海思 处理器不会“贸然”走出去。另外可以肯定的是本月底发布的华为Mate8将搭载全新的麒麟950.

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