來(lái)源：極客公園
華為消費者業(yè)務(wù) CEO 余承東在德國的 IFA 電子展的官方論壇上做了主題演講，正式發(fā)布了華為的新一代移動(dòng)計算芯片——麒麟 970。 作為一款為手機設計的系統級芯片（System On Chip，即 SoC），麒麟 970 包含了所有同類(lèi)產(chǎn)品該有的部件，比如 CPU、GPU、ISP、DSP、通訊基帶，但麒麟 970 又多了一個(gè)所有同類(lèi)產(chǎn)品都沒(méi)有的東西——一顆為人工智能運算專(zhuān)門(mén)設計的 NPU。 下面我們就 SoC 的各個(gè)部件出發(fā)，全面地了解一下麒麟 970。 CPU、GPU：重點(diǎn)是降功耗 如果你是一個(gè)非�？粗厥謾C SoC 的 CPU、GPU 極限表現的‘性能黨’，麒麟 970 可能不會(huì )讓你太興奮。 CPU 方面，麒麟 970 的參數相比麒麟 960 基本沒(méi)有任何變化，依然是 8 顆核心，其中 4 顆為高性能的 ARM 公版 A73 架構，最高主頻 2.4GHz（麒麟 960 是 2.36GHz），4 顆位低功耗的 ARM 公版 A53 架構，最高主頻 1.8GHz（麒麟 960 是 1.84GHz）。 有些遺憾的是，麒麟 970 并沒(méi)有用上 ARM 在今年 5 月發(fā)布的新一代 Cortex-A75、Cortex-A55 架構以及為 AI 相關(guān)運算優(yōu)化的 DynamiIQ 設計（麒麟 970 選擇了另一種方法來(lái)提高 AI 運算）。當然了，考慮到 A75 和 A55 的發(fā)布時(shí)間、設計的復雜程度，麒麟 970 沒(méi)用上也是可以理解的。
在發(fā)布會(huì )上，余承東并沒(méi)有透露麒麟 970 的 CPU 性能相比 960 的變化，只是表示麒麟 970 的能耗比提升了 20%（主要得益于全新的 10 納米制程）。至于實(shí)際的性能表現，不出意外的話(huà)，麒麟 970 應該和麒麟 960 處于同一段位，不會(huì )有非常明顯的提升。 當然，橫向來(lái)看的話(huà)，麒麟 970 的 CPU 性能沒(méi)提升其實(shí)不是什么大問(wèn)題。從 GeekBench 4 等跑分軟件的得分上看，麒麟 960 的分數和高通驍龍 835、三星 Exynos 8895 基本處于同一水準，明顯強于聯(lián)發(fā)科 Helio X30。因此，即使麒麟 970 的 CPU 性能不變，也依然是 Android 陣營(yíng)里移動(dòng) SoC 的頂級水準，只是不再像麒麟 960 發(fā)布時(shí)那么領(lǐng)先。 相比起 CPU 上的保守，麒麟 970 在 GPU 上的‘誠意’要顯得更足一些。 首先，麒麟 970 則用上了 ARM 在今年 5 月剛剛發(fā)布的 Mali-G72 架構，理論性能相比麒麟 960 上的 Mali-G71 有所提升（ARM 的官方說(shuō)法是相比 G71 性能提高 20%，功耗比提升 25%）。此外，在核心數上，麒麟 970 的 GPU 也從麒麟 960 的 8 核增加到了 12 核。
實(shí)際性能上，余承東表示，相比起麒麟 960，麒麟 970 的性能有 20% 的提升，并且能效比提升了 50%。 照理說(shuō)，由于麒麟 970 的 GPU 核心架構比麒麟 960 更先進(jìn)，核心數還多了 50%，并且制程更先進(jìn)，GPU 性能提升的幅度應該遠不止 20%。之所以出現這種情況，很可能是華為將麒麟 970 的 GPU 主頻壓得比較低，從而更好地降低功耗（于是就有了提升幅度高達 50% 的能效比）。不出意外，麒麟 960 上出現的 GPU‘滿(mǎn)血跑’時(shí)功耗感人的情況，麒麟 970 上不會(huì )再出現。 通訊基帶：比‘千兆 LTE’更快 作為一家通訊行業(yè)有著(zhù)多年積累的公司，華為海思在通訊基帶上有著(zhù)深厚的‘家底’，特別是去年的麒麟 960，直接在 SoC 中集成了支持 LTE Cat.12/13 的 Balong 750 基帶（最大下行速度 600Mbps，上行 150Mbps），并且支持 CDMA 網(wǎng)絡(luò )，絲毫不遜色同期的高通驍龍 820、821。
在今年的麒麟 970 上，華為海思更進(jìn)一步，直接大跨步到了 LTE Cat.18，最高下載速度飆到了 1.2Gbps（4x4 MIMO，3CC CA，256QAM），也就是比之前業(yè)界最快、驍龍 835 和 Exynos 8895‘千兆 LTE’還要再快上 200Mbps。
麒麟 970 還終于支持了在同時(shí)使用兩張 SIM 卡時(shí)，主副卡同時(shí)用 4G（上一代麒麟 960 的副卡只能支持 3G）。此外，麒麟 970 還特別針對高鐵時(shí)的使用做了優(yōu)化，信號更穩定，減少掉線(xiàn)。 不過(guò)話(huà)還是要說(shuō)回來(lái)，雖然麒麟 970 的通訊基帶的確是厲害，但和驍龍 835、Exynos 8895 等支持千兆 LTE 的 SoC 一樣，普通用戶(hù)想要真正體驗到這種超高速 LTE 網(wǎng)絡(luò )，還得過(guò)上相當一段時(shí)間。 一方面，超高速 LTE 網(wǎng)絡(luò )需要運營(yíng)商的支持，雖然目前全球不少運營(yíng)商（包括中國聯(lián)通）已經(jīng)開(kāi)始了千兆級 LTE 的測試，但距離大規模商用還仍需時(shí)日。另一方面，在手機端，除了需要 SoC 自身的基帶支持，如果要支持千兆級的 LTE，手機廠(chǎng)商還必須在手機的天線(xiàn)設計上投入額外的精力，以搭載驍龍 835 的手機為例，在目前上市的眾多驍龍 835 手機中，真正能支持到千兆 LTE 的只有三星 Galaxy S8、HTC U11 等少數國際品牌機型的部分型號。 ISP、DSP、Codec、協(xié)處理器 ISP 的全稱(chēng)是 Image Signal Processor（圖像信號處理器），主要功能是處理相機傳感器中收集到的數據。
麒麟 970 的 ISP 主要是一些‘常規升級’，依然是雙核設計，擁有更快的速度，更快地對焦，更優(yōu)秀的降噪效果，并且對運動(dòng)圖像的捕捉做了優(yōu)化。不過(guò)相比起單純的 ISP 升級，NPU 對相機體驗的提升可能會(huì )更大（下文會(huì )詳說(shuō)）。
在 DSP、配套 Codec 等方面，麒麟 970 也有所提升，其中配套的音頻 Codec 可以支持 32bit/384k 的音頻解碼，過(guò)去幾代華為高端機（Mate、P 系列）上表現乏善可陳的內放音質(zhì)，有望在麒麟 970 這代產(chǎn)品上獲得明顯的提升，當然前提是 Mate 10 和 P11 系列還能保留 3.5 毫米耳機插孔。 另外，麒麟 970 依然搭載了 i7 協(xié)處理器（和牙膏廠(chǎng)的 i7 沒(méi)啥關(guān)系），而 inSE（integrated secure element）和 TEE 安全引擎，在麒麟 970 上也都在。 在總線(xiàn)架構上，不出意外的話(huà)，麒麟 970 采用的應該是和 960 相同的 CCI-550。 10 納米制程，比驍龍 835 還多的 55 億個(gè)晶體管 制程上，不出意外，麒麟 970 用上了臺積電（TSMC）最新的 10 納米工藝，這應該是繼蘋(píng)果 A10X、聯(lián)發(fā)科 Helio X30 之后，第三款采用臺積電 10 納米制程的移動(dòng) SoC。 通常來(lái)說(shuō)，在芯片晶體管數量相同的情況下，更先進(jìn)的制程可以降低芯片的核心面積，有助于降低成本，并且更加有效地控制發(fā)熱和功耗。
在發(fā)布會(huì )上，余承東也表示，臺積電的 10 納米制程可以降低 20% 的能耗，將芯片核心面積縮小 40%。 不過(guò)有趣的是，麒麟 970 的核心面積并沒(méi)有因為制程的進(jìn)步而縮小，反而比麒麟 960 還要略大，這是因為麒麟 970 集成了高達 55 億個(gè)晶體管，比麒麟 960 多出了 15 億。 55 億個(gè)晶體管是什么概念呢？大家可以參考幾個(gè)數字。 Intel 在 2014 年發(fā)布的擁有 18 個(gè)核心的至強 E5 CPU，也才內置了 55.6 億個(gè)晶體管。在更具對比價(jià)值的移動(dòng) SoC 中，以‘堆料’著(zhù)稱(chēng)的蘋(píng)果 A10 擁有 33 億個(gè)晶體管，高通驍龍 835 擁有 31 億個(gè)。 需要說(shuō)明的是，雖然晶體管數量對性能有一定的影響，并且通常是越多越好，但在芯片工藝、架構不同的情況下，我們是無(wú)法簡(jiǎn)單地用晶體管數量來(lái)判斷性能的，尤其是在內部部件眾多的移動(dòng) SoC 中。 NPU：首款內置在手機 SoC 中的人工智能芯片 終于到了麒麟 970 最特別的部分——NPU。 NPU 的全稱(chēng)是 Neural-network Processing Unit，也就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理單元。關(guān)于這顆 NPU 的功能，大家可以簡(jiǎn)單理解為專(zhuān)門(mén)高效地進(jìn)行 AI 相關(guān)計算定制的處理器，就像 GPU 之于圖形處理相關(guān)的計算，ISP 之于成像相關(guān)的計算。 傳統的 CPU（包括 x86 和 ARM）和 GPU 也是可以用來(lái)做深度學(xué)習計算的，但由于它們本身并不是專(zhuān)門(mén)為深度學(xué)習定制的，效率并不高。而麒麟 970 的這顆 NPU 采用了來(lái)自寒武紀（Cambricon）的 IP，專(zhuān)門(mén)為深度學(xué)習而定制，FP16 性能達到了 1.92 TFLOP，差不多是麒麟 960 的 3 倍（0.6 TFLOP 左右）。 在發(fā)布會(huì )上，余承東展示了一張在進(jìn)行 AI 運算時(shí)，NPU 和 CPU、GPU 的對比。
可以看到，性能上，NPU 是 CPU 的 25 倍，GPU 的 6.25 倍（25/4），能效比上，NPU 更是達到了 CPU 的 50 倍，GPU 的 6.25 倍（50/8）。 另外，在華為內部的測試中，麒麟 970 的 NPU 每分鐘可以識別出 2005 張照片，而不使用 NPU 的話(huà)則每分鐘只能識別 97 張（這個(gè)速度應該是用 CPU 進(jìn)行計算的），優(yōu)勢同樣巨大。 至于這顆 NPU 具體能實(shí)現哪些特別的功能，我們還需要等到 Mate 10、Mate 10 Pro 上來(lái)揭曉。在發(fā)布會(huì )上，余承東提到了一些 NPU 在拍照方面的應用。
具體到拍照中，NPU 可以幫助手機更精準和快速地識別拍攝場(chǎng)景，讓手機選擇最合適的圖像處理算法，在雙攝背景虛化時(shí)，讓手機對邊緣虛化的處理更準確，還有最近很火的 AR 相機，NPU 可顯著(zhù)提高渲染的速度，降低功耗。 再比如說(shuō)，有了 NPU 之后，手機可以將語(yǔ)音和語(yǔ)義識別的部分工作轉移到手機本地，提高語(yǔ)音和語(yǔ)義識別的表現，提高手機中語(yǔ)音交互應用（比如語(yǔ)音輸入法、智能語(yǔ)音助手）的體驗。
值得一體的是，在發(fā)布會(huì )上，余承東還展示了‘開(kāi)放移動(dòng) AI 平臺（Open Mobile AI Platform）’，為 app 開(kāi)發(fā)者提供了包括開(kāi)發(fā)者網(wǎng)站和社區支持、開(kāi)發(fā)套件以及自家的 app 分發(fā)商店在內的‘全套’服務(wù)，吸引開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)可以調用 NPU 性能的 app。 不過(guò)這里有個(gè)問(wèn)題，這一套方案只是針對搭載麒麟 970 的華為手機的，并不是一個(gè)開(kāi)放的平臺，這意味著(zhù)開(kāi)發(fā)者即使寫(xiě)出來(lái)能調用 NPU 來(lái)實(shí)現某些強大功能的 app，也只能運行在僅有的幾款華為手機上（短期內應該只有即將發(fā)布的 Mate 10 和 Mate 10 Pro）。 至于未來(lái)華為能吸引多少開(kāi)發(fā)者來(lái)利用 NPU 開(kāi)發(fā)支持自家 AI 平臺的 app，現在來(lái)看還是個(gè)未知數，但至少在接下來(lái)的幾個(gè)月內，恐怕更多地需要依靠華為自己的軟件工程師來(lái)開(kāi)發(fā)相應的 app。 當手機 SoC 遇到 AI 對于喜歡折騰手機的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，手機 SoC 的性能可能永遠都沒(méi)有‘過(guò)�！哪且惶�，不過(guò)對于更多的‘普通用戶(hù)’來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)過(guò)去幾年里 SoC 整體性能的不斷提升，新款 SoC 在性能上帶來(lái)的體驗加成正在變得越來(lái)越小。在 5G 時(shí)代到來(lái)之前，在移動(dòng) VR 和 AR 應用取得突破之前，這種情況很可能會(huì )一直持續下去。
在麒麟 970 上，華為探索了另外一種思路：在傳統的手機 SoC 上，額外增加一顆專(zhuān)門(mén)為 AI 相關(guān)運算定制的芯片（NPU），讓手機本身具備 AI 能力，完成一些和 AI 相關(guān)的應用。 至于這顆 NPU 到底能有多大的意義，我們至少還需要等到 10 月 16 日發(fā)布 Mate 10 和 Mate 10 Pro 后才能作出判斷，但可以確定的是，在 AI 席卷整個(gè)科技圈的浪潮中，麒麟 970 在 AI 上的探索只是一個(gè)開(kāi)始。
今年 5 月，ARM 在發(fā)布新一代 CPU 架構 Cortex-A75 和 A55 時(shí)，重點(diǎn)強調了提高 AI 運算能力的 DynamIQ 設計。今年 7 月，高通開(kāi)放了自家的神經(jīng)處理引擎（Neural Processing Engine，NPE）的 SDK，幫助開(kāi)發(fā)者使用驍龍 SoC 進(jìn)行 AI 相關(guān)的運算。 或許到明年這個(gè)時(shí)候，當我們在討論移動(dòng) SoC 的時(shí)候，AI 芯片就會(huì )像 CPU、GPU 那樣，成為智能手機中一個(gè)‘常規’的組成部分。 |
