什么是SoC

隨著設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路設(shè)計從晶體管的集成發(fā)展到邏輯門的集成，現(xiàn)在又發(fā)展到IP的集成，即SoC(System-on-a-Chip)設(shè)計技術(shù)。SoC可以有效地降低電子/信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力，是未來工業(yè)界將采用的最主要的產(chǎn)品開發(fā)方式。雖然SoC一詞多年前就已出現(xiàn)，但到底什么是SoC則有各種不同的說法。在經(jīng)過了多年的爭論后，專家們就SoC的定義達(dá)成了一致意見。這個定義雖然不是非常嚴(yán)格，但明確地表明了SoC的特征：

實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的VLSI; 采用超深亞微米工藝技術(shù);

使用一個以上嵌入式CPU/數(shù)字信號處理器(DSP);

外部可以對芯片進行編程;

關(guān)于SoC芯片

SoC芯片是一種集成電路的芯片，可以有效地降低電子/信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力，是未來工業(yè)界將采用的最主要的產(chǎn)品開發(fā)方式。

華為SoC主流芯片及性能分析

2015年11月，發(fā)布麒麟950 SoC芯片，采用4&TImes;Cortex A72 2.3GHz + 4&TImes;Cortex A53 1.8GHz + Mali-T880MP4+ 微智核i5，采用16nm FinFET Plus工藝制造，集成自研Balong720基帶，首次集成自研雙核14-bit ISP，首次支持LPDDR4內(nèi)存，集成i5協(xié)處理器，集成自研的音視頻解碼芯片，是一款集成度非常高的SoC手機芯片。麒麟950也是全球首款采用A72架構(gòu)和采用Mali-T880 GPU的芯片，該芯片的綜合性能再次飆至第一，憑借性能優(yōu)勢和工藝優(yōu)勢，贏了高通差不多半年的時間差，打了又一個翻身仗。該款芯片陸續(xù)用在華為旗下的Mate 8、榮耀8、榮耀V8運營商定制版和標(biāo)配全網(wǎng)通版等手機上。

2016年4月，發(fā)布麒麟955 SoC芯片，把A72架構(gòu)從2.3GHz提升到2.5GHz，集成自研的雙核ISP，助力徠卡雙攝加持的P9和P9Plus、榮耀V8頂配版和榮耀 NOTE 8手機上。徠卡雙鏡頭，攝影新潮流，麒麟955將帶領(lǐng)P9系列成為華為旗下第一款銷量破千萬的旗艦機。

2015年5月，發(fā)布中低端芯片麒麟650 SoC芯片，采用4&TImes;Cortex A53 2.0GHz + 4&TImes;Cortex A53 1.8GHz + Mali-T830MP2，全球第一款采用16nm FinFET Plus工藝制造的中低端芯片，海思旗下第一款集成了CDMA的全網(wǎng)通基帶SoC芯片，集成自研的Prime ISP，集成自研的音視頻解碼芯片，是一款集成度非常高的SoC手機芯片。這款芯片搭載在榮耀5C、G9青春版的移動版和雙4G版手機中，將帶領(lǐng)兩者繼續(xù)破千萬銷量。

2015年8月20日，麒麟芯片出貨量突破1億顆，這距離6月12日公布破8000萬僅僅剛過去69天，這69天里日均出貨29萬顆。

2016年，將會發(fā)布麒麟960，將是又一顆突破歷史的芯片，因為它將大幅提升GPU性能，同時也是第一款解決了CDMA全網(wǎng)通基帶的旗艦芯片，到那時這兩個黑點將一個一個去除。華為最厲害的是肯砸錢研發(fā)、用實力將黑點一個一個去除，就像曾經(jīng)的K3V2、P6、P7和Mate S被人嘲弄一樣，而現(xiàn)在、將來這些黑點不復(fù)存在。

2017年9月2日，在2017年德國柏林國際消費類電子產(chǎn)品展覽會上，華為發(fā)布人工智能芯片麒麟970。首款采用麒麟970的華為手機Mate 10，在2017年10月16日在德國慕尼黑正式發(fā)布。

十年磨一劍。華為從2004開始研發(fā)手機芯片，到2009年第一顆K3、2012年K3V2的失敗，到2014年海思麒麟手機芯片開始躋身業(yè)界主流，這里是十年。而從2014年麒麟910開始到2016年麒麟955，海思麒麟芯片出貨量突破一億顆，不到三年出貨就已經(jīng)破億，這里是三年。

海思麒麟芯片僅用在華為自己的產(chǎn)品上，麒麟芯片已經(jīng)成為華為手機獨有的特色之一，而隨著麒麟芯片越來越強大，海思麒麟芯已經(jīng)成為華為手機的優(yōu)勢競爭力之一。

華為海思麒麟手機SoC芯片簡史

華為最新芯片麒麟970

麒麟970芯片是華為海思推出的一款采用了臺積電10nm工藝的新一代芯片，是全球首款內(nèi)置獨立NPU(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元)的智能手機AI計算平臺。

華為的新款芯片麒麟970，為推出的旗艦機型Mate 10和其他高端手機提供更快的處理速度和更低的功耗。

主要功能

專門的AI硬件處理單

元麒麟970芯片最大的特征，是設(shè)立了一個專門的AI硬件處理單元—NPU(Neural Network Processing Unit，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò))，用來處理海量的AI數(shù)據(jù) 。

人工智能戰(zhàn)略

麒麟970發(fā)布后，華為終端營銷應(yīng)該會把“AI”作為突出賣點，并且圍繞AI開始構(gòu)建生態(tài)。在人工智能時代，理想的狀況是智能終端將變成人的助手，真正實現(xiàn)“知你”、“懂你”、“幫你”。這就要求人工智能技術(shù)不斷演進，不僅是被動響應(yīng)用戶的需求，更能夠主動感知用戶狀態(tài)和周邊環(huán)境，并提供精準(zhǔn)服務(wù)的全新交互方式 。

規(guī)格參數(shù)

以往的手機芯片普遍是以CPU(中央處理器)/GPU(圖形處理器)/DSP(數(shù)字信號處理)為核心的傳統(tǒng)計算架構(gòu)，但這種架構(gòu)難以支持AI海量數(shù)據(jù)計算。為此，麒麟970中單設(shè)了一個專門的AI硬件處理單元，為CPU、GPU等架構(gòu)減負(fù)，目的都是為提高應(yīng)用效率和降低能耗。

這道理跟當(dāng)初在CPU和GPU之外，增加DSP等架構(gòu)設(shè)計的初衷一樣，都是為了分擔(dān)主系統(tǒng)的計算負(fù)擔(dān)。

華為麒麟970首次集成NPU采用了HiAI移動計算架構(gòu)，其AI性能密度大幅優(yōu)于CPU和GPU。相較于四個Cortex-A73(移動處理器龍頭ARM去年推出的旗艦機CPU)核心，在處理同樣的AI應(yīng)用任務(wù)時，麒麟970新的異構(gòu)計算架構(gòu)擁有大約50倍能效和25倍性能優(yōu)勢。這意味著，麒麟970芯片可以用更高的能效比完成AI計算任務(wù)。例如在圖像識別速度上，可達(dá)到約2000張/分鐘。[!--empirenews.page--]

麒麟970創(chuàng)新設(shè)計了HiAI移動計算架構(gòu)，利用最高能效的異構(gòu)計算架構(gòu)來最大發(fā)揮CPU/GPU/ISP/DSP/NPU的性能，同時首次集成NPU專用硬件處理單元，其加速性能和能效比大幅優(yōu)于CPU和GPU。

一個系統(tǒng)級的手機芯片主要包括CPU/GPU/DSP/ISP，以及基帶芯片等諸多部件。這次麒麟970依然內(nèi)置了八核CPU，與上一代麒麟960相比沒有任何變化。在GPU上，麒麟970則用上了ARM在2017年5月剛剛發(fā)布的Mali-G72架構(gòu)，性能較Mali-G71有所提升，此外，在核心數(shù)上，麒麟970的GPU也從麒麟960的8核增加到了12核。

在基帶芯片上，華為發(fā)揮了自己作為通信設(shè)備廠商的優(yōu)勢。麒麟970直接大跨步支持LTE(4G)Cat.18(網(wǎng)速等級)，最高下載速度可達(dá)了1.2Gbps。

盡管在CPU和GPU沒有特別大的驚喜，但由于麒麟970采用10納米制程，也會提升整體性能。余承東表示，麒麟970的能耗比提升了20%。

性能優(yōu)勢

麒麟芯片持續(xù)推動基于4G網(wǎng)絡(luò)的用戶體驗。率先提供了基于載波聚合技術(shù)的4G+數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力的同時，麒麟芯片又為用戶帶來了新一代高清語音體驗——VoLTE。

多年來，語音通信的通話質(zhì)量一直沒有改進，用戶需要更加清晰快速的語音業(yè)務(wù)體驗。4G+網(wǎng)絡(luò)的升級為高清語音的實現(xiàn)帶來了機會，語音帶寬和采樣率提升一倍，使聲音信息得以完整保留，讓人聽起來更真實、飽滿、悅耳。

麒麟9xx平臺全系列支持VoLTE，在提供4G+語音的同時，通話接通時延大幅縮短，視頻通話質(zhì)量相比3G提升10倍，并且能夠滿足用戶同時通話和上網(wǎng)的需求。

為了給用戶提供更好的語音體驗，麒麟芯片與中國、歐洲、韓國等領(lǐng)先的4G+移動運營商一起完成了長達(dá)2年的VoLTE語音調(diào)測。中國移動是國內(nèi)VoLTE商用節(jié)奏最快的運營商，麒麟950是最早通過中國移動VoLTE認(rèn)證的芯片平臺。

中國移動宣布2015年底全網(wǎng)商用VoLTE，麒麟920/930/950等系列芯片全部支持VoLTE。在中國移動近期各省宣布商用的VoLTE終端中，基于麒麟920芯片的Mate7成為標(biāo)桿機型。

麒麟芯片始終堅持性能與功耗平衡的設(shè)計思路，堅持走SoC路線，積極探索先進工藝和高能效比CPU/GPU的應(yīng)用。麒麟950全面重新設(shè)計了芯片架構(gòu)，使芯片的性能與功耗都得到了大幅提升。

1.尖端工藝

工藝是用戶性能體驗的基礎(chǔ)，麒麟950率先采用性能與功耗優(yōu)勢兼具的16nm FinFET plus尖端工藝，是業(yè)界首款商用TSMC 16nm FinFET plus技術(shù)的SoC芯片。

16nm FinFET plus的商用面臨巨大挑戰(zhàn)，單芯片集成的晶體管數(shù)目從20億個增加到30億個，金屬互聯(lián)難度成倍提升;晶體管結(jié)構(gòu)3D化后，工藝復(fù)雜度大幅增加。

為實現(xiàn)商用，麒麟芯片研發(fā)團隊克服了大量工程上的難題，麒麟芯片團隊從2013年底就開始與TSMC等合作伙伴緊密合作，共同推動了16nm先進工藝的量產(chǎn)成熟，并于2014年4月實現(xiàn)業(yè)界首次投片，2015年1月實現(xiàn)量產(chǎn)投片。

TSMC 16nm FinFET Plus技術(shù)相比28HPM工藝性能提升65%，同時節(jié)省了70%的功耗。相比20SoC工藝，性能提升40%，功耗節(jié)省60%。

2.強勁性能

為了在性能上有新的突破，麒麟950采用了業(yè)界首個4*A72+4*A53 big.LITTLE架構(gòu)設(shè)計及全新一代MaliT880圖形處理器。全新的ARM Cortex A72核心相比A57性能提升11%的同時，功耗降低20%，能效比綜合提升30%。麒麟950全新的GPU ARM MaliT880比上一代，圖形生成能力提升100%，GFLOPS提升100%。

此外，麒麟950新架構(gòu)中還包括全新的LPDDR4、新的GIC500、新系統(tǒng)總線以及FBC技術(shù)應(yīng)用，使得麒麟950具備更強大的硬件性能基礎(chǔ)。

3.提升用戶體驗

麒麟950更在意的是用戶的實際性能體驗。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，快速響應(yīng)和流暢不卡頓是影響用戶體驗感知的兩個關(guān)鍵因素。快速響應(yīng)的體驗取決于芯片系統(tǒng)的Boost性能，而流暢不卡頓的體驗則取決于芯片系統(tǒng)的持續(xù)性能。

麒麟芯片團隊針對Boost性能和持續(xù)性能進行了深入的優(yōu)化，用戶觸發(fā)操作時，做到100毫秒內(nèi)響應(yīng)，給用戶帶來快速響應(yīng)的體驗;一般工作狀態(tài)下，確保每一幀繪圖在1/60秒內(nèi)完成，實現(xiàn)流暢不卡頓的體驗。

除此之外，在強勁的硬件性能基礎(chǔ)上，麒麟950通過啟發(fā)式智能調(diào)度算法(HSA， Heuristic Scheduling Algorithm)，對系統(tǒng)進行精細(xì)調(diào)校，解決安卓系統(tǒng)原生的問題，滿足系統(tǒng)的兩種性能需求——遇到需要Boost的地方，提前準(zhǔn)確預(yù)判，完成后迅速收回;一般場景最精準(zhǔn)性能預(yù)測，不積累額外的熱量。麒麟950 Boost性能相比前代提升100%，持續(xù)性能相比前代提升56%。

麒麟950不斷追求更高的能效比，用戶體驗提升的同時，續(xù)航時間大大增加，普通用戶續(xù)航時間較前代增加10個小時，達(dá)到2天。