揭秘華為麒麟990 5G：提前3年布局，百億晶體管把7nm用到了極致

乾明 2019-09-07 13:12:10 來源：量子位

乾明 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

華為再次成為關注焦點。

在德國柏林IFA上，華為推出新一代手機芯片：麒麟990 5G。

無論是全球首款旗艦5G SoC，還是同類產品中AI算力最強，都引起了關注與討論。

目前，市場上的5G手機中，采取的方案都是4G SoC+5G Modem模式，而麒麟990 5G則是首次將5G Modem集成到SoC芯片中，性能更強，能耗更少，體驗也更好。

在向5G時代的過渡中，麒麟990 5G是華為最重要的芯片，進一步彰顯了這家公司的創新性和創造性。

而為了這款芯片，華為已經準備了很久。

集成5G：提前三年布局

從2016年開始， 華為就已經開始著手布局990芯片了。歷時三年，華為交出了答卷：麒麟990 5G。

它不僅是業界首款商用的5G SoC，也是目前晶體管數最多、功能最完整、復雜度最高的5G SoC。

但想要做到這一點，并不容易。華為Fellow艾偉在接受采訪時透露了背后的故事，麒麟990 5G并不是簡簡單單地將麒麟990芯片與巴龍5000結合在一起。

“怎么能在不影響它的集成度和功耗的情況下做出來”是最核心的挑戰，需要把架構放一起做聯合優化。

在性能提升的基礎上集成5G，最直接的體現就是晶體管數量的大幅度增加：從麒麟980的69億到了103億。

怎么在7nm的芯片上做到這一點？最簡單直接的方式，就是把晶體管越做越小，管體管之間的連線越來越細。

這也是華為在這次麒麟990 5G上選擇EUV工藝的原因所在，傳統的工藝已經難以支撐在7nm的芯片上放下如此多的晶體管。用艾偉的話說，就是“芯片會撐爆的”。

但是EUV是半導體領域最先進的工藝，用起來并不容易。華為方面表示，麒麟芯片早在2014年就開始EUV技術的儲備了。在推進EUV技術成熟方面，麒麟也有一份“功勞”。

在技術、工藝上領先，也需要大量的投入。

艾偉透露，華為投入了數千名工程師去研發麒麟990 5G芯片。

當然，麒麟990 5G并不僅僅只有5G，其8核CPU以及16核GPU，也是業界領先的存在。

尤其是AI上，更是凸顯出了華為的實力，也呈現出了華為面向全場景推出解決方案的“野心”。

AI算力：與昇騰910一脈相承

麒麟990 5G，是首個采用達芬奇架構NPU的旗艦芯片，也是華為昇騰系列芯片在端側的應用。

華為表示，這是業界AI算力最強的SoC，而且能效也最高。怎么實現的？背后在于更成熟的設計方案：2個大核+微核。

其中，業內最強的手機AI算力來自于2個大核，采用的是昇騰系列的Lite——與業內最強的AI芯片昇騰910一脈相承。

最直接的體現是跑分：76206，這一跑分來自蘇黎世理工大學提出的AI Benchmark。與華為首款AI芯片麒麟970相比，提升12倍，也是友商的3倍。

在測試中執行的任務主要有圖像分類、人臉識別、圖像去模糊、圖像超分辨率、圖像語義分割、圖像增強、內存極限測試等等，已成為業內評估手機AI能力的重要基準。

之所以能夠達到這么大的提升，艾偉也給出了解釋：用上了華為自研的達芬奇架構。

不過，根據AI Benchmark官方的介紹，跑分也與CPU以及GPU的性能有很大的關系，這次麒麟990 5G在CPU和GPU方面的升級，也有很大助益。

微核主要用于超低功耗應用，采用的是昇騰Tiny。在人臉識別的應用場景下，NPU微核比大核能效最高可提升24倍，而且也更省電。

余承東也在發布會上解釋了相應的原理：

原來只有大核的時候，無論貨多貨少都需要用“大車”運送，肯定會浪費運力。現在有了微核設計，低功耗的任務，也就是貨少的時候，采用小車運送，保證了“運力”的有效運用。

算力強，能效高，最直接的體現就是AI能力更強，能夠執行的AI任務也更復雜。

比如發布會上呈現的AI多實例分割技術，能夠實時在視頻中P多個人。

這些算力不僅僅只體現在執行AI任務上，也能夠為芯片的其他特性提供動力。

比如對AR技術的支持，基于NPU的能力，華為能夠通過相機來測心率。

比如在5G信號比較弱的場景中，基于機器學習的自適應接收器，能根據5G信號強弱自動選擇最優網絡，實現穩定的5G聯接，這樣下行速率提升19%。

這些只是華為本身提供的用例，麒麟990 5G也能夠支持90%以上的計算機視覺網絡，算子數300+，基于華為HiAI2.0開發平臺加持，未來的可能性也會更多。

而且，5G+AI，也是余承東所說的移動AI 2.0的基礎，也是實現端云一體化的必要條件。

圖像處理：單反級降噪算法

此外，麒麟990 5G還有一個升級并沒有引起太多媒體關注，但它對于整個移動設備的體驗都有極大的改觀。

它就是ISP 5.0，主要優化的就是視頻處理能力。

與前一代相比，數據上有大提升：ISP吞吐率提升15%，能效提升15%，照片降噪30%，視頻降噪20%。

正是基于此，用相機來測心率的功能才能夠實現，也正是基于此華為在圖像和視頻上的降噪技術才能夠發揮作用。

在圖像降噪方面，華為在麒麟990 5G上用到了BM3D。是的，你沒有看錯，之前只用在單反設備上的降噪算法。

而想要把它用到手機上，也同樣不容易。艾偉說，這與整個通道數上的處理能力提升相關。

并不僅僅只是算法放進去就行，手機天生比單反的芯片感光面積小，僅僅只加一個算法是不夠的，還需要疊加降噪更多的算法，而且也要注意能耗和成像時間。

華為麒麟能夠實現這一點，的確耗費了不少功夫。

在視頻降噪上，麒麟990 5G全球首發了雙域聯合視頻降噪技術。

通常情況下，視頻中都會有一些圖像不清楚，對其進行處理就是空域降噪，本身并沒有什么難度，所有廠商都能做。近年來，又有一種時域降噪的技術出現，處理幀與幀之間的噪點。

而華為在這些基礎上，又做了頻域降噪，先把空域的數據拿過來做傅里葉變換，去掉一些噪聲還原更好的細節，然后再疊加回去。

華為表示，做頻域處理之后再跟時域結合起來，最終視頻質量會更好。

而且，這些也正是硬件級別上的降噪技術，結合華為Mate 30系列的攝像頭，圖像和視頻的成像技術上也會有更多的想象力。

評價麒麟990 5G

如此芯片，到底該如何評價？

國內的多數網友，都驚嘆于這款芯片的性能升級，也對Mate 30系列產品的發布充滿期待。

雖然大多數外媒都只是報道了新聞事實，也有外媒給出了評價。

比如美國科技媒體VentureBeat直言，如果華為果真按計劃交付，將在與高通的5G手機競爭中占得先機。

對于這款芯片，華為在發布會上也給出了定性：這是融合5G和AI的革命性飛躍。

那么，華為麒麟芯片未來將要往何處去？在接受采訪時，華為Fellow艾偉表示：

AI+5G是長期未來智能手機發展目標，看誰跑得更快了。

最新消息，華為在手機5G上的主要對手高通，剛剛也宣布，將會和OPPO合作集成5G芯片。

競爭還在繼續。