华为史上最牛的传奇神U——麒麟 980 厚积薄发之全方位解析

导语:
当年高通短暂体验了一下公版 64 位A57架构之拉胯表现后,转头又搞起了自研的 Kryo 架构,三星也开始折腾起了自研的 Mongoose 架构,结果两家都弄得灰头土脸。
反观 ARM 公版架构这边,A57之后直接诞生了 A72 这一经典架构——麒麟 950 这款神U就是基于此架构而设计的。也就是说,ARM 迅速调整状态之后,高通和三星却同时掉坑里了。
不过高通的反应速度非常快,果断抛弃自研架构后便开始了漫长的“魔改之旅”——神U骁龙 835 便是魔改 A73 架构的产物。而麒麟980,则是华为的首款“魔改版”作品!

1,Kirin CPU 子系统
高通虽然转为魔改公版,但架构名称还是套用了“Kryo”之号,而华为则是给自己的魔改方案起了一个非常直白的名字,即“麒麟 CPU 子系统”。这就很有看头了,下面详解。
首先,这次基于的 ARM 公版架构 Cortex-A76,其所采用的 ARMv8.2-A 指令集架构首次引入了“DynamIQ”技术——可以自由控制处理器集群中每颗核心的电压、频率以及控制每颗核心的开启、关闭(能够明显提高能效)。
而华为的麒麟 CPU 子系统便是为了充分发挥 DynamIQ 的灵活性优势而生的,其将以往的“4+4”方案改成了全新的“2+2+4”方案,并辅以“Flex-Scheduling”智能调度机制。

也就是说,基于 A76 架构魔改的四个核心被分成了两颗主频为 2.6 Ghz 的大核,以及两颗主频为 1.92 Ghz 的中核,加上四颗主频为 1.8 Ghz 的 A55 小核,构成了 CPU 部分的核心集群。
四颗 A76 核心均配有 512KB 的独享 L2 缓存(四颗小核则为 128 KB),而在四颗 A55 核心的中间还夹着容量高达 4MB 的L3缓存以及 DSU (DynamIQ Shared Unit) ——八颗核心之间任务切换的数据共享正是通过这部分来实现的。
而麒麟 CPU 子系统正是基于此而设计了“三档能效架构”,其中两颗大核负责高性能处理高负载任务,两颗中核负责持续性能,四颗小核则负责处理日常任务,这八颗核心还能随意搭配。

于是,“Flex-Scheduling”智能调度机制就该出场了。该机制根据手机运行的应用,智能地进行三级调度,例如播放音乐时一个小核运行足矣,使用社交软件就动用中核,玩大型游戏时才打开大核。
此外,该机制还能通过 AI 计算预测手机所需流量的峰值,这样在看视频或玩游戏的时候就不会出现卡顿。同时 APP 的打开速度也会受益于此而得以加快,用户体验方面可谓考虑周到。
最后,由于前代麒麟 970 所采用的 A73 架构“老”了一点,所以麒麟 980 的 CPU 能效提升极其明显!官方宣称 CPU 性能提升了 75%,能耗比提升了 58%(台积电 7nm 工艺也是一大关键因素)。

2,GPU 表现
假如说以往的麒麟处理器哪方面最难受,那无疑是 GPU 部分,理由无他,皆因ARM公版 GPU 架构太拉胯。不过,麒麟 980 这次在 GPU 部分终于站起来了!
这代所采用的 Mali-G76 架构,在性能密度和微架构效率两个关键指标上,皆有 30% 的提升幅度;此外在相同的时钟速度下,其浮点运算、纹理和像素吞吐量都增加了一倍,相较于前代 Mali-G72 的进步可谓巨大。
落到实处的表现就是,麒麟 980 的十核心GPU性能大幅提升了 46%(麒麟970的为十二核GPU,频率也高一点),同时峰值功耗还大幅降低了——能效表现极其优秀!

麒麟 980 是2018年八月尾发布的,当时市面上能拿来比较 GPU 性能的高阶对手主要有高通的骁龙 845 和苹果的 A11(不考虑华为“GPU Turbo”技术前提下的纯性能比较)。
首先骁龙 845 这边,其 GPU 峰值性能相较于麒麟 980 有着 9% 的略微优势,但在能耗比方面两者是一致的——要知道骁龙 845 还只是三星 10nm 工艺而已!所以当后面的骁龙 855 发布时,麒麟 980 的 GPU 整体表现又落了下风。
由于苹果 A11 的制程为台积电 10nm 工艺,所以在 GPU 峰值性能有明显优势的情况下,能耗比却不及麒麟 980(但不久后发布的A12,很快在这方面又找回了优势)。

综上所述,麒麟980的GPU整体表现较之以往确实进步巨大,但ARM的公版GPU架构相较于业界的两位自研GPU架构选手而言,依然有差距。不过,这个差距已然明显缩小。
例如,骁龙855的GPU性能较麒麟980的领先优势为 27%,峰值功耗方面两者一致。而在前代的比拼中,麒麟970在GPU性能较骁龙845大幅落后 61% 的情况下,峰值功耗还高出 26% !
也就是说,在能耗比方面,麒麟980的进步一如官宣般有着 178% 的飞跃式提升!以往高通自研的 Adreno GPU 对麒麟的公版 GPU 之“碾压局”就此一去不复返了。

3,综合表现
这代的 NPU 升级为了寒武纪 1H 双核架构(前代为单核的 1A 架构),图像识别速度飞跃式地提升了 120%——可以达到每秒 4500 张图片!
此外,AI能力也有所扩展,比如物体识别方面,可以从轮廓做到细节;实时处理方面,可以从图像做到视频;实时物体分割方面,可以更加精细。
但随着后面苹果 A12 芯片和骁龙 855 处理器的相继发布,麒麟 980 这边的 AI 性能又被反超了。而这,正是华为往后转而自研达芬奇架构的根本原因。

这代还拥有全球最快的手机 WiFi 芯片 Hi1103,峰值下载速率可达 1.7Gbps,远高于一众竞品。这款芯片是海思的自研产品,同时兼具蓝牙和定位功能——这两方面也有不俗表现。
其还率先支持全球最快的 LPDDR4X 颗粒(主频2133Mhz),以及 LTE Cat.21——峰值下载速率是全球最快的 1.4Gbps。在前代“ 高铁模式”的基础下,又新增了“地铁模式”,在信号流畅度方面较友商有着 10 倍的优势。
此外,麒麟980还集成了全新的自研双核 ISP 4.0,较前代在像素吞吐率、能效、延迟等方面皆有大幅提升,这些方面的进步可以大幅提高用户拍照时的对焦速度和成像速度。

余承东表示,从最初的研发、IP储备,到最终的商业化量产,华为用了36个月的时间。也就是说,在三年以前,麒麟980项目就已经开始了。
具体来说就是,2015年开始从事 7nm 工艺研究,2016年进行 IP 储备、集成验证,2017年做 SoC 工程化验证,2018年方实现量产。期间投入了数千名资深半导体专家,进行了5000+次验证和检测。
根据台积电的官方数据,从 10nm 升级为 7nm,芯片性能大约有 20% 的提升,能效则有大约 40% 的提升,逻辑电路的密度提升 60%,相当于原来的 1.6 倍。

尾声:
首发麒麟 980 的机型是华为 Mate20 系列,华为史上“最牛钉子户”说的就是这个系列——其所代表的综合体验之飞跃在华为手机史上可谓登峰造极的存在。
同时靠着这个系列的出色表现,华为彻底站稳了“高端三巨头”之业界地位,此后的 P30 系列又巩固了华为在手机影像界的霸主地位,而这一切皆离不开麒麟 980 的奠基作用。
至于华为的 Nova5 Pro、荣耀 20 系列和 V20,则是在中端市场上横冲直撞,并收获了销量和口碑双丰收的超经典机型。到了2022年七月份,麒麟 980 还被国家博物馆所收藏。
历经近五个年头后,麒麟 980 的综合性能依然够用,特别是后面在鸿蒙系统的加持下,直接迸发了别样的生命力。日常顺滑、轻松王者、流畅吃鸡,便是其现在的真实写照。

END
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