麒麟990芯片的铠甲与软肋:为何不采用ARM最新架构?
2019-09-10 23:18:55
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文章转载自公众号 魔铁的世界 

作者 魔铁

9月6日,华为在北京、德国同步发布了麒麟990系列芯片,一共有4G和5G两个版本。发布前,外界就对华为的这款芯片有种种猜测流传,大家关心的是,华为被列入实体清单、遭遇一系列断供后,芯片设计是否受到影响。麒麟990系列芯片的发布,算是对猜测做出了正面回应。

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最大的亮点和最大的变化

从发布会公布的信息看,麒麟990最大的亮点,是领先高通、三星等竞争对手,不仅率先将5G基带集成到芯片内,而且集成的巴龙芯片还支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段,可以说比高通、三星的5G解决方案更有吸引力,用余承东的话说就是:“全网通5G”。5G网络全面铺开后,用户不用担心5G手机的联网性能会下降。

市场曾猜测麒麟990会采用ARM最新的CPU、GPU架构

华为通过麒麟990芯片向外界秀了一下肌肉:在通信领域,华为的实力还是杠杠的。

除5G基带加持外,麒麟990芯片最大的变化是,NPU用上了华为自研的达芬奇架构,寒武纪公司的AI芯片这次彻底出局,说明独立芯片设计公司这碗饭并不容易吃。早在2018年,华为公布达芬奇架构后,我当时分析,考虑到AI在未来重要的战略地位,华为全产业链布局的愿景,因此寒武纪芯片只是一种过渡方案,麒麟980芯片可能是华为和寒武纪合作的绝唱。

麒麟990芯片可看作麒麟980 Pro+5G版

现在看,事态的发展,确实如此,刚过一年,华为就用达芬奇架构的AI芯片替代了寒武纪芯片,由此可以看出,华为推广自己亲儿子的决心之强烈。

而达芬奇架构之所以晚了一年集成到麒麟芯片内,最大的可能是芯片设计一般是两年一周期,达芬奇架构发布时,寒武纪NPU已经集成到麒麟980芯片内,华为难以更改设计。

对华为手机,很多人看到了销量,看到华为冲击全球手机第一宝座的各种爽,但在华为的布局里,手机业务不仅仅是和通信设备一起,支撑华为大厦的两大支柱之一,更是推广华为芯片的超级平台。麒麟芯片能有今天的地位,全赖手机之功,同样地,随着华为手机上亿台地销往全球,达芬奇架构也将被快速推广到世界,借此高效率建立起AI平台。像寒武纪这类独立芯片设计公司可能十年也难以完成的事,华为一年就可以做好。OPPO、vivo近期先后踏入芯片领域,和华为的想法可谓不谋而合。

对AI芯片设计公司来说,能不能打不仅仅是看设计能力,还看是否掌握了推广产品的平台资源。没有手机这种强力终端推广平台的AI芯片公司,要么拥有英伟达强悍到不需要解释的实力,躺着就有人自动抬轿,要么步寒武纪后尘,接受市场残酷的洗礼。

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麒麟990的短板

但是,麒麟990芯片也不是没有短板。

此前,市场传言麒麟990的CPU内核会用上ARM最新的A77架构,GPU内核会用上新一代的Mali-G77 。但余承东揭开谜底之后,大家还是难免有小小的失望:CPU为A76,GPU为Mali-G76,架构和麒麟980的完全相同。

不过,华为提升了两颗大核和四颗小核的频率,提升幅度在10%左右,不过,又将两颗大核降频大约10%。我们知道,同样架构下,频率越高,芯片性能越强。但麒麟990的CPU大核频率有升有降,这不等于没有提升吗?

我的理解是,华为如此安排的考虑是:通过提升四个小核的频率,提高日常使用手机的体验;两颗超频的大核,是专为游戏等重体力活准备,而且单核跑分也会比较好看。之所以对四颗大核搞出“两颗降频、两颗升频”的奇怪操作,主要还是受功耗和发热限制,要是四颗大核都超频,估计麒麟990会成迷你小烤炉。

简单说,相对于麒麟980,麒麟990的CPU、GPU架构没有变化,但跑分会有一定的提升,日常简单使用体验会更流畅一些,但感觉不会那么明显。

ARM的A76架构的最高频率为3GHz,华为将大核的频率提高到2.86GHz,A76架构的潜能,基本上被华为挖掘干净。

华为基本上榨干了CPU内核的最后一滴潜能,GPU内核同样如此。

麒麟990的GPU设计采用堆核策略,GPU内核从麒麟980的12核堆到16核,核心数增加了33%,GPU性能提升也在1/3左右。GPU堆核策略最早由苹果公司运用,比如最新的A12和A12X,差别主要在CPU、GPU内核的多少,苹果猛堆A12X的GPU内核数量,从A12的4核堆到A12X的8核,A12X的CPU内核比A12多1个,但增加数量不如GPU明显。

苹果公司A12X芯片在架构不变的情况下,主要通过堆料和堆核提升性能,以降低芯片设计成本

一般来说,在架构不变的情况下,芯片设计方提高CPU、GPU性能的策略主要有三种:堆料(加大缓存容量)、堆核(主要增加内核数)、提高运行频率,其中后两种策略的性能提升最为明显。当这三种策略运用其二,表明架构潜能已被挖掘干净,芯片设计方需要考虑架构升级。

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为何不采用ARM最新架构?

华为目前已经在同一架构上运用了两种策略,加上A76的CPU内核和Mali-G76的GPU内核已经使用到两代麒麟芯片上,因此下一代麒麟应该会用上A77的CPU内核和Mali-G77的GPU内核。否则,ARM最近的“仍和华为保持合作”的说法就是一种外交说辞。

至于麒麟990为何没有采用ARM最新的CPU、GPU内核(A77和Mali-G77),个人分析主要是时间仓促,ARM的新内核发布于Computex 2019期间,这时麒麟990大概率正处于流片阶段,SOC芯片的设计已经定型,不可能更改CPU、GPU内核。

我始终认为,海思经过多年的努力,已经熟练掌握SOC芯片的内核集成设计技术,通过搭配不同大小内核(CPU、GPU),可以设计出不同档次的SOC芯片,对应不同定位的手机,性能也不错,最近两三年,麒麟芯片和高通骁龙连番PK即是明证。

但CPU、GPU内核的自主设计仍然是海思的短板,毕竟同样的架构最多撑三代SOC芯片,明年高通骁龙旗舰SOC芯片很可能会用上ARM的最新GPU、CPU内核,麒麟芯片如果无缘使用,会被甩开20%(根据ARM官方数据)左右的差距,相当于落后一代。

对国内芯片设计公司来说,优秀的公司仅掌握了SOC芯片的内核集成设计技术,CPU、GPU内核的原创设计目前还是空白。换个说法,海思相当于一个Good boy,能用乐高积木熟练搭出自己想要的东西,但还不能制造积木块,如果乐高不卖积木块,或者不提供升级版本的积木块,海思的设计想法将难以实现,或者只能用旧的积木块,大大限制了发挥空间。

说到底,我们只有在内核原创设计上实现突破后,才能说完全掌握了芯片设计能力,在此之前,仍需要负重前行。

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