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遭美国打压的华为在芯片方面能如何突破？麒麟990有哪些领先性？在移动通信领域业务引领全球、已经走入无人区的华为终端又会将智能手机带到一个什么新高度？9月6日，麒麟990给出了答案！
文 ｜张国斌 图 华为公司/自摄
9月6日，德国柏林，在下半年全球规模最大的消费电子展IFA上，华为消费者业务CEO余承东发表了“Rethink Evolution”主题演讲，正式发布了业界期待已久的华为年度旗舰机平台麒麟990系列---包括全球第一款采用7nm +EUV工艺的5G SoC旗舰机芯片麒麟990 5G和4G版麒麟990两款芯片。麒麟990 5G在性能与能效、AI智慧算力及ISP拍摄能力等方面进行全方位升级，继续打造手机体验新标杆。麒麟990系列芯片将在华为Mate30系列首发搭载。该款产品将于9月19日在德国慕尼黑全球发布。
华为麒麟990发布会的主题是“重构”，麒麟990到底要重构什么？如何看待麒麟990的领先性？下面笔者尝试做一下解读。概括起来麒麟990实现了六大领先。
1、工艺领先，全球首款7nm+EUV IC
麒麟990 5G是华为推出的全球首款旗舰5G SoC，是业内最小的5G手机芯片方案，基于业界最先进的7nm+ EUV工艺制程，首次将5G Modem集成到SoC芯片中，面积更小，功耗更低。它在一颗指甲大小的芯片上集成了103亿晶体管，是目前晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SoC，这得益于它采用了目前全球最先进的半导体工艺——7nm +EUV工艺。
这是麒麟990实际大小
在先进工艺技术方面，华为自2015年在麒麟950率先采用了业界当时最先进的16nm FinFET工艺之后就一路领先，总是采用业界最先进的工艺技术打造麒麟平台，麒麟980是业绩首款量产7nm工艺的手机平台，这次，麒麟990也率先采用了7nm+ EUV，这也得益于华为和台积电坚实的战略级合作伙伴关系。 在EUV工艺演进上，麒麟芯片早在2014年就开始了EUV技术的储备，联合产业界合作伙伴共同研发并促进EUV技术成熟。为了让最新的EUV工艺能够带给消费者稳定可靠的高品质体验，麒麟990 5G在实现高性能和高能效的基础上，进行了大量关键技术验证，为手机用户提供最可靠的技术保障。 今年5月26日，台积电首席执行官表示该公司7nm+ EUV已开始批量生产，这是台积电第一次、也是行业第一次量产EUV极紫外光刻技术。虽然对外没有宣称是什么产品采用这个工艺，但是现在看来可能当时量产的就是麒麟990。 7nm+ EUV量产成功也意味着半导体工艺再次跃上新的台阶。从余承东实际公布的数据看，采用这个工艺的麒麟990基于7nm +EUV 板级面积缩小 36%功耗，虽然有103亿个晶体管但是芯片尺寸比同类竞品都小30%左右。
麒麟990和同类产品尺寸对比
2、通信性能全球领先 超越对手PPT新品
在先进工艺的支持下，同等面积大小的IC可以塞下更多晶体管，麒麟990也成为首颗晶体管数量超过100亿的5G SoC芯片，而衡量一个芯片领先性的重要指标之一就是晶体管数量，另外，麒麟990率先支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段，充分应对不同网络、不同组网方式下对手机芯片的硬件需求，是业界首个全网通5G SoC。 基于巴龙5000卓越的5G联接能力，麒麟990 5G在Sub-6GHz频段下实现领先的2.3Gbps峰值下载速率，上行峰值速率达1.25Gbps，带来业界最佳5G体验。在麒麟990正式发布之前，曾有两家友商发布也发布了5G SoC芯片，一家是三星电子，它在9月4日发布了号称采用8nm的首款集成5G基带的移动SoC芯片Exynos 980，该芯配备两颗Cortrex A77大核（2.2GHz）和四颗Cortex A55小核（1.8GHz），GPU为Mali G76 MP5。---这个参数也低于麒麟990的参数指标后文有介绍。
在通讯性能方面，三星称Exynos 980可以在Sub 6GHz频段的5G网络下最快达到2.55Gbps，4G最高1Gbps，双模并行达到3.55Gbps。但是很奇怪的有两点：
1、目前支持5G标准（4MIMO/256QAM调制等。。。）的理论极限下载极限是2.3Gbps，但是三星号称搞出了2.55Gbps的下载速度，不知道这个速率咋么来的，三星也未做任何解释，在我质询三星中国之后也没有得到答案。
华为手机产品线副总裁李小龙也表示，因为基于3GPP R-15协议标准，100MHz带宽能实现的理论速率最高为2.34Gbps。基于这个限制，在过去无论华为、高通还是MTK，对外宣称的速率都是2.3Gbps。今天有厂商突破了这个极限，一定有什么奇迹发生。 2、没有公布芯片实际面积大小。
另外，该芯片要到年底才开始量产，实际上目前仅仅是样片阶段。采用该芯片的5G手机要到2020年年中面市了！怪不得余承东在IFA发布会上直呼友商是PPT新品了。第二家是联发科，联发科在今年5月底宣布送样旗下首款集成5G基带的SoC，它采用7nm工艺，CPU大核同样是Cortex -A77，GPU是Mali G77，号称5G下行最快速度达到4.7Gbps！这款基带支持 6GHz 以下的 5G NR 频谱、高达 2x 的载波聚合、以及独立 / 非独立的 5G 网络架构。
奇怪的仍是两点： 1、其下载速度也是远远超过了5G的理论极限，是如何实现的？ 2、该公司未披露确切的 SoC 命名和详细规格。
同样这颗芯片要到2020年Q1量产，采用该芯片的手机则要到2020年下半年面市了！
就以上问题我在发布会上问过华为院士艾伟先生，他说华为也不知道这个数值如何得来，并表示运营商都很疑惑这个数值他也请我向两家厂商求证。 所以综上所述，我认为麒麟990是全球目前唯一一款采用7nm EUV工艺量产的SoC芯片！唯一一款通信指标达到5G标准的手机平台，没有之一。
另外，麒麟990率先支持5G双卡，一卡5G上网的同时，另一卡可接听VoLTE高清语音通话，实现业界最佳5G双卡体验。此外，麒麟990 5G实现业界最佳5G能效，相比传统的4G SoC+5G Modem的解决方案，功耗表现优20%，带来更长效持久的5G体验。 此外，麒麟990还针对5G的特点做了大量优化，5G商用初期，由于网络覆盖不完善，5G还面临着弱信号场景联接不稳定、功耗较高、高速移动场景联接体验不佳等挑战，影响用户的上网体验。基于在5G领域的技术积累，麒麟990 5G全面升级5G通信实力。在5G信号较弱的场景下，麒麟990 5G推出智能上行分流设计，在视频直播、短视频上传等应用场景同时使用5G和4G网络，上传速率提升5.8倍，优化5G上行体验；
5G功耗挑战很大，为解决5G带来的功耗问题，麒麟990 5G率先支持BWP（Bandwidth Part）技术，在5G大带宽条件下实现带宽资源的灵活切换，与业界主流旗舰芯片相比，5G功耗表现优化44%，带来更长效的5G体验；面向高速移动场景，麒麟990 5G支持基于机器学习的自适应接收机，实现更精准的信道测量，下行速率提升19%，实现稳定的5G联接。 麒麟990也是业界首个5G全网通SoC，持续引领5G行业发展方向，除了提供增强的个人移动体验之外，5G还肩负着改变社会的重要使命，驱动移动通信与各行各业相结合，构建万物互联的智能世界。 5G时代，组网方式有SA（独立组网）和NSA（非独立组网）两种选择，但NSA只实现了超高带宽，只有SA才能更好地实现低时延和海量连接。而低时延和海量连接，正是整个行业实现数字化、智能化的必然需求。近日，工信部也表示自2020年1月1日起，申请入网的5G终端需要同时支持独立组网和非独立组网（SA和NSA）。综合来看，NSA是5G初期的过渡方案，成熟的5G解决方案必须具备同时支持SA和NSA的能力。
华为院士艾伟
据介绍，华为从2009年起开始致力于5G的研究和开发，经过多年努力，已经具备从5G核心网到基站，到5G手机、5G CPE和5G Modem都同时支持SA和NSA的端到端解决方案。此次发布的麒麟990 5G也是业界首个全网通5G SoC，率先同步支持SA/NSA 5G双模组网，全面推进5G产业发展，引领5G技术方向；率先支持TDD/FDD全频段，适用于所有5G网络频段需求，助力运营商更快部署5G网络，尽早为消费者带来更成熟的5G体验。
3、GPU领先，16核GPU打造极致游戏体验
在CPU方面，麒麟990 5G仍然采用了类似麒麟980的大中小核架构--2个大核（基于Cortex-A76开发）+2个中核（基于Cortex-A76开发）+4个小核（Cortex-A55）的三档能效架构，最高主频可达2.86GHz，与业界主流旗舰芯片相比，单核性能高10%，多核性能高9%。能效方面针对不同大小的核精细调校，大核能效优12%，中核能效优35%，小核能效优15%，带来更快的手机应用打开速度，日常使用体验更加流畅。
GPU方面，余承东表示麒麟芯片始终追求更好的用户体验。针对GPU在运行重载游戏、播放高清视频等高负载场景下容易出现的发热、掉帧、卡顿等问题，麒麟990 5G搭载16核Mali-G76 GPU，与业界主流旗舰芯片相比，图形处理性能高6%，能效优20%，实现业界领先的性能与能效。
艾伟表示华为考虑的更多是如何从系统层面优化和升级用户体验，所以华为通过全新系统级Smart Cache分流，支持智能分配DDR数据，在重载游戏等大带宽场景下带宽较上一代最高可节省15%，功耗可降低12%，进一步提升GPU能效。
另外，针对游戏场景，麒麟990 5G推出Kirin Gaming+ 2.0，基于性能、能效强大的CPU、GPU与DDR芯片，Kirin Gaming+ 2.0推出高性能、高能效、高画质游戏解决方案，实现业界顶级游戏体验。 Kirin Gaming+ 2.0的核心技术是全新升级的AI调频调度技术，在CPU、DDR系统调频调度中全新引入GPU融合调度，并加入游戏关联线程优化技术，动态感知性能瓶颈。不仅如此，Kirin Gaming+通过对100万帧以上的游戏画面大数据进行学习，建立了精准的Kirin Gaming+游戏性能功耗模型，将性能功耗调度细化到游戏每一帧画面中，游戏帧率稳定60帧，每帧负载调频准确性提升30%。同时，麒麟990 5G支持HDR 10特效，游戏画质更高清，游戏体验更加真实沉浸。 这里有笔者拍摄的现场演示视频可以感受到麒麟990强大的游戏能力
有网友惊呼，“应该跟索尼合作移植PS游戏到手机上来，体验太爽！”
4、AI领先业界，达芬奇架构显神威
在端侧AI的发展历程中，麒麟芯片始终引领着产业方向。2017年，麒麟970在业内首次采用独立NPU神经网络处理单元，开创端侧人工智能的行业先河。2018年，麒麟980搭载双核NPU实现领先的AI算力，带来AI人像留色、卡路里识别等一系列创新AI体验。2019年，全新高端系列麒麟810更是首次采用华为自研达芬奇架构NPU，打破端侧AI性能纪录。麒麟990又带来什么？
它就是NPU大核+NPU微核创新设计架构--麒麟990 5G是首款采用华为自研达芬奇架构NPU的旗舰级芯片，创新设计NPU双大核+NPU微核计算架构，NPU大核展现卓越性能与能效，微核NPU实现超低功耗。 事实胜于雄辩，让人震惊的是麒麟990的算力提升！相比麒麟980，采用华为自研达芬奇架构的麒麟990算力提升高达476%！等于提升了近5倍算力！可以预计，在AI+5G的全新赛道，麒麟990 5G将再度引领AI潮流。在双大核NPU（Ascend Lite*2）加持下，麒麟990 5G实现业界最强AI算力，与业界其他旗舰AI芯片相比，性能优势高达6倍，能效优势高达8倍，持续刷新端侧AI的算力高点。无论是在业界典型的中载神经网络模型ResNet50（用于检测、分割和识别），还是在移动端更流行的轻载神经网络模型MobilenetV1（用于分类、检测、嵌入和分割）下，麒麟990 5G的FP16和int8性能和能效均达到业界最佳水平。业界首发NPU微核（Ascend Tiny）赋能超低功耗应用，在人脸识别的应用场景下，NPU微核比大核能效最高可提升24倍，让AI运算更省电。
余承东解释说，这好比一条高速路上让打车拉大货物小车拉小货物，配比更了合理道路使用更高效。
而基于麒麟990 5G的AI强劲算力，过去很多受限于功耗和算力的应用都将成为可能。麒麟990 5G使能AI多人实时换背景，通过先进的AI多实例分割技术，能够将视频画面中的每一个人物主体单独识别出来，实现多人物视频拍摄替换背景，甚至可以选择画面中需要保留的人物，让视频应用充满更多想象。AI视频超分能够基于麒麟990 5G的AI智慧，还原老旧设备拍摄的视频画质，画面瞬间达到高清质感。未来，麒麟990 5G强大的AI算力和丰富的开放能力，将进一步赋能AI应用，结合5G高速率、低时延、广联接的特征，探索更多智慧应用。
这是现场拍摄的实时视频背景变换
为何麒麟990 AI性能如此强大？这是因为它采用了华为独立开发的达芬奇架构。 在2018年华为HC大会上，华为轮值董事长徐直军发布了华为全栈全场景AI解决方案，首次公布了华为自研的达芬奇架构，并宣布基于达芬奇架构的系列化AI芯片：Max，Mini，Lite，Tiny和Nano五个系列。这五个系列可以理解为超大号、大号、中号、小号、超小号，它们能满足全应用场景的AI计算需求。
达芬奇架构是华为自研的面向AI计算特征的全新计算架构，具备高算力、高能效、灵活可裁剪的特性，是实现万物智能的重要基础。华为Fellow艾伟解释说达芬奇架构采用的是3D Cube架构，它是一种三维的架构，可以针对矩阵运算做加速，大幅提升单位功耗下的AI算力，每个AI Core可以在一个时钟周期内实现4096个MAC操作，相比传统的CPU和GPU实现数量级的提升。 艾伟解释说达芬奇架构内部还细分成很多单元，包括核心的3D Cube、Vector向量计算单元、Scalar标量计算单元等，它们各自负责不同的运算任务实现并行化计算模型，共同保障AI计算的高效处理。同时，为了提升AI计算的完备性和不同场景的计算效率，达芬奇架构还集成了向量、标量、硬件加速器等多种计算单元。同时支持多种精度计算，支撑训练和推理两种场景的数据精度要求，实现AI的全场景需求覆盖。
其中，AI计算的核心是矩阵乘法运算，计算时由左矩阵的一行和右矩阵的一列相乘，每个元素相乘之后的和输出到结果矩阵。在此计算过程中，标量（Scalar）、向量（Vector）、矩阵（Matrix）算力密度依次增加，对硬件的AI运算能力不断提出更高要求。典型的神经网络模型计算量都非常大，这其中99%的计算都需要用到矩阵乘，也就是说，如果提高矩阵乘的运算效率，就能最大程度上提升AI算力——这也是达芬奇架构设计的核心：以最小的计算代价增加矩阵乘的算力，实现更高的AI能效。
华为创新设计的达芬奇架构将大幅提升算力，16*16*16的3D Cube能够显著提升数据利用率，缩短运算周期，实现更快更强的AI运算。举例来说，同样是完成4096次运算，2D结构需要64行*64列才能计算，3D Cube只需要16*16*16的结构就能算出。其中，64*64结构带来的问题是：运算周期长、时延高、利用率低。 采用达芬奇架构的麒麟810h是达芬奇在端侧领域的尝试，小试牛刀NPU性能就超越了友商同类产品，麒麟810在单位面积上实现最佳能效，FP16精度和INT8量化精度业界领先，搭载这款SoC芯片的华为Nova 5、Nova 5i Pro及荣耀9X手机已上市，为广大消费者提供多种精彩的AI应用体验。 而采用达芬奇架构的超大号NPU昇腾910则性能爆棚，半精度（FP16）算力达到256 Tera-FLOPS，整数精度（INT8）算力达到512 Tera-OPS！成为算力最强AI处理器，它在训练领域大显身手。
5、ISP再次创新，影像领先业界
自从麒麟950搭载华为自己研发的ISP后，华为不断在ISP上进行创新，这次麒麟990采用的是全新ISP 5.0，吞吐率提升15%，能效提升15%，全面优化视频处理能力，并把单方相机的降噪技术应用到手机端。
在夜晚、光线较弱的暗光环境下，视频拍摄出现的噪点非常影响成像质量。从噪声类型来说，视频拍摄中出现的主要是时域噪声和空域噪声。其中，时域噪声是前后帧画面播放随时间变化产生的噪声，空域降噪是每一帧视频画面原本存在的固有噪声。业界在视频降噪方面大多采用单一的时域降噪，主要消除时间维度带来的噪声。
此次，麒麟990 5G全球首发双域联合视频降噪技术，针对视频中的高频、中频、低频噪声混合的场景，增加频域降噪过程，重点针对噪声进行精准分离处理，视频降噪能力提升20%，暗光环境下拍摄的视频更加清晰。首次在手机芯片上实现基于AI分割的实时视频后处理渲染技术，对每一帧视频画面色彩精心调色，让手机视频也能拥有电影调色质感。
同时，手机在暗光场景下的拍照能力也始终是用户关注的焦点。麒麟990 5G首次在手 机芯片上实现BM3D（Block-Matching and 3D filtering）单反级硬件降噪技术，首次将单反级的图像处理能力应用在手机上，照片降噪能力提升30%，暗光场景噪点更少，让手机大片越夜越美丽。 基于ISP的能力升级，麒麟990 5G支持全新炫酷Face AR。通过从摄像头捕获的人脸图像数据和基于NPU运行的神经网络算法，Face AR能够对人脸进行建模、实时跟踪、表情捕获，并且可以进一步分析出人脸信息背后的诸如心率、呼吸率等健康数据，提供围绕人脸的丰富的AR增强现实体验，探索AR应用的更多可能。 麒麟990有一个演示非常酷，就是用前置摄像头测试人的心率，它的原理是当用户的心脏跳动时，会有更多的血液流过用户脸部，绿光的吸收量也会越大。在心脏跳动间隙，血液流量减少，导致绿光的吸收也会减少。通过复杂精密的算法将心率信号有效监测并提取出来。利用CMOS传感器可以计算出血液中透光率的脉动变化，折算成电信号，对应就是心率。 拍照的同时还能测心率，酷吧，如果把这应用用到《非常勿扰》相亲节目上，不是很有趣？可以知道女嘉宾哪个男嘉宾真正心动？
6、AI生态领先，开放带来无限可能
华为创始人任正非经常提出熵减概念，就是要通过开放耗散企业的熵值，在人工智能领域，华为通过HiAI生态保持领先，这次华为也带来 HiAI2.0持续赋能AI应用开发，探索AI+5G无限可能。 随着AI+5G时代的到来，轻量化、免安装、跨平台和更多的交互体验将成为未来应用的发展趋势，这也要求手机芯片具备5G芯端云一体化的AI能力，以及大数据、平台化等更多创新技术集群。基于华为推出的全新达芬奇架构NPU和HiAI Foundation芯片能力开放，麒麟平台将持续为开发者提供更强大的端侧算力，充分激发端侧AI的运算潜能。
艾伟表示此次，麒麟990 5G也将为HiAI 2.0开放平台注入新的能量，助力开放能力进一步升级——支持300+算子，业界最多；提供完备的IDE工具，Android Studio插件，支持代码自动生成，提高开发效率；提供达芬奇架构IR开放，支持业界主流框架对接，实现更加完备的兼容性，让算法开发者保持原有的开发习惯，在HiAI平台上自动获取加速能力，为开发者提供更强大的工具链，探索AI+5G应用的无限可能。
作为5G和AI时代的引领者，华为将充分发挥麒麟平台的创新技术优势，面向开发者全面开放芯片能力，让更多开发者加入到全场景、智慧化的新应用的开发队列中来，共同促进应用产业的繁荣发展。
此外，与麒麟990 5G一起亮相的麒麟990，同样在性能、能效、AI及拍照方面实现重磅升级，为现阶段更广泛的4G手机用户提供更卓越的使用体验。
艾伟表示5G时代本土力量首次领先，基于中国完整的5G体系，可以创新出 很多新的商业模式和应用，如同4G激发了抖音、快手等短视频应用一样，5G必然会催生新一波机遇，重构生态和商业，我想这才是麒麟990领先带来的真正意义！
有了麒麟990的加持，华为年度旗舰机Mate30毫无无疑问将成为年度安卓机皇！9月19日将揭晓，我们拭目以待！
工商网监
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