华为麒麟980解析：自研SoC的胜利 只待Mate20证明自己
在日前的ifa大会上，华为消费者业务ceo余承东面向全球推出了全新处理器麒麟980。
海思半导体一直是华为的关键战略组成部分，它使华为将自己与其他依赖高通等soc供应商的公司区分开来。当然这种策略是一把双刃剑，“梭哈”麒麟soc意味着芯片的设计必须正确，否则会让华为手机反陷于不利的竞争地位。
此前的麒麟950是一款令人印象深刻的芯片，它应用了当时最先进的台积电16nm ff+工艺和cortex a72架构，这一强强联合赋予了麒麟950强大的竞争力，为华为带来了丰厚的回报。
而后来的麒麟960和麒麟970则展示了这一策略的风险一面。麒麟960是一款使用16nm ffc工艺（比16nm ff+工艺差一些）制造的soc，被同期使用10nm lpe制程的高通骁龙835和三星exynos 8895占据了主导地位；麒麟970虽然换用了台积电10nm工艺，但却只使用了cortex a73架构，而骁龙845则为从cortex a75优化而来的kryo 385架构。此外这两代麒麟处理器的gpu能效也受制于孱弱的arm mali g71/g72架构而缺乏竞争力。
此次在设计麒麟980时，华为又再次处于一个非常有利的位置上，arm全新的cortex a76和mali g76架构在能效方面均有很大飞跃，而台积电也在全力推进其7nm制造工艺。
正如昨天发布会上所见，麒麟980使用了cortex a76+cortex a55的dynamiq cpu集群以及mali g76 gpu集群。
在以往的设计中，一个集群中的几个核心都运行在相同的时钟和电压上，如果有一个高性能线程需要高性能状态，其他线程也要跟着提升频率，能效比*被拉低。而此次海思半导体充分利用了arm的新dsu集群及异步cpu配置，将麒麟980中cortex a76架构的高性能cpu集群细分为两组，各自运行在不同的频率和电压上，可有效提升实际使用时的能效比。
两组cortex a76 cpu中，高频率的一组运行在2.6ghz频率上，比arm此前公布的3ghz目标要低不少，但高于此前预测的2.5ghz保守频率。尽管如此，全新的cpu架构仍然带来了显着的性能改进，cortex a76在2.6ghz频率下的表现仍然非常出色。另一组cortex a76 cpu的运行频率为1.92ghz，这应该是一个很好的能效比平衡点，两组核心可根据不同使用场景灵活调用。
缓存方面，所有cortex a76都带有推荐的512kb l2缓存配置，而a55则采用128kb缓存。在雷锋网此前分析cortex a76的文章中曾提到过，在最新的dynamiq群集配置中，l2缓存是每个cpu核心独占的。dsu中的l3缓存则为4mb共享式设计，容量为骁龙845的两倍。
cpu性能提升75％，能耗比提升58％
华为表示麒麟980相比麒麟970可获得75%的性能提升，能耗比则比麒麟970提高58％。华为演讲中的ppt脚注显示其能效数据基于dhrystone，而dhrystone非常专注于考研cpu核心，相对在内存等其他方面不会给soc带来太大的压力。
麒麟980使用的big.middle.little三层结构也带来了调度方面的复杂性，海思半导体表示其采用了一种新的“灵活调度”机制，但遗憾的是目前尚无更多细节。在真正拿到第一台麒麟980设备之前，关于性能和功耗的数据仅限于数据估算。
经过一些简单计算后，麒麟980的性能和功耗表现基本与此前arm发布cortex a76架构时推测的情况相差无几。2.6ghz的cortex a76性能达到或超过2.7ghz的三星exynos 9810并无问题，相比骁龙845则可领先30%左右。而7nm工艺下，麒麟980的2.6ghz的cortex a76核心功耗甚至低于1.8ghz的三星exynos 9810，能耗比冠绝全场。
10核心mali g76≥20核心mali g72
麒麟980也是第一款采用arm全新mali g76 gpu的soc。雷锋网在此前分析mali g76时曾提到，mali g76与以往的bifrost架构有很大的不同，它极大地改变了核心的内部结构。
mali g76为了提高架构的性能和面积效率，将gpu内的基础计算模块的规模增加了一倍，单个eu内拥有8组fma和add/sf流水线。实际上，一个mali g76核心的运算资源相当于两个mali g72核心。
在纸面上，麒麟980的mali g76 mp10可能乍一看比麒麟970中的mali g72 mp12要小，但实际上它相当于mali g72 mp20，也就是运算资源扩充了66％，这还不包括新架构的运算效率改进。
麒麟970的gpu频率高达747mhz，但此频率下的能耗比表现不佳，导致在实际使用中往往由于功耗和发热较大而不得不降低运行频率。据海思半导体透露，麒麟980的gpu频率为720mhz，性能相比麒麟970提升46％，能耗比则大幅提升178%。
若以行业中常用的gfxbench曼哈顿测试为基准，经过一些简单计算后可得出以下数据：
虽然根据mali g76规模的不同，以及不同的测试对像素填充率和算术逻辑运算的负载不同，所得出的测试结果也不尽相同，但不得不说，至少在gfxbench曼哈顿测试这个基准下，麒麟980的绝对性能相较于骁龙845的adreno 630来说仍然有所不及。
不过，麒麟980的gpu能耗比确实有了相当的飞跃，华为给出的178%也与在之前分析mali g76时的推测基本相符。如果在实际设备上也是这样的水平，则意味着麒麟980跳脱了此前mali g71/g72的大坑，可持续功耗水平恢复到了麒麟950的良性水平。
更快的内存控制器
麒麟980使用了lpddr4x内存控制器，并声称在业内第一个支持了2133mhz内存，带宽增加13%。麒麟970的缺点之一是内存控制器在较高频率下非常耗电，希望麒麟980可以解决这一问题，在高频率下保持较高的效能。
华为在发布会上公布了一些内存延迟和带宽数据：在geekbench 4测试中，麒麟980的延迟为138ns，骁龙845则为176ns。不过这些数据的参考性有待确认，因为麒麟970和骁龙835的延迟也在138ns左右，并且三星exynos 9810的表现比它们都要好，其延迟只有78ns。
新的isp及其成像特性
麒麟980使用了全新的isp，图像处理吞吐量提升46％，能够支持更高分辨率的摄像头数据。新isp的改进之一是引入用于hdr的10bit图像处理流水线，这是今年soc中普遍增加的特性，但由于实际手机产品在色彩管理和屏幕两方面跟进不足，这一能力实际上很少使用。
新isp的另一改进是支持“多通道降噪”技术，这听起来很像今年骁龙845中引入的多帧降噪功能，其降噪基于时间帧而不是空间像素，降噪效果更好且没有模糊的副作用。此外新isp还有一个新的视频编码管道，可降低33%的视频捕获延迟。
不过，麒麟980的视频编码能力仍然维持在4k@30fps水平上，这对于一款全新soc来说是一个竞争劣势。
全新双核npu，吞吐量*2
麒麟980继续改进其神经网络推理加速架构，并推出全新双核npu。新的双核npu仍然每次只处理一个模型内核，这意味着单个模型推理的速度可以被加倍。华为表示，麒麟980的全新双核npu比麒麟970的npu快2.2倍，每分钟可实现4500次推断。
更快的cat.21 4g基带和balong 5000 5g基带
麒麟980中的全新cat.21 4g基带支持4x4 mimo、1.4gbps下载速率和2x2 mimo、200mbps的上传速度，同时支持5ca、256qam、3x载波聚合，堪称5g到来之前的最强基带。
除了4g基带之外，华为还谈到了可与麒麟980配套使用的balong 5000 5g基带，这种搭配就如同下一代高通骁龙soc将配套x50基带一样。不过华为没有透露关于二者配套的细节，只是称我们将在明年某个时候看到使用麒麟980+ balong 5000的设备。
1732mbps高速wifi模块
在以往的soc中，华为通常会使用博通的wifi模块。博通一直被认为是行业领先的，市场上的大部分旗舰设备中用的都是博通的wifi解决方案。
不过此次麒麟980出人意料的使用了全新hi1103 wifi模块，支持802.11ac标准、2x2 mimo和160mhz频宽，速度高达1732mbps。同时hi1103还支持l1+l5双频gps定位，l5频段下定位精度可提升10倍。
万千光环集于一身
之前的麒麟960和麒麟970由于工艺和架构的劣势，在市场竞争中受到很大影响。这次的麒麟980希望能够解决这些问题，在各方面都有重大改进，使用了台积电最新的7nm工艺、arm最新的cpu架构cortex a76和gpu架构mali g76，再加上内存控制器、isp、npu等模块的改进，使麒麟980看起来确实是一款非常均衡的soc，在市场上处于极佳的竞争地位。首部搭载麒麟980处理器的智能手机mate 20将于10月16日推出，应该是一款值得期待的设备。