揭秘华为麒麟990 5G：提前3年布局，百亿晶体管把7nm用到了极致

乾明 2019-09-07 13:12:10 来源：量子位

乾明 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

华为再次成为关注焦点。

在德国柏林IFA上，华为推出新一代手机芯片：麒麟990 5G。

无论是全球首款旗舰5G SoC，还是同类产品中AI算力最强，都引起了关注与讨论。

目前，市场上的5G手机中，采取的方案都是4G SoC+5G Modem模式，而麒麟990 5G则是首次将5G Modem集成到SoC芯片中，性能更强，能耗更少，体验也更好。

在向5G时代的过渡中，麒麟990 5G是华为最重要的芯片，进一步彰显了这家公司的创新性和创造性。

而为了这款芯片，华为已经准备了很久。

集成5G：提前三年布局

从2016年开始， 华为就已经开始着手布局990芯片了。历时三年，华为交出了答卷：麒麟990 5G。

它不仅是业界首款商用的5G SoC，也是目前晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SoC。

但想要做到这一点，并不容易。华为Fellow艾伟在接受采访时透露了背后的故事，麒麟990 5G并不是简简单单地将麒麟990芯片与巴龙5000结合在一起。

“怎么能在不影响它的集成度和功耗的情况下做出来”是最核心的挑战，需要把架构放一起做联合优化。

在性能提升的基础上集成5G，最直接的体现就是晶体管数量的大幅度增加：从麒麟980的69亿到了103亿。

怎么在7nm的芯片上做到这一点？最简单直接的方式，就是把晶体管越做越小，管体管之间的连线越来越细。

这也是华为在这次麒麟990 5G上选择EUV工艺的原因所在，传统的工艺已经难以支撑在7nm的芯片上放下如此多的晶体管。用艾伟的话说，就是“芯片会撑爆的”。

但是EUV是半导体领域最先进的工艺，用起来并不容易。华为方面表示，麒麟芯片早在2014年就开始EUV技术的储备了。在推进EUV技术成熟方面，麒麟也有一份“功劳”。

在技术、工艺上领先，也需要大量的投入。

艾伟透露，华为投入了数千名工程师去研发麒麟990 5G芯片。

当然，麒麟990 5G并不仅仅只有5G，其8核CPU以及16核GPU，也是业界领先的存在。

尤其是AI上，更是凸显出了华为的实力，也呈现出了华为面向全场景推出解决方案的“野心”。

AI算力：与昇腾910一脉相承

麒麟990 5G，是首个采用达芬奇架构NPU的旗舰芯片，也是华为昇腾系列芯片在端侧的应用。

华为表示，这是业界AI算力最强的SoC，而且能效也最高。怎么实现的？背后在于更成熟的设计方案：2个大核+微核。

其中，业内最强的手机AI算力来自于2个大核，采用的是昇腾系列的Lite——与业内最强的AI芯片昇腾910一脉相承。

最直接的体现是跑分：76206，这一跑分来自苏黎世理工大学提出的AI Benchmark。与华为首款AI芯片麒麟970相比，提升12倍，也是友商的3倍。

在测试中执行的任务主要有图像分类、人脸识别、图像去模糊、图像超分辨率、图像语义分割、图像增强、内存极限测试等等，已成为业内评估手机AI能力的重要基准。

之所以能够达到这么大的提升，艾伟也给出了解释：用上了华为自研的达芬奇架构。

不过，根据AI Benchmark官方的介绍，跑分也与CPU以及GPU的性能有很大的关系，这次麒麟990 5G在CPU和GPU方面的升级，也有很大助益。

微核主要用于超低功耗应用，采用的是昇腾Tiny。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，而且也更省电。

余承东也在发布会上解释了相应的原理：

原来只有大核的时候，无论货多货少都需要用“大车”运送，肯定会浪费运力。现在有了微核设计，低功耗的任务，也就是货少的时候，采用小车运送，保证了“运力”的有效运用。

算力强，能效高，最直接的体现就是AI能力更强，能够执行的AI任务也更复杂。

比如发布会上呈现的AI多实例分割技术，能够实时在视频中P多个人。

这些算力不仅仅只体现在执行AI任务上，也能够为芯片的其他特性提供动力。

比如对AR技术的支持，基于NPU的能力，华为能够通过相机来测心率。

比如在5G信号比较弱的场景中，基于机器学习的自适应接收器，能根据5G信号强弱自动选择最优网络，实现稳定的5G联接，这样下行速率提升19%。

这些只是华为本身提供的用例，麒麟990 5G也能够支持90%以上的计算机视觉网络，算子数300+，基于华为HiAI2.0开发平台加持，未来的可能性也会更多。

而且，5G+AI，也是余承东所说的移动AI 2.0的基础，也是实现端云一体化的必要条件。

图像处理：单反级降噪算法

此外，麒麟990 5G还有一个升级并没有引起太多媒体关注，但它对于整个移动设备的体验都有极大的改观。

它就是ISP 5.0，主要优化的就是视频处理能力。

与前一代相比，数据上有大提升：ISP吞吐率提升15%，能效提升15%，照片降噪30%，视频降噪20%。

正是基于此，用相机来测心率的功能才能够实现，也正是基于此华为在图像和视频上的降噪技术才能够发挥作用。

在图像降噪方面，华为在麒麟990 5G上用到了BM3D。是的，你没有看错，之前只用在单反设备上的降噪算法。

而想要把它用到手机上，也同样不容易。艾伟说，这与整个通道数上的处理能力提升相关。

并不仅仅只是算法放进去就行，手机天生比单反的芯片感光面积小，仅仅只加一个算法是不够的，还需要叠加降噪更多的算法，而且也要注意能耗和成像时间。

华为麒麟能够实现这一点，的确耗费了不少功夫。

在视频降噪上，麒麟990 5G全球首发了双域联合视频降噪技术。

通常情况下，视频中都会有一些图像不清楚，对其进行处理就是空域降噪，本身并没有什么难度，所有厂商都能做。近年来，又有一种时域降噪的技术出现，处理帧与帧之间的噪点。

而华为在这些基础上，又做了频域降噪，先把空域的数据拿过来做傅里叶变换，去掉一些噪声还原更好的细节，然后再叠加回去。

华为表示，做频域处理之后再跟时域结合起来，最终视频质量会更好。

而且，这些也正是硬件级别上的降噪技术，结合华为Mate 30系列的摄像头，图像和视频的成像技术上也会有更多的想象力。

评价麒麟990 5G

如此芯片，到底该如何评价？

国内的多数网友，都惊叹于这款芯片的性能升级，也对Mate 30系列产品的发布充满期待。

虽然大多数外媒都只是报道了新闻事实，也有外媒给出了评价。

比如美国科技媒体VentureBeat直言，如果华为果真按计划交付，将在与高通的5G手机竞争中占得先机。

对于这款芯片，华为在发布会上也给出了定性：这是融合5G和AI的革命性飞跃。

那么，华为麒麟芯片未来将要往何处去？在接受采访时，华为Fellow艾伟表示：

AI+5G是长期未来智能手机发展目标，看谁跑得更快了。

最新消息，华为在手机5G上的主要对手高通，刚刚也宣布，将会和OPPO合作集成5G芯片。

竞争还在继续。