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最后更新时间 - 责任编辑 - 朱家成 华为全球首发旗舰级5G SoC芯片意味着什么?在高通、三星等巨头争相发力5G赛道的今天,它又能否带领我国芯片研发走上超车道?

北京时间9月6日下午,华为在2019德国柏林消费电子展(IFA)上,面向全球推出华为最新一代旗舰芯片——麒麟990系列,包括麒麟990和麒麟990 5G两款芯片。其中,麒麟990 5G是全球首个内置全制式5G带的旗舰级5G SoC(System on Chip,系统级芯片),将在本月中下旬由华为Mate 30系列手机首发搭载。

华为消费者业务CEO余承东介绍,麒麟990 5G创下了多个“业界第一”:业内最小的5G手机芯片方案;首次将5G Modem集成到SoC芯片中;率先支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段;业界首个全网通5G SoC……

亮眼成绩的背后,是华为及其背靠的国内科技创新及研发实力的不断升级。华为全球首发旗舰级5G SoC芯片意味着什么?在高通、三星等巨头争相发力5G赛道的今天,它又能否带领我国芯片研发走上超车道?

指甲大小的芯片里有103亿枚晶体管

“麒麟990 5G SoC是业内最小的5G手机芯片方案。”据余承东介绍,不同于业界采用的4G SoC+5G Modem模式,麒麟990 5G采用了业界最先进的7nm+EUV工艺制程,首次将5G Modem集成到SoC上,“板级面积相比业界其他方案小36%,在一颗指甲大小的芯片上集成了103亿枚晶体管,是目前晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SoC。”

为何业界对体积更小的芯片如此孜孜以求?这不得不谈到著名的“摩尔定律”,指集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍,实现更小体积、更低功耗,生产成本也会不断降低。

近半个世纪以来,该定律屡屡应验。1971年,英特尔发布了第一块商用微处理器4004,其包含2300个晶体管,每个晶体管大约与人体红细胞一般大小。此后数十年内,芯片的制程逐渐由微米时代步入纳米时代,从40nm、28nm、16nm,不断缩小到10nm、7nm,“未来5nm制程也将进入公众视野。”余承东表示。

一方面,芯片工艺制程的不断升级,带来了性能的全面提升。另一方面,“单片芯片设计中的所有元素缩小到更小的工艺几何形状变得越来越困难,这已经无限逼近摩尔定律的极限。”业内人士表示,芯片制造过程中的衍射现象也越发严重,全产业正步入瓶颈期。

EUV技术的出现为芯片制造行业带来了曙光。EUV(Extreme Ultraviolet Lithography)又称极紫外光刻,能给硅片刻下更小的沟道,在芯片上集成更多的晶体管,进而提高芯片性能,继续延续摩尔定律。

而华为能率先用上台积电的7nm+EUV工艺,与其未雨绸缪的战略有很大关系。华为早在2014年就开始EUV技术的储备,并联合产业界合作伙伴共同推进项目研发,力促EUV技术走向成熟。在EUV技术正式进入麒麟990 5G芯片前,华为进行了大量关键技术验证,这才有了目前7nm+EUV的正式亮相。

告别外挂式首款集成5G基带好在哪?

除了面积更小,麒麟990 5G还更“有料”。余承东介绍,此前行业内推出的5G芯片大多为外挂式结构,华为也不例外。本次,华为率先推出全球首款旗舰级5G SoC集成芯片,“相比于外挂5G基带方案或者简单地封装的方案,功耗更低,数据传输速率更快。”

“集成式”方案的技术含量在哪里?余承东表示,麒麟990的5G模块真正融入麒麟990的5G芯片中,通信模块和CPU、GPU三者共享着麒麟990的内存,“这与把模块和芯片简单封装到一起有本质上的区别。”

此前,各手机品牌都在其5G手机中采用“外挂式”基带方案,另外嵌入专门用于5G网络通讯的基带芯片。“它是单独的一颗5G芯片,需要在手机或数据通信终端中额外占一个位置,不像以前的2/3/4G基带芯片是和处理器集成的,对手机空间的占用更少。”

为何不采用集成式设计?一是由于研发成本过高;二是由于技术研发门槛高,要制成良率高、可量产的集成式芯片相当困难。“5G基带芯片的制造难点在于,首先需要先进制程的支持,与此同时,也必须向下兼容2G/3G/4G的频段,同时又必须扩大频段。”不仅如此,集邦咨询拓墣产业研究院分析师姚嘉洋表示,5G基带芯片的开发至少都是12nm制程起跳,难度可想而知。

正因如此,此次华为首个旗舰5G SoC的发布对全行业而言意义重大。此前,采用“外挂式”结构的5G基带芯片普遍存在体积偏大、发热等问题,而集成式的芯片,在耗电、续航、成本、发热、内部空间设计方面都有较大改善,预计将带领全行业开启5G应用新时代。

芯片AI算力“开挂”?秘诀在于自研达芬奇架构

除了5G性能,麒麟990 5G芯片在AI算力及能效方面同样做到了业内第一。“麒麟990 5G的表现是同类5G芯片的3倍。”余承东表示,除了具备“业界最强AI算力”,麒麟990 5G在性能及能效表现上也做到了领先其他芯片方案6倍、8倍。

这是如何实现的?余承东说,芯片AI实力超群的“秘密武器”在于达芬奇架构——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。依托这一架构,芯片将实现单位功耗下AI算力的大幅提升,“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实现数量级级别的提升。”

不仅如此,NPU双大核+NPU微核架构的创新设计也是麒麟990 5G芯片AI能力的“神助攻”。据余承东介绍,此前业界还从未有厂商做过类似尝试。“全新架构将能帮助终端设备在提升AI算力的同时,进一步降低能耗。”

大核+微核,能节省多少功耗?余承东表示,两者在同一计算场景下的功耗差距高达24倍。“假如只调用微核进行AI计算,那么同一条件下,它一天的耗电量可能还不到只调用大核手机的5%。”

AI算力提升,能耗却不增反降。华为的这项突破,预计将为许多受限于功耗和算力而迟迟无法普及的应用带来曙光。其中,余承东在大会上展示了一项“实时视频分割”的应用功能。即,用户可以在拍视频的过程中实时对画面中的人物主体进行识别和分割,智能抠图,“一键换背景”。未来,依托于麒麟990 5G强大的AI算力,厂商还有望探索更多智慧应用。

支持NSA/SA双模

这款芯片怎么做到“全网通”?

麒麟990 5G SoC芯片,还有两个关键词——“双模”“全网通”。

对于全网通,多数消费者已经比较熟悉,就是大家平日里说的电信、移动、联通sim卡无缝切换,这说明装备了该芯片的手机可以随意选择使用某个运营商的SIM卡。对于双模,知道的消费者可能就不多了,这是指麒麟990 5G SoC芯片可以在NSA或者SA的5G网中使用。

通俗地讲,NSA是“非独立组网”,就是依托现有的4G基站和4G核心网来进行5G网络的建设;SA是“独立组网”,就是直接新建独立的5G网络。“手机支持什么模式,决定了手机能够在什么样的网络中使用。比如,只支持NSA模式的手机,只能在5GNSA网中使用。”第一手机界研究院院长孙燕飚解释。

值得注意的是,与别的芯片厂商不同,华为的5G芯片一直坚持双模路线。此前发布的巴龙5000基带芯片就是全球第一款支持NSA和SA的基带芯片,此次,华为将这种支持双模的功能集成进麒麟990 5G SoC芯片中,可以说是坚持了这一路线。通信行业分析师项立刚对记者解析,目前国内5G组网仍是NSA的模式,但从明年开始,SA组网的建设方式将逐渐开始。

正如项立刚所说,记者从铁塔公司方面获悉,目前建设5G网络的方式是NSA模式,这种模式投入较少,但存在功耗较大,不能真正发挥5G特效的缺点。以后5G基站的建设都会朝SA模式转,甚至有运营商称以后只能支持NSA模式的手机将会用不了。从这个意义上讲,华为麒麟仍坚持走这一路线,正是为了让手机可以灵活在不同组网模式下的5G网络下生存,不会出现信号问题。

■观察

下半年5G手机“真香”?

尽管抢到了“全球首发旗舰5G SoC”的名头,但华为要在此领域保持领先绝非易事,全球范围内包括高通、三星、联发科、紫光展锐等在内的厂商都正对这对这块“香饽饽”虎视眈眈。

9月6日,继华为之后,高通也正式介绍了其集成5G基带手机SoC芯片的产品组合和计划。“高通将首先推出骁龙7系5G移动平台,并在未来一年内在骁龙6、7、8系列上全部集成5G模块。”据高通介绍,与麒麟990 5G相同,骁龙7系5G芯片也是集成5G功能的系统级芯片,同样支持所有主要地区的频段,以及独立(SA)和非独立(NSA)双组网模式。

值得一提的是,与华为率先选择在其“9”系高端旗舰级别芯片上集成5G模块不同,高通推出的第一款5G SoC,其5G模块集成在其“8”系中端芯片上。尽管这意味着该款5G SoC在部分能效及功耗上的表现会较华为逊色,但这也“不失为一种聪明的做法,”业内人士告诉记者,高通带来的中低端5G SoC在成本上给厂商的空间更大,其有望迅速进入市场,带动整体5G终端设备售价大幅下降。

目前,OPPO已确定将首发骁龙7系5G芯片,realme等品牌也“正在路上”。该业内人士预计,随着骁龙7系5G芯片加速落地,未来一年内国内将迎来更多更具性价比的5G手机,而华为麒麟990芯片预计会带动旗下5G手机在中高端市场中一骑绝尘。

南方日报记者 许隽 郜小平 姚翀

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