华为麒麟980首发玩的是“时间差”，手机“核”主战场转至7nm

手机芯片制程工艺，从10nm向7nm的跨步实属不易。而随着摩尔定律接近尾声，制程工艺进一步跨越愈加困难，任何一步对桎梏的突破都历经着艰辛。正因此，对科技的进步我们怀以敬佩与敬畏之心。

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8月31日，华为在IFA 2018上，正式发布全球首款商用台积电7nm制程工艺SoC——麒麟980。一时间，7nm成为新闻标题中的关键词，刷爆科技圈。

 

 

实际上，早在今年上半年，三星宣布“7nm智能手机芯片将于下半年完成量产”，与台积电正式开战时，7nm制程工艺的竞争就已进入白热化阶段。此外，苹果、华为和高通都已对外宣布，其下一代手机芯片均为7nm制程工艺。

 

那么，7nm制程工艺是什么？好在哪？又有哪些手机已经采用，或即将采用该工艺级别的芯片呢？

何为7nm制程工艺？

 

三星与台积电，手机芯片制程工艺的“赛跑”

 

在全球半导体行业，一直存在着一场半导体制造的“纳米”之争。这一点体现在智能手机芯片领域，即是台积电和三星两大晶圆代工企业硝烟四起的“争夺战”。

 

其中，台积电又处于领先地位。从二者手机芯片制程工艺的演绎可见一二。

 

 

2011年，旗舰机芯片的制程工艺尚停留在40nm级别，直到台积电宣布其28nm制程工艺正式量产，手机芯片制程工艺跨越一大步。

 

台积电手机芯片制程工艺的发展历程大致如下：

2011年10月，28nm制程工艺正式量产；

2014年1月，20nm制程工艺已大规模量产；

2015年8月，16nm制程工艺实现量产；

2017年下半年，10nm制程工艺实现量产；

2018年8月底，首发7nm制程工艺SoC。

 

而三星一直在与台积电“赛跑”，其手机芯片制程工艺发展历程大致如下：

2010年6月，宣布32nm制程工艺的SOC芯片产线已通过验证；

2011年5月，28nm相关制程工艺验证也完成；

2015年初，宣布14nm制程工艺开始量产；

2016年10月，10nm制程工艺开始量产；

2017年10月，8nm制程工艺已经通过验证，准备量产；

截至目前，其7nm制程工艺加持的三星Exynos 9820芯片已投产。

 

其中，2016年是手机芯片制程工艺发展的关键节点，手机“核”战争愈演愈烈。而10nm制程一直是这两年的主战场。

 

在麒麟980未正式发布前，诸如中兴新旗舰Axon9Pro、三星S9、魅族16、小米MIX 2S等智能手机，均搭载高通骁龙845芯片，即均为三星10nm制程工艺打造。而华为荣耀Play、华为P20等手机搭载麒麟970芯片；iPhoneX、iPhone8/iPhone8 Plus等手机搭载A11芯片，这两种芯片均采用台积电10nm制程工艺。

 

Digitimes的报告截图

 

而如今，战火已烧到7nm制程工艺。

 

Digitimes日前发表的《DIGITIMES Research智能手机AP关键报告》报告指出，全球Q3的AP应用芯片出货量将从Q2的3.787亿增长到4.494亿，环比增长18.7%。其中10nm制程工艺的芯片占比从13.2%降至11.2%，而当季7nm制程工艺芯片占比将达到10.5%。

 

那么，7nm制程到底是什么？

 

概念上来讲，所谓10nm、7nm指的均是半导体的“线宽”指标，即集成电路的精细度。生产工艺越先进、线宽越窄，单位面积的芯片中，就可以整合越多的晶体管，芯片的处理性能也随之增强，而能耗则随之降低。此外，芯片体积也可在原来基础上进行缩小，以满足更轻薄化的需求。

 

各制程工艺对应的晶体管数量与密度

 

就当前的半导体制程工艺而言，“7nm”代表着最先进的一代。

 

据悉，华为Mate 20系列、华为荣耀Magic2将搭载7nm制程工艺的麒麟980芯片；联想5G手机、MOTO Z3将搭载7nm制程工艺的高通骁龙855芯片；苹果新机也将搭载7nm制程工艺的A12芯片；而7nm制程工艺加持的三星Exynos 9820芯片也已投产。

 

7nm制程芯片的优势所在

 

正如上文所述，当前即将发布的旗舰机芯片华为麒麟980、苹果A12以及高通骁龙855等均基于7nm制程工艺。无疑，2018年下半年，移动芯片升级换代，将迎来7nm制程工艺。那么相较前一代的10nm而言，7nm制程工艺的优势在哪？

 

 

据悉，7nm制程工艺将比10nm省电40%、性能提升20%。反映在芯片上，正如上文提到过的，即功耗更低发热量减少、性能更强，以及芯片体积更小可腾出空间容纳更大的电池、提升续航能力。

 

具体而言，结合相关案例、跑分等数据，或可更方便理解。

 

麒麟980/970/960规格对比

 

就华为麒麟系列芯片本身来说，麒麟960基于16nm制程工艺、麒麟970基于10nm制程工艺、最新的麒麟980基于7nm制程工艺。

 

三种规格对比图

 

• 麒麟970与麒麟960相比

 

其中，麒麟970较麒麟960综合来说，CPU能效提升20%、GPU性能提升20%、功耗降低50%。

具体而言，就此前用户上传的Geekbench跑分来看，麒麟970的单核跑分突破2000，多核跑分突破6500；而麒麟960的单核跑分为1941，多核跑分为5996。可见，麒麟970 CPU跑分的提升幅度并不大，主要应该还是因为其仍然采用与麒麟960相同的CPU架构。不过得益于10nm制程工艺，麒麟970 CPU能效提升约20%，功耗降低约20%。

 

麒麟970 Geekbench跑分

麒麟960 Geekbench跑分

 

GPU方面，麒麟970采用ARMMali-G72 MP12（12个核心）。相比麒麟960，其性能提升约20%，能耗降低约50%。

 

此外，麒麟970有NPU加成，在HiAI架构下其AI性能密度大幅优于CPU和GPU，芯片的运算效率被大幅提升，图像识别与处理的效率提高。并且，麒麟970采用4.5G LTE技术，支持最高LTE Cat.18通信规格。下行峰值速率最高可以达到1.2Gbps，也远高于麒麟960的600Mbps。

 

• 麒麟980综合性能提升明显

 

在此基础上，再看下麒麟980与麒麟970、麒麟960拉开的是怎样的差距。

 

目前，麒麟980的完整参数和跑分已曝光。根据此前流出的安兔兔跑分图显示，华为Mate 20跑分高达35万，相比安兔兔跑分20万左右的麒麟970，拉开的差距可谓很大。

 

麒麟980安兔兔跑分

 

而从完整参数来看，麒麟980和970之间的差距，又可以说是全方位的。

 

麒麟980和麒麟970参数对比

 

与上一代麒麟970相比，小编结合参数将麒麟980的进步之处，总结如下：

 

1.得益于7nm制程工艺，麒麟980在芯片面积与麒麟970相近的前提下，还增加约25%的晶体管（达69亿个），晶体管密度也同时增加约55%。

 

2.首发A76+A55+双NPU，CPU提升约75%，在能效上提升约58%。

 

麒麟970使用A73+A53+NPU，2M二级缓存规格；而麒麟980首发A76+A55+双NPU，128kB二级缓存+4MB三级缓存方案，CPU性能提升明显。

 

麒麟980架构

 

CPU方面，麒麟980还借鉴联发科HelioX20/X30三簇集架构的策略，推出智能调度机制。即采用2超大核（2.6GHz的Cortex-A76）+2大核（1.92GHz的Cortex-A76）+4小核（1.8GHz的Cortex-A55）的全新能效架构。在能效比方面更加平衡，不会造成性能浪费，又降低功耗。

 

3.采用Mali-G76GPU，性能提升约46%的，能效大幅提升178%。

 

麒麟980采用ARM今年6月最新推出的Mali-G76 GPU，Mali-G76 GPU底层架构具备以下优势：首先，性能密度提高约30％，即在GPU面积不变的前提下，性能提高约30％；或是在性能相同的情况下，可缩小约24%的GPU面积。其次，得益于架构内功能块的整合，Mali G76的微架构效率得以提升约30%。此外，ARM还特地为Mali G76添加全新的专用8位点积指令，使其机器学习推理性能提高2.7倍。

 

 

虽然麒麟980的Mali-G76 MP10的GPU计算核心数量，少于麒麟970的Mali-G72 MP12；且GPU频率也有所降低（由上一代的746Mhz主频降为现在的720Mhz主频），但得益于Mali-G76 GPU在底层架构上的优势，麒麟980依旧可提升约46%的性能，以及约178%的能效。

 

4.配备双NPU单元，AI算力更强。

 

麒麟970、骁龙845和Exynos 9810都主打AI，但从终端AI性能来看，还是集成独立NPU单元的麒麟970占优。而麒麟980的独立NPU相比麒麟970也有所升级，且搭载双NPU单元，AI算力显然更强，将支持更多AI场景，并有更高精度的深度网络，具备更佳的实时性。

 

据悉，麒麟980每分钟图像识别4500张，识别速度相比上一代提升120%。

 

5.标配基带支持准5G（或4.5G），速度达Cat.21（1.4Gbps）。

 

麒麟980标配的基带仅支持准5G（或4.5G），速度可达Cat.21（1.4Gbps）。比麒麟970的1.2Gbps快很多。

 

 

另外，5G网络在国内将于明年开启试商用（韩国今年12月1日正式开启5G商用化），华为表示，麒麟980未来可选配（应该是外挂的形式）Balong 5000这款真5G基带，实现对5G网络的支持。

 

6.LPDDR4X-2133内存，有利于进一步提升内存性能。

 

内存方面，麒麟980和麒麟970一样，均支持LPDDR4X内存。不过，麒麟980支持的是目前最高的LPDDR4X-2133高频内存，带宽可达34.1GB/s，相比麒麟970其内存性能有所提升。

 

不过，可惜的是，麒麟980目前未支持UFS3.0闪存标准。否则的话，性能和体验相信将会得到更明显的提升。

 

7.配备全新双ISP，解码速度提升约46％。

 

视频解码方面，麒麟980配备新的第四代ISP，且是双单元配置。相比麒麟970，据说解码速度提升约46％，同时支持4K60fps视频解码、4K30fps视频编码（帧数未知）。

 

麒麟980的“六个世界第一”

 

综上可见，与麒麟970相比，麒麟980在制造工艺、晶体管数量、CPU（主频/缓存）、GPU、基带版本以及5G网络支持等方面都有明显升级。

 

华为麒麟980/高通骁龙855 

/苹果A12规格对比

 

上文小编也有提到，华为、高通、苹果等数十家芯片设计方，都在盯着台积电的7nm制程工艺。那么，对比完麒麟980/970/960系列本身后，不妨再来看下，麒麟980和别家芯片的PK吧。（由于其他7nm制程工艺手机芯片尚未正式发布，因而本文的分析基于已曝光数据及部分预测）

 

• 麒麟980赶超高通骁龙845

 

此前，由于发布周期的原因，麒麟970常常和骁龙845对标。而实际上，麒麟970应该是和骁龙835对标。

 

因此，麒麟980的发布很大程度上是要赶超骁龙845。而就当前的数据来看，麒麟980十分有望超越骁龙845。

 

上文提到，麒麟980被爆出安兔兔跑分约35万，而骁龙845此前比较好的分数是30万左右。就跑分来看，麒麟980胜出。

 

CPU方面，骁龙845是由Cortex-A75魔改，胜过此前麒麟970采用原生Cortex-A73。而麒麟980跳过Cortex-A75直接采用Cortex-A76，实现对骁龙845的技术压制，且具备更为节能省电的优势。

 

麒麟980 VS 骁龙845游戏性能对比

 

GPU方面，在麒麟980的发布会上，华为已列出和骁龙845的游戏性能对比。以玩NBA 2K游戏为例，麒麟980的帧率为59，骁龙845的帧率为31。而在吃鸡游戏中，麒麟980的帧率为60帧，而骁龙845则为48帧。

 

此外，由麒麟980驱动的智能手机还将配备GPU Turbo图形加速技术。因而，与Adreno 630 GPU相比，Mali-G76 GPU将更具性能优势（就游戏表现来说）。

 

通信规格方面，麒麟980内置准5G基带（4.5G），速度可达Cat.21（1.4Gbps），比骁龙845的1.2Gbps要快。

 

• 麒麟980可能不敌骁龙855

 

据悉，骁龙855在6月初已开始试产，到今年第四季度将由台积电代工大规模量产，将于年末或明年年初发布。

 

而近日，Geekbench4上疑似出现“骁龙855”的跑分。该测试手机被识别为高通msmnile的设备，基于Android9系统、搭载6GB运行内存、八核CPU、小核频率1.78GHz。

 

华为公布的麒麟980 Geekbench4跑分

 

设备跑分单核3697、多核10469。与骁龙845在Geekbench4中的平均成绩（单核2400/双核8900）相比，增幅分别约54%和20%。而与华为在IFA上公布的麒麟980在Geekbench4上的跑分（单核3360）相比，高出10%左右。

 

骁龙855跑分

 

CPU方面，高通骁龙855的CPU核心还是未知数（或带来基于Cortex-A76魔改的CPU核心也说不定；此前还有消息称，骁龙855大核主频速度为2.8GHz）。目前仅确定CPU为8核，大核、小核架构及频率还不确定。

 

GPU方面，GPU性能一直是麒麟芯片的瓶颈，所以其通常借助首发ARM最新架构的方式，实现GPU性能的暂时领先。麒麟980首发ARM最新发布的Mali-G76 GPU亦是如此。

 

不过，其性能优势可能最多保持6个月，骁龙855或实现反超。

 

因麒麟980的GPU本身与骁龙845相比仍旧略弱，在GPU Turbo的加速加持下，才在游戏性能上得到弥补。而骁龙855的GPU很可能在骁龙845的基础上进行升级。此前有消息称，骁龙855集成的Adreno 640 GPU性能会比骁龙845高出20%以上。

 

 

此外，高通已宣布骁龙855可提供外挂5G基带，相关技术正在开发中。骁龙855也将集成NPU神经网络单元，以支持AI人工智能加速。

 

值得一提的是，有消息传，骁龙855闪存或将升级到UFS3.0。如果这是真的，那么手机的性能将得到明显提升。现在的旗舰手机一般都支持UFS2.1，而3.0在速度上要比2.1快一倍，可允许手机更轻松地支持4K或8K视频的拍摄。

 

• 苹果A12，不可忽视的存在

 

从目前的数据来看，骁龙855以及麒麟980爆出的单核跑分，都尚且低于苹果A11的4000+，而近日被曝光的A12跑分，更是遥遥领先。

 

据了解，苹果A12在Geekbench4上的跑分，单核性能4673，多核性能10912。而其在安兔兔上的跑分也被曝出达到35万+的高分，相比A11的23万，整体提升50%左右。

 

苹果A12跑分

 

CPU方面，从曝光的细节来看，A12将继续采用2大核+4小核的设计。得益于7nm制程工艺的加持，A12的芯片密度较A11将提升1.6倍，芯片的体积尺寸会减小40%。并且，性能上将比A11提升20%-25%。

 

GPU方面，单从测试数据来看，A12的GPU性能超过骁龙845近一半，较A11也提升不少。根据近日曝光的数据，A12在曼哈顿3.0项目中达到130 fps（A11是88 fps）；在霸王龙项目中达到254 fps（A11是173 fps）。

 

 

另外，A12的多线程相比A11也做出大调整，内置全新的第二代性能控制器，允许2大核和4小核同时工作，可提升多核处理速度，同时也能改善能耗比。

 

综合以上信息来看，苹果A12或许还将是今年最强的芯片。

 

华为首发7nm制程工艺SoC的“蝴蝶效应”

 

此次，华为首发7nm制程工艺芯片，对其本身来说，有利于保持半年多的性能优势，有利于抢占市场份额。而7nm作为突破10nm效能极限的先进制程工艺，在IFA 2018上得到首发，也意味着2018下半年，智能手机进入7nm制程工艺时代。随之而来的是各芯片厂商和手机厂商之间的激烈争夺战。

 

 

对于消费者来说，制程工艺的进步，使得大家将能获得更加省电、轻薄，性能也更强的手机。而更具体来说，屏幕分辨率、镜头像素等提升，也都与手机性能的提升息息相关。

 

此外，华为作为国产手机厂商率先推出7nm制程工艺的麒麟980，也一定程度上可提升国产芯片的形象。

 

7nm之后，5nm、3nm还远么？

 

而对于“7nm之后，5nm、3nm甚至更加先进的制程工艺，还会远么”的话题，小编认为，科技的进步需要稳扎稳打。在台积电与三星等大厂的“你追我赶”中，更加先进的制程工艺肯定会到来，但绝非易事。

 

10nm向7nm的跨步已实属不易，而随着摩尔定律接近尾声，制程工艺进一步的跨越愈加难。5nm、3nm甚至更加先进的制程工艺的成功商用，将需要更强大的工具、更好的材料（半导体材料的变革）、更多的资本（台积电宣布将投资250亿美元研发5nm制程工艺）、更开放的创新等，种种问题需要逐一解决。

 

 华为 Mate20

例如，台积电CEO魏哲家表示在2019年底或者2020年初，5nm也会投入量产。不过，并未宣布具体细节，包括预计何时完成研发，何时商用5nm制程工艺等。小编对此想说，对科技的进步我们怀以敬佩与敬畏之心，任何一步对桎梏的突破都历经艰辛。

 

但也真心希望，手机芯片的制程命名是名副其实，而非因一味追求销量而让产品性能“被注水”，让消费者为“不当的言语”买单。

 

或许，等下个月的Mate20正式发布后，大家心中自有定论。

本文属VRPinea原创稿件，转载请洽：brand@vrpinea.com

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