隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能（AI）逐步深入到我們的生活，徹底改變我們的世界。智能手機(jī)圈已經(jīng)掀起了人工智能處理器的浪潮，可以說是智能手機(jī)新一輪的重大革新。

今年九月份的2017德國柏林國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會上，麒麟970引爆了全球的注意力，其創(chuàng)新的HiAI移動計算架構(gòu)和領(lǐng)先的AI運(yùn)算能力讓未來手機(jī)有了更大的想象空間。

最近幾年麒麟芯片表現(xiàn)強(qiáng)勁， 從2004年至今，看看華為，看看海思是怎樣從零開始創(chuàng)造出麒麟系列芯片，成為傳奇地在壟斷的行業(yè)殺出自己的一片天空的。

麒麟芯片發(fā)展史

我們在價值平衡上，即使做成功了，（芯片）暫時沒有用，也還是要繼續(xù)做下去。一旦公司出現(xiàn)戰(zhàn)略性的漏洞，我們不是幾百億美金的損失，而是幾千億美金的損失。我們公司積累了這么多的財富，這些財富可能就是因為那一個點，讓別人卡住，最后死掉。……這是公司的戰(zhàn)略旗幟，不能動掉的。

——任正非

2004年，***高瞻遠(yuǎn)矚，大手一揮，華為要做自己的手機(jī)芯片。于是創(chuàng)立于華為集成電路設(shè)計中心改制成為海思半導(dǎo)體有限公司。 如今華為和榮耀所獲得的成功，有海思一半的功勞。

2009年，K3v1發(fā)布，這是海思成立以來，發(fā)布的第一款智能手機(jī)芯片。由于第一款產(chǎn)品還有一些不成熟，注重品質(zhì)的華為最終沒有讓這款芯片走向市場。但是這款芯片無疑在關(guān)鍵的節(jié)點邁出了歷史性的一步，要知道2009年iphone才出到3gs，智能手機(jī)市場方興未艾。

2012年，華為發(fā)布了K3v2芯片。這款芯片采用了1.5GHz主頻四核Cortex-A9架構(gòu)，集成GC4000的GPU，并且使用了40nm的工藝制程制造。這款芯片用在了華為P6和Mate 1上，這是海思芯片第一次商用，也是第一次將自研芯片用在自家手機(jī)上。

當(dāng)時的P6可以說是相當(dāng)驚艷了，極輕薄的機(jī)身，極低的重量，極高的性價比造就了當(dāng)年的神機(jī)。

時間到了2014年初，經(jīng)過多年的技術(shù)沉淀以及兩年的商業(yè)磨礪，海思芯片迎來了爆發(fā)的兩年。

那時，麒麟910發(fā)布。海思也終于確定了麒麟+數(shù)字的命名規(guī)則。

麒麟910采用了1.6GHz主頻四核Cortex-A9架構(gòu)和Mali-450MP4 的GPU，使用了28nm HPM制程，首次集成自研的Balong710基帶，首次集成了華晶Altek的ISP。

麒麟910不僅放在了P6的升級版P6s中，還陸續(xù)成為華為Mate 2、惠普Slate 7 VoiceTab Ultra等設(shè)備上，成為他們強(qiáng)勁的心臟！

同年，麒麟910的升級版910T發(fā)布。搭載著這款升級心臟的華為P7一舉斬獲700萬銷量。

依舊是2014年，隨著榮耀6的發(fā)布，我們看到了一個全新的麒麟系列芯片——麒麟920。這是全球首款LTE CAT.6的芯片，性能極其出眾。

麒麟920采用4×A15 1.7GHz+4×A7 1.3GHz和Mali-T628MP4 GPU，以及使用28nm HPM工藝制造，集成了音頻芯片、視頻芯片、ISP，集成自研全球第一款LTE Cat.6的Balong720基帶。這時候人們才驚嘆，原來不可能的事，終于被華為做成了。

同年9月，920的升級款，麒麟925發(fā)布。集成了被命名為“i3”協(xié)處理器的麒麟925，在華為Mate 7和榮耀6 Plus身上大放異彩，并幫助華為Mate 7在國產(chǎn)3000價位上高端旗艦的歷史，全球銷量超750萬。

2014年的最后一個季度，不僅有高端市場的麒麟928，還有面向中端市場的麒麟620。這充分說明了海思的綜合實力已經(jīng)達(dá)到了一個極高的水準(zhǔn)，不僅能飚性能，還能做出功耗更加平衡的中端芯片。

值得一提的是，麒麟620不僅是海思旗下首款64位芯片，更集成了集成自研Balong基帶、音視頻解碼等組件。正是這些優(yōu)秀的特質(zhì)，讓搭載了麒麟620的榮耀4X成為了整個華為系（華為+榮耀）第一款銷量破千萬的神機(jī)。隨后，同樣搭載這款芯片的榮耀4C和華為P8青春版銷量也先后突破千萬大關(guān)。

時間悄悄來到2015年，麒麟先后發(fā)布了930/935/950，散熱、能耗比和時間差，是這一年海思的關(guān)鍵詞。930/935時代，憑著極其精準(zhǔn)的選擇，海思避開了發(fā)熱/不成熟的A57構(gòu)架，選擇了高能耗比的A53構(gòu)架，獲得了無數(shù)消費(fèi)者的贊譽(yù)。

950時代，海思又毫不猶豫地作為第一個吃螃蟹的人，采用了A72構(gòu)架和Mail-T880芯片。當(dāng)然，收獲的是性能飆升，和業(yè)界的一片贊譽(yù)。

2016-2017年上半年，是華為和榮耀進(jìn)入王朝盛世的兩年，麒麟955助力華為P9成為華為旗下第一款銷量突破千萬的旗艦手機(jī)；麒麟650作為一款中端芯片，是海思第一款集成了CDMA全球通基帶的SoC芯片；麒麟960不僅解決了CDMA基帶問題，還極大地提升了GPU性能，成就了榮耀V9的“性能怪獸”之名。

一路走來，海思一步一個腳印，踏踏實實從無到有，在這個原本空白的領(lǐng)域創(chuàng)造了屬于中國人的一片天空。

2017年9月，麒麟970閃耀登場， 劃開人工智能大幕的手機(jī)芯片。

麒麟970

1、全球第一枚集成NPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元的移動芯片

麒麟970是華為首款人工智能移動計算平臺，并且是全球首個集成獨(dú)立AI人工智能專用NPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的移動芯片，所采用的是創(chuàng)新的HiAI移動計算架構(gòu)。

所謂的HiAI移動計算架構(gòu)，主要有四部分組成，CPU、GPU、ISP/DSP和NPU。作為全球第一枚集成專用NPU的移動芯片， NPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元在HiAI架構(gòu)下AI性能密度大幅由于CPU和GPU，能夠用更少的能耗更快的完成更多任務(wù)，大幅提升芯片的運(yùn)算效率。

更具體來說，在16位浮點數(shù)(即FP16)時，麒麟970內(nèi)置的NPU運(yùn)算能力達(dá)到1.92 TFLOPs，在AI人工智能深度學(xué)習(xí)下，所有硬件能夠協(xié)調(diào)芯片內(nèi)部的各個組件及手機(jī)硬件，如ISP、DSP，保持處理某些特定任務(wù)時，提升速度并低功耗運(yùn)作。例如有了NPU的加成，在圖像識別任務(wù)上，對比Cortex-A73 CPU 性能提升25倍，能效提升50倍之多，拍攝1000張照片僅僅消耗4000mAh電池手機(jī)0.19%的電量，圖像識別速度可達(dá)到約2000張/分鐘。

相比之下，三星S8使用CPU處理每分鐘僅95張，蘋果iPhone 7 Plus同時使用CPU和GPU，每分鐘也僅能識別487張，華為完勝。

麒麟970有了NPU單元之后，至少在拍照和圖像處理上，比之前單純依賴CPU和GPU要快得多。而對于競爭對手，麒麟970最直接的就是保持高效率，并且更加的省電。未來AI獨(dú)立單元內(nèi)置于芯片一定是趨勢，蘋果也在做，只是華為搶先開了個頭，據(jù)說拿到了中科院寒武紀(jì)授權(quán)的AI指令才加速了研發(fā)。當(dāng)然了，所謂的AI加持提升多少運(yùn)算處理效率，目前并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，只能聽華為官方的舉例來解釋。

無論如何，在AI人工智能芯片領(lǐng)域，F(xiàn)P16和FP8已經(jīng)變得越來越重要，因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用十進(jìn)制數(shù)作為計算矩陣的一部分，然而這些浮點數(shù)不需要那么精確，這意味著FP16和FP8比一個完整的32位或64位浮點數(shù)更重要。

按照華為的說法，AI芯片能夠以人類的思考方式來理解人類訴求，具備高處理速度，高密度和高能效比，而麒麟970只是個開始，并超越競爭對手。余承東表示，麒麟970更快，更強(qiáng)，更聰明，更出色帶來了人工智能時代下的嶄新體驗，展望智能手機(jī)的未來，我們正處于一個激動人心的新時代開端，“移動AI=設(shè)備AI+云AI”，未來智能終端將能夠看懂、聽懂，更了解你，能夠思考更懂你，能夠?qū)υ捯愿玫姆?wù)你。

2、CPU無提升令人失望，GPU難得首發(fā)了Mali-G72

麒麟970采用的是臺積電的10納米工藝制程打造，在約100平方毫米的狹小體積內(nèi)集成了55億個晶管體。相比之下，競爭對手高通當(dāng)下最強(qiáng)旗艦芯片驍龍835集成的晶體管數(shù)量是31億，而蘋果A10則是33億。

CPU部分，麒麟970與上一代麒麟960一樣為八核心設(shè)計，由4個主頻為2.4GHz的Cortex-A73大內(nèi)核與4個主頻1.8GHz的Cortex-A53內(nèi)核組成，性能上無變化，畢竟同樣架構(gòu)頻率，傳聞所說的2.8GHz主頻吊打驍龍835并沒能實現(xiàn)，但跑分上追平驍龍835應(yīng)該沒問題，并且得益于10納米工藝的進(jìn)步能效提升20%。

GPU圖形處理器單元部分，華為麒麟970全球首發(fā)了ARM的Mali-G72 MP12，12個核心，這是華為首次上兩位數(shù)核心的GPU了，圖形處理性能相比960強(qiáng)很多，性能提升幅度達(dá)到20%，同時能效還降低了50%。

整體看完CPU和GPU，其實麒麟970在功耗方面進(jìn)步不大，麒麟960高功耗的問題沒有通過10納米得到徹底解決。因為按照正常芯片的更新?lián)Q代，必定有性能提升功耗下降的進(jìn)步，而麒麟970的CPU性能未能得到提升的情況下，也僅降低了20%功耗。如此來看，加入NPU單元的確是華為本次升級工作的重點了，而不是搶先冒險用上ARM今年早些時候發(fā)布的A75和A55架構(gòu)。

3、全球領(lǐng)先的4.5G網(wǎng)絡(luò)基帶，還支持UFS 2.1

華為還全球首發(fā)了“4.5G，Pre 5G”調(diào)制解調(diào)器，支持LET Cat 18通信規(guī)格，下行峰值速度最高可以達(dá)到1.2Gbps，其他參數(shù)還包括有4X4 MIMO、5CC CA和256QAM，支持雙卡雙VoLTE。這一調(diào)制解調(diào)器能夠在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)各運(yùn)營商的高速率組合，華為經(jīng)過了40萬公里的高鐵測試，因此在高鐵上也能保持穩(wěn)定的下載速率，再也不用擔(dān)心坐高鐵掉網(wǎng)“***”。

麒麟970提供雙ISP圖像處理單元和Image DSP信號處理單元，得益于更加強(qiáng)大的算法優(yōu)化和AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助下，吞吐量增加25%，支持AI場景識別、人臉追焦、智能運(yùn)動場景檢測，同時夜拍效果提升。所以，發(fā)布會上余承東展示了搭載麒麟970芯片的設(shè)備，在拍照上日常吊打三星的Galaxy S8。

另外，麒麟970集成有最新的i7協(xié)處理器，視頻解碼支持4K HDR10格式，內(nèi)建TEE和inSE安全引擎，擁有更高的安全性集成HiF級硬盤芯片，支持音頻流高達(dá)384KHz/32bit母帶級別音質(zhì)。需要注意的是，華為官方參數(shù)標(biāo)明，麒麟970不僅最高支持LPDDR4X內(nèi)存，而且還支持UFS 2.1閃存儲存，未來推出的麒麟970設(shè)備時候是否還混用eMMC閃存就不清楚了，畢竟上一代麒麟960也支持UFS 2.1。

華為麒麟970與蘋果A11處理器的終極PK

華為和蘋果在智能手機(jī)AI芯片領(lǐng)域上已經(jīng)先行了一步。華為的麒麟970處理器擁有一個專門的神經(jīng)處理單元（NPU）。蘋果將自己最新的處理器命名為A11Bionic，主要就是因為內(nèi)置了人工智能“神經(jīng)引擎”。這兩家公司走在了智能手機(jī)AI芯片的應(yīng)用前列。究竟智能手機(jī)AI芯片“雙龍”的策略和布局又是如何的呢？

華為麒麟970處理器先于蘋果A11 Bionic發(fā)布，成為世界首款帶有獨(dú)立NPU專用硬件處理單元的手機(jī)芯片， 那么這兩款先后誕生的AI手機(jī)芯片有何異同？首先，從AI模塊的部分來看，華為和蘋果都選擇了ASIC方式來實現(xiàn)。為了應(yīng)對不同AI應(yīng)用場景下的需求，目前AI芯片領(lǐng)域分為幾個流派：并行計算能力和功耗一樣高的GPU、可重新定義內(nèi)部電路連接的FPGA、深度定制的ASIC。這幾種技術(shù)流派各有優(yōu)勢之處。

相比之下，雖然設(shè)計的時間比較長，但ASIC加速器的速度會比用同樣工藝FPGA加速器速度快5~10倍，在功耗上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GPU，而且一旦量產(chǎn)后，ASIC的成本會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于FPGA方案。華為和蘋果在這一點上不謀而合，均選擇了ASIC方式，可見雙方規(guī)劃、眼光均一致，也都早于同行發(fā)力AI。

第二，在性能方面，麒麟970的HiAI架構(gòu)首次集成了NPU專用硬件處理單元，帶來領(lǐng)先的AI運(yùn)算能力，讓智能手機(jī)真正進(jìn)入AI時代。蘋果同樣采用了專用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎(Neural Engine)，但并非專用NPU。

對比來看，華為第一次在移動設(shè)備層面把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的硬件計算加速能力融入芯片中。這也是業(yè)內(nèi)第一次在手機(jī)芯片中出現(xiàn)了專門用于人工智能計算的處理單元。HiAI架構(gòu)通過更高效靈活的異構(gòu)計算來最大化發(fā)揮CPU/GPU/ISP/DSP/NPU的性能，其加速性能和能效比大幅優(yōu)于CPU和GPU。例如，作為專門為深度學(xué)習(xí)定制的模塊，麒麟970每分鐘可以識別2005張圖片，而如果用CPU每分鐘只有95張，前者比后者多了20倍。

第三，從芯片集成度來看，麒麟970采用了最新的TSMC 10nm工藝，集成了55億個晶體管。蘋果A11 Bionic同樣采用TSMC 10nm FinFET工藝，集成了43億個晶體管。但其只是AP，如果加上基帶的約10億個晶體管（以規(guī)格領(lǐng)先的高通基帶X16為例），則是53億個晶體管。

從晶體管數(shù)量來看，兩者相差不大，但是麒麟970實現(xiàn)了更多的功能。例如在通信方面，這可謂是華為的看家本領(lǐng)，麒麟970實現(xiàn)了全球最先進(jìn)的規(guī)格Cat18/Cat13，使用4*4MIMO、5CC CA以及256QAM等多種先進(jìn)技術(shù)，將碎片化的頻譜聚合成為最大帶寬，聚合峰值能力最高可達(dá)到1.2Gbps的下載速率，再次刷新了移動互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的最快速度；而iPhone8 和iPhone X的通信規(guī)格卻無從知曉，有人說是Cat9， 峰值下載速率是450Mbps。即使是高通當(dāng)前商用的最先進(jìn)的基帶X16，也只是Cat16，峰值下載速率是1.0Gbps。同時，麒麟970率先商用雙卡雙4G雙VoLTE，成功實現(xiàn)了一部手機(jī)上兩張SIM卡均支持4G VoLTE通話，提供主副卡一致的高清語音、視頻通話體驗。這方面麒麟970也要優(yōu)于蘋果A11。

因此相較而言，兩者面積相當(dāng)，晶體管數(shù)量相當(dāng)，麒麟970性能更優(yōu)、體驗更佳。

第四，在應(yīng)用和生態(tài)方面，分屬安卓陣營和iOS陣營的麒麟970和蘋果A11 Bionic也各有特色。應(yīng)用方面，蘋果的AI技術(shù)更偏向酷炫，主要用于Face ID，拍照時的場景識別，以及Animoji等應(yīng)用，應(yīng)用面較窄，而且應(yīng)用開發(fā)環(huán)境也相對封閉。華為則更注重務(wù)實，應(yīng)用場景也相對更豐富。加入HiAI移動計算構(gòu)架之后，使傳統(tǒng)攝影進(jìn)入智能攝影階段，越用越聰明。在語音方面，利用人工智能的硬件與軟件相結(jié)合，通實現(xiàn)實時文字交互翻譯和識圖翻譯，也可方便地進(jìn)行面對面的語音翻譯，并且通過AI芯片加速具有學(xué)習(xí)能力，會越用越聰明。

雖說華為麒麟970和蘋果A11 Bionic為AI芯片應(yīng)用的落地奏響了號角，但是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新涉及到人工智能算法、編程語言、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、集成電路、半導(dǎo)體工藝等多方面，絕不是一蹴而就的事情。

伴隨著AI芯片市場多樣化發(fā)展的，還要各種亟待解決的瓶頸。目前技術(shù)方面的挑戰(zhàn)在于算力提升、算法優(yōu)化、功耗降低以及更好地集成等方面，未來還將會遇到安全問題。衡量AI芯片計算性能的一個重要指標(biāo)稱為算力。通常而言，將每秒所執(zhí)行的浮點運(yùn)算次數(shù)（亦稱每秒峰值速度）作為指標(biāo)來衡量算力，簡稱為FLOPS。在本已寸土寸金的手機(jī)SoC中，再加入NPU或者其他AI模塊，這對芯片架構(gòu)設(shè)計復(fù)雜性、成本、系統(tǒng)集成帶來的軟件架構(gòu)等方面都提出了更大的挑戰(zhàn)。