? ??什么是SOC

　　隨著設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)從晶體管的集成發(fā)展到邏輯門(mén)的集成，現(xiàn)在又發(fā)展到IP的集成，即SoC（System-on-a-Chip）設(shè)計(jì)技術(shù)。SoC可以有效地降低電子/信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，是未來(lái)工業(yè)界將采用的最主要的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式。雖然SoC一詞多年前就已出現(xiàn)，但到底什么是SoC則有各種不同的說(shuō)法。在經(jīng)過(guò)了多年的爭(zhēng)論后，專家們就SoC的定義達(dá)成了一致意見(jiàn)。這個(gè)定義雖然不是非常嚴(yán)格，但明確地表明了SoC的特征：

　　實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的VLSI； 采用超深亞微米工藝技術(shù)；

　　使用一個(gè)以上嵌入式CPU/數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）；

　　外部可以對(duì)芯片進(jìn)行編程；

　　關(guān)于SoC芯片

　　SoC芯片是一種集成電路的芯片，可以有效地降低電子/信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，是未來(lái)工業(yè)界將采用的最主要的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式。

　　華為手機(jī)SoC芯片發(fā)展史回顧

　　2015年11月，發(fā)布麒麟950 SoC芯片，采用4×Cortex A72 2.3GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz + Mali-T880MP4+ 微智核i5，采用16nm FinFET Plus工藝制造，集成自研Balong720基帶，首次集成自研雙核14-bit ISP，首次支持LPDDR4內(nèi)存，集成i5協(xié)處理器，集成自研的音視頻解碼芯片，是一款集成度非常高的SoC手機(jī)芯片。麒麟950也是全球首款采用A72架構(gòu)和采用Mali-T880 GPU的芯片，該芯片的綜合性能再次飆至第一，憑借性能優(yōu)勢(shì)和工藝優(yōu)勢(shì)，贏了高通差不多半年的時(shí)間差，打了又一個(gè)翻身仗。該款芯片陸續(xù)用在華為旗下的Mate 8、榮耀8、榮耀V8運(yùn)營(yíng)商定制版和標(biāo)配全網(wǎng)通版等手機(jī)上。

　　2016年4月，發(fā)布麒麟955 SoC芯片，把A72架構(gòu)從2.3GHz提升到2.5GHz，集成自研的雙核ISP，助力徠卡雙攝加持的P9和P9Plus、榮耀V8頂配版和榮耀 NOTE 8手機(jī)上。徠卡雙鏡頭，攝影新潮流，麒麟955將帶領(lǐng)P9系列成為華為旗下第一款銷量破千萬(wàn)的旗艦機(jī)。

　　2015年5月，發(fā)布中低端芯片麒麟650 SoC芯片，采用4×Cortex A53 2.0GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz + Mali-T830MP2，全球第一款采用16nm FinFET Plus工藝制造的中低端芯片，海思旗下第一款集成了CDMA的全網(wǎng)通基帶SoC芯片，集成自研的Prime ISP，集成自研的音視頻解碼芯片，是一款集成度非常高的SoC手機(jī)芯片。這款芯片搭載在榮耀5C、G9青春版的移動(dòng)版和雙4G版手機(jī)中，將帶領(lǐng)兩者繼續(xù)破千萬(wàn)銷量。

　　2015年8月20日，麒麟芯片出貨量突破1億顆，這距離6月12日公布破8000萬(wàn)僅僅剛過(guò)去69天，這69天里日均出貨29萬(wàn)顆。

　　2016年，將會(huì)發(fā)布麒麟960，將是又一顆突破歷史的芯片，因?yàn)樗鼘⒋蠓嵘鼼PU性能，同時(shí)也是第一款解決了CDMA全網(wǎng)通基帶的旗艦芯片，到那時(shí)這兩個(gè)黑點(diǎn)將一個(gè)一個(gè)去除。華為最厲害的是肯砸錢(qián)研發(fā)、用實(shí)力將黑點(diǎn)一個(gè)一個(gè)去除，就像曾經(jīng)的K3V2、P6、P7和Mate S被人嘲弄一樣，而現(xiàn)在、將來(lái)這些黑點(diǎn)不復(fù)存在。

　　2017年9月2日，在2017年德國(guó)柏林國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)上，華為發(fā)布人工智能芯片麒麟970。首款采用麒麟970的華為手機(jī)Mate 10，在2017年10月16日在德國(guó)慕尼黑正式發(fā)布［3］ 。

　　十年磨一劍。華為從2004開(kāi)始研發(fā)手機(jī)芯片，到2009年第一顆K3、2012年K3V2的失敗，到2014年海思麒麟手機(jī)芯片開(kāi)始躋身業(yè)界主流，這里是十年。而從2014年麒麟910開(kāi)始到2016年麒麟955，海思麒麟芯片出貨量突破一億顆，不到三年出貨就已經(jīng)破億，這里是三年。

　　海思麒麟芯片僅用在華為自己的產(chǎn)品上，麒麟芯片已經(jīng)成為華為手機(jī)獨(dú)有的特色之一，而隨著麒麟芯片越來(lái)越強(qiáng)大，海思麒麟芯已經(jīng)成為華為手機(jī)的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)力之一。

　　華為海思麒麟手機(jī)SoC芯片簡(jiǎn)史

　　華為最新芯片麒麟970

　　麟970芯片是華為海思推出的一款采用了臺(tái)積電10nm工藝的新一代芯片，是全球首款內(nèi)置獨(dú)立NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元）的智能手機(jī)AI計(jì)算平臺(tái)。

　　華為的新款芯片麒麟970，為推出的旗艦機(jī)型Mate 10和其他高端手機(jī)提供更快的處理速度和更低的功耗。

　　主要功能

　　專門(mén)的AI硬件處理單

　　元麒麟970芯片最大的特征，是設(shè)立了一個(gè)專門(mén)的AI硬件處理單元—NPU（Neural Network Processing Unit，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)），用來(lái)處理海量的AI數(shù)據(jù) 。

　　人工智能戰(zhàn)略

　　麒麟970發(fā)布后，華為終端營(yíng)銷應(yīng)該會(huì)把“AI”作為突出賣點(diǎn)，并且圍繞AI開(kāi)始構(gòu)建生態(tài)。在人工智能時(shí)代，理想的狀況是智能終端將變成人的助手，真正實(shí)現(xiàn)“知你”、“懂你”、“幫你”。這就要求人工智能技術(shù)不斷演進(jìn)，不僅是被動(dòng)響應(yīng)用戶的需求，更能夠主動(dòng)感知用戶狀態(tài)和周邊環(huán)境，并提供精準(zhǔn)服務(wù)的全新交互方式 。

　　規(guī)格參數(shù)

　　以往的手機(jī)芯片普遍是以CPU（中央處理器）/GPU（圖形處理器）/DSP（數(shù)字信號(hào)處理）為核心的傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)，但這種架構(gòu)難以支持AI海量數(shù)據(jù)計(jì)算。為此，麒麟970中單設(shè)了一個(gè)專門(mén)的AI硬件處理單元，為CPU、GPU等架構(gòu)減負(fù)，目的都是為提高應(yīng)用效率和降低能耗。

　　這道理跟當(dāng)初在CPU和GPU之外，增加DSP等架構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷一樣，都是為了分擔(dān)主系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

　　華為麒麟970首次集成NPU采用了HiAI移動(dòng)計(jì)算架構(gòu)，其AI性能密度大幅優(yōu)于CPU和GPU。相較于四個(gè)Cortex-A73（移動(dòng)處理器龍頭ARM去年推出的旗艦機(jī)CPU）核心，在處理同樣的AI應(yīng)用任務(wù)時(shí)，麒麟970新的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)擁有大約50倍能效和25倍性能優(yōu)勢(shì)。這意味著，麒麟970芯片可以用更高的能效比完成AI計(jì)算任務(wù)。例如在圖像識(shí)別速度上，可達(dá)到約2000張/分鐘。

　　麒麟970創(chuàng)新設(shè)計(jì)了HiAI移動(dòng)計(jì)算架構(gòu)，利用最高能效的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)來(lái)最大發(fā)揮CPU/GPU/ISP/DSP/NPU的性能，同時(shí)首次集成NPU專用硬件處理單元，其加速性能和能效比大幅優(yōu)于CPU和GPU。

　　一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的手機(jī)芯片主要包括CPU/GPU/DSP/ISP，以及基帶芯片等諸多部件。這次麒麟970依然內(nèi)置了八核CPU，與上一代麒麟960相比沒(méi)有任何變化。在GPU上，麒麟970則用上了ARM在2017年5月剛剛發(fā)布的Mali-G72架構(gòu)，性能較Mali-G71有所提升，此外，在核心數(shù)上，麒麟970的GPU也從麒麟960的8核增加到了12核。

　　在基帶芯片上，華為發(fā)揮了自己作為通信設(shè)備廠商的優(yōu)勢(shì)。麒麟970直接大跨步支持LTE（4G）Cat.18（網(wǎng)速等級(jí)），最高下載速度可達(dá)了1.2Gbps。

　　盡管在CPU和GPU沒(méi)有特別大的驚喜，但由于麒麟970采用10納米制程，也會(huì)提升整體性能。余承東表示，麒麟970的能耗比提升了20%。

　　性能優(yōu)勢(shì)

　　麒麟芯片持續(xù)推動(dòng)基于4G網(wǎng)絡(luò)的用戶體驗(yàn)。率先提供了基于載波聚合技術(shù)的4G+數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力的同時(shí)，麒麟芯片又為用戶帶來(lái)了新一代高清語(yǔ)音體驗(yàn)——VoLTE。

　　多年來(lái)，語(yǔ)音通信的通話質(zhì)量一直沒(méi)有改進(jìn)，用戶需要更加清晰快速的語(yǔ)音業(yè)務(wù)體驗(yàn)。4G+網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)為高清語(yǔ)音的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了機(jī)會(huì)，語(yǔ)音帶寬和采樣率提升一倍，使聲音信息得以完整保留，讓人聽(tīng)起來(lái)更真實(shí)、飽滿、悅耳。

　　麒麟9xx平臺(tái)全系列支持VoLTE，在提供4G+語(yǔ)音的同時(shí)，通話接通時(shí)延大幅縮短，視頻通話質(zhì)量相比3G提升10倍，并且能夠滿足用戶同時(shí)通話和上網(wǎng)的需求。

　　為了給用戶提供更好的語(yǔ)音體驗(yàn)，麒麟芯片與中國(guó)、歐洲、韓國(guó)等領(lǐng)先的4G+移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商一起完成了長(zhǎng)達(dá)2年的VoLTE語(yǔ)音調(diào)測(cè)。中國(guó)移動(dòng)是國(guó)內(nèi)VoLTE商用節(jié)奏最快的運(yùn)營(yíng)商，麒麟950是最早通過(guò)中國(guó)移動(dòng)VoLTE認(rèn)證的芯片平臺(tái)。

　　中國(guó)移動(dòng)宣布2015年底全網(wǎng)商用VoLTE，麒麟920/930/950等系列芯片全部支持VoLTE。在中國(guó)移動(dòng)近期各省宣布商用的VoLTE終端中，基于麒麟920芯片的Mate7成為標(biāo)桿機(jī)型。

　　麒麟芯片始終堅(jiān)持性能與功耗平衡的設(shè)計(jì)思路，堅(jiān)持走SoC路線，積極探索先進(jìn)工藝和高能效比CPU/GPU的應(yīng)用。麒麟950全面重新設(shè)計(jì)了芯片架構(gòu)，使芯片的性能與功耗都得到了大幅提升。

　　1.尖端工藝

　　工藝是用戶性能體驗(yàn)的基礎(chǔ)，麒麟950率先采用性能與功耗優(yōu)勢(shì)兼具的16nm FinFET plus尖端工藝，是業(yè)界首款商用TSMC 16nm FinFET plus技術(shù)的SoC芯片。

　　16nm FinFET plus的商用面臨巨大挑戰(zhàn)，單芯片集成的晶體管數(shù)目從20億個(gè)增加到30億個(gè)，金屬互聯(lián)難度成倍提升；晶體管結(jié)構(gòu)3D化后，工藝復(fù)雜度大幅增加。

　　為實(shí)現(xiàn)商用，麒麟芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)克服了大量工程上的難題，麒麟芯片團(tuán)隊(duì)從2013年底就開(kāi)始與TSMC等合作伙伴緊密合作，共同推動(dòng)了16nm先進(jìn)工藝的量產(chǎn)成熟，并于2014年4月實(shí)現(xiàn)業(yè)界首次投片，2015年1月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)投片。

　　TSMC 16nm FinFET Plus技術(shù)相比28HPM工藝性能提升65%，同時(shí)節(jié)省了70%的功耗。相比20SoC工藝，性能提升40%，功耗節(jié)省60%。

　　2.強(qiáng)勁性能

　　為了在性能上有新的突破，麒麟950采用了業(yè)界首個(gè)4*A72+4*A53 big.LITTLE架構(gòu)設(shè)計(jì)及全新一代MaliT880圖形處理器。全新的ARM Cortex A72核心相比A57性能提升11%的同時(shí)，功耗降低20%，能效比綜合提升30%。麒麟950全新的GPU ARM MaliT880比上一代，圖形生成能力提升100%，GFLOPS提升100%。

　　此外，麒麟950新架構(gòu)中還包括全新的LPDDR4、新的GIC500、新系統(tǒng)總線以及FBC技術(shù)應(yīng)用，使得麒麟950具備更強(qiáng)大的硬件性能基礎(chǔ)。

　　3.提升用戶體驗(yàn)

　　麒麟950更在意的是用戶的實(shí)際性能體驗(yàn)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，快速響應(yīng)和流暢不卡頓是影響用戶體驗(yàn)感知的兩個(gè)關(guān)鍵因素。快速響應(yīng)的體驗(yàn)取決于芯片系統(tǒng)的Boost性能，而流暢不卡頓的體驗(yàn)則取決于芯片系統(tǒng)的持續(xù)性能。

　　麒麟芯片團(tuán)隊(duì)針對(duì)Boost性能和持續(xù)性能進(jìn)行了深入的優(yōu)化，用戶觸發(fā)操作時(shí)，做到100毫秒內(nèi)響應(yīng)，給用戶帶來(lái)快速響應(yīng)的體驗(yàn)；一般工作狀態(tài)下，確保每一幀繪圖在1/60秒內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)流暢不卡頓的體驗(yàn)。

　　除此之外，在強(qiáng)勁的硬件性能基礎(chǔ)上，麒麟950通過(guò)啟發(fā)式智能調(diào)度算法（HSA， Heuristic Scheduling Algorithm），對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)調(diào)校，解決安卓系統(tǒng)原生的問(wèn)題，滿足系統(tǒng)的兩種性能需求——遇到需要Boost的地方，提前準(zhǔn)確預(yù)判，完成后迅速收回；一般場(chǎng)景最精準(zhǔn)性能預(yù)測(cè)，不積累額外的熱量。麒麟950 Boost性能相比前代提升100%，持續(xù)性能相比前代提升56%。

　　麒麟950不斷追求更高的能效比，用戶體驗(yàn)提升的同時(shí)，續(xù)航時(shí)間大大增加，普通用戶續(xù)航時(shí)間較前代增加10個(gè)小時(shí)，達(dá)到2天。