记录，就是用来被打破的”：华为麒麟990堆103亿晶体管重构

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2017年，麒麟970，全球首发集成AI NPU单元，成为首个人工智能移动计算平台，开启端侧AI新纪元；2018年，作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的人工智能手机芯片，华为麒麟980横空出世，并创下“六个全球首款”的历史记录。然而，“记录，就是用来被打破的。”

过去两届IFA上，华为麒麟芯片的每一次首发亮相都会成为全球焦点。
2017年，麒麟970，全球首发集成AI NPU单元，成为首个人工智能移动计算平台，开启端侧AI新纪元；2018年，作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的人工智能手机芯片，华为麒麟980横空出世，并创下“六个全球首款”的历史记录。
然而，“记录，就是用来被打破的。”
一年后的2019年9月6日，华为消费者业务部CEO余承东在IFA2019大展上再次宣布全新麒麟990系列，包括麒麟990和麒麟990 5G两款芯片，并进入大规模量产阶段，即将于9月19日发布的华为年度旗舰Mate 30系列，将成为首款搭载990芯片的智能手机。


全球首颗5G SoC手机芯片


与麒麟980搭配Balong 5000提供5G手机解决方案截然不同，麒麟990首次实现了对5G基带芯片的集成，是全球首款全集成5G SoC芯片，从而能有效避免外挂5G基带所产生的高功耗，更好地保障续航能力。数据显示，麒麟990不但支持5G NSA/SA制式和TDD/FDD全频段，还取得了5G上行速率1.25Gbps/下行速率2.3Gbps的成绩。

麒麟990率先支持5G双卡，一卡5G上网的同时，另一卡可接听VoLTE高清语音通话，实现业界最佳5G双卡体验。此外，麒麟990 5G实现业界最佳5G能效，相比传统的4G SoC+5G Modem的解决方案，功耗表现优20%，带来更长效持久的5G体验。
5G商用初期，由于网络覆盖不完善，5G还面临着弱信号场景联接不稳定、功耗较高、高速移动场景联接体验不佳等挑战，影响用户的上网体验。基于在5G领域的技术积累，麒麟990 5G全面升级5G通信实力。在5G信号较弱的场景下，麒麟990 5G推出智能上行分流设计，在视频直播、短视频上传等应用场景同时使用5G和4G网络，上传速率提升5.8倍，优化5G上行体验；为解决5G带来的功耗问题，麒麟990 5G率先支持BWP（Bandwidth Part）技术，在5G大带宽条件下实现带宽资源的灵活切换，与业界主流旗舰芯片相比，5G功耗表现优44%，带来更长效的5G体验；面向高速移动场景，麒麟990 5G支持基于机器学习的自适应接收机，实现更精准的信道测量，下行速率提升19%，实现稳定的5G联接。


除了提供增强的个人移动体验之外，5G还肩负着改变社会的重要使命，驱动移动通信与各行各业相结合，构建万物互联的智能世界。5G时代，组网方式有SA（独立组网）和NSA（非独立组网）两种选择，但NSA只实现了超高带宽，只有SA才能更好地实现低时延和海量连接。而低时延和海量连接，正是整个行业实现数字化、智能化的必然需求。近日，工信部也表示自2020年1月1日起，申请入网的5G终端需要同时支持独立组网和非独立组网（SA和NSA）。综合来看，NSA是5G初期的过渡方案，成熟的5G解决方案必须具备同时支持SA和NSA的能力。


集成103亿颗晶体管是怎样的一种体验？


先进工艺是性能体验和能效体验的基础，对于手机芯片来说，制程工艺直接影响到性能和功耗表现。截至目前，华为麒麟已经拥有两枚7nm SoC—麒麟980和麒麟810，成为全球首个同时拥有两款7nm高端芯片的手机品牌。
而在7nm工艺基础之上，麒麟990采用了TSMC 7nm+ EUV制造工艺，相比上一代可将性能提升20%，功耗降低20%，板级面积降低36%，晶体管密度提升1.5倍，成为世界上第一款集成超过100亿颗晶体管的移动终端芯片，远超上一代980芯片69亿颗晶体管的集成度规模。

麒麟990芯片此番并没有采用外界传闻的Arm Cortex-A77架构，而是继续沿用了980上所使用的2大核(Cortex-A76@2.86GHz)、2中核(Cortex-A76@2.36GHz)、4小核(Cortex-A55@1.95GHz)三档能效架构设计。相对于传统的大小核两档位设计，采用了智能调度机制(Flex-Scheduling)的三档能效架构提供了更为精确的调度层次，让CPU在重载、中载、轻载场景下灵活适配，大大降低了CPU在实际综合业务场景下的功耗，力求让用户获得更高性能体验的同时获取更长的续航体验。但990中所使用的A76架构并非简单套用980设计，而是有针对性的进行了深度定制优化，从而使990单核性能提升10%，多核性能提升9%，大核/中核/小核能效分别提升12%、35%和15%。

GPU方面，麒麟990在980采用的10核Mali-G76 GPU基础上进行了升级，采用16核Mali-G76 GPU，使性能提升6%，能效提升20%。同时，全新系统级Smart Cache分流，支持智能分配DDR数据，在重载游戏等大带宽场景下带宽较上一代最高可节省15%，功耗可降低12%，进一步提升GPU能效。

针对游戏场景，麒麟990 5G推出Kirin Gaming+ 2.0，基于性能、能效强大的CPU、GPU与DDR芯片，Kirin Gaming+ 2.0推出高性能、高能效、高画质游戏解决方案，实现业界顶级游戏体验。Kirin Gaming+ 2.0的核心技术是全新升级的AI调频调度技术，在CPU、DDR系统调频调度中全新引入GPU融合调度，并加入游戏关联线程优化技术，动态感知性能瓶颈。不仅如此，Kirin Gaming+通过对100万帧以上的游戏画面大数据进行学习，建立了精准的Kirin Gaming+游戏性能功耗模型，将性能功耗调度细化到游戏每一帧画面中，游戏帧率稳定60帧，每帧负载调频准确性提升30%。同时，麒麟990 5G支持HDR 10特效，游戏画质更高清，游戏体验更加真实沉浸。

作为手机日常使用的核心功能，拍照能力的提升一直是麒麟芯片关注的重点。为了追求更美、更清晰的成像世界，麒麟990采用全新升级第五代自研ISP，搭配全球首发手机端BM 3D专业图像降噪技术，像素吞吐率比上一代提升5%，能效提升15%，相片降噪30%。
基于ISP的能力升级，麒麟990 5G支持全新炫酷Face AR。通过从摄像头捕获的人脸图像数据和基于NPU运行的神经网络算法，Face AR能够对人脸进行建模、实时跟踪、表情捕获，并且可以进一步分析出人脸信息背后的诸如心率、呼吸率等健康数据，提供围绕人脸的丰富的AR增强现实体验，探索AR应用的更多可能。
在拍摄出好看的静态照片之后，越来越多用户开始将目光转向手机视频，尤其是随着短视频应用的全民普及，用户对手机拍摄视频的需求也在与日俱增。为了提升用户的视频拍摄体验，麒麟990全球首发双域(空域+时域)联合视频降噪技术，辅之以此前的视频专用Pipeline“处理流水线”技术共同提升视频清晰度，用户得以脱离沉重的专业级摄像器材，用手机就能轻松拍出清晰的视频大片。


地表最强AI


今年6月，华为在8系列手机SoC芯片麒麟810中首次采用自研达芬奇架构NPU，实现业界领先端侧AI算力，在业界公认的苏黎世联邦理工学院推出的AI Benchmark榜单中，搭载麒麟810的手机霸榜TOP3，堪称华为AI芯片的“秘密武器”，达芬奇架构功不可没。
达芬奇架构是华为在2018年推出的全新自研AI计算架构，基于其灵活可裁剪的特性，华为面向全场景推出昇腾（Ascend）系列芯片，可用于小到几十毫瓦，大到几百瓦的训练场景，横跨全场景提供最优算力，而此次麒麟990 5G搭载的正是面向智能手机场景的Ascend Lite和Ascend Tiny。
在麒麟990芯片中搭载达芬奇架构NPU自然并不令人感到意外。但与之前的不同之处在于，麒麟990 5G首次采用了创新设计的NPU大核+NPU微核架构，NPU大核针对大算力场景实现卓越性能与能效，业界首发NPU微核赋能超低功耗应用，充分发挥全新NPU架构的智慧算力。
数据显示，在双大核NPU（Ascend Lite*2）加持下，麒麟990 5G实现业界最强AI算力，与业界其他旗舰AI芯片相比，性能优势高达6倍，能效优势高达8倍，持续刷新端侧AI的算力高点。无论是在业界典型的中载神经网络模型ResNet50（用于检测、分割和识别），还是在移动端更流行的轻载神经网络模型MobilenetV1（用于分类、检测、嵌入和分割）下，麒麟990 5G的FP16和int8性能和能效均达到业界最佳水平。业界首发NPU微核（Ascend Tiny）赋能超低功耗应用，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，让AI运算更省电。
基于麒麟990 5G的AI强劲算力，过去很多受限于功耗和算力的应用都将成为可能。麒麟990 5G使能AI多人实时换背景，通过先进的AI多实例分割技术，能够将视频画面中的每一个人物主体单独识别出来，实现多人物视频拍摄替换背景，甚至可以选择画面中需要保留的人物，让视频应用充满更多想象。AI视频超分能够基于麒麟990 5G的AI智慧，还原老旧设备拍摄的视频画质，画面瞬间达到高清质感。
随着AI+5G时代的到来，轻量化、免安装、跨平台和更多的交互体验将成为未来应用的发展趋势，这也要求手机芯片具备5G芯端云一体化的AI能力，以及大数据、平台化等更多创新技术集群。基于华为推出的全新达芬奇架构NPU和HiAI Foundation芯片能力开放，麒麟平台将持续为开发者提供更强大的端侧算力，充分激发端侧AI的运算潜能。此次，麒麟990 5G也将为HiAI 2.0开放平台注入新的能量，助力开放能力进一步升级——支持300+算子，业界最多；提供完备的IDE工具，Android Studio插件，支持代码自动生成，提高开发效率；提供达芬奇架构IR开放，支持业界主流框架对接，实现更加完备的兼容性，让算法开发者保持原有的开发习惯，在HiAI平台上自动获取加速能力，为开发者提供更强大的工具链，探索AI+5G应用的无限可能。

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了不起的华为！

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