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透过Mate40 RS保时捷设计剖析麒麟9000华为最强芯一骑绝尘

快科技 2020-11-20 10:13 发文

一、前言海思十年风雨回首 麒麟9000一骑绝尘

不知不觉当中,海思手机芯片的故事,我们已经讲了有十年了。

2009年,蹒跚学步的海思K3V1诞生,它是华为试水手机AP芯片的一小步,虽然未得到华为自家的手机终端搭载,但所谓万事开头难,仍极具意义。

接着是青涩的K3V2,华为手机搭载的第一款自研芯片,它随华为Ascend P6/D2一同到来,在彼时以拥有前沿的64bit双通道内存带宽和作为当时“世界面积最小的四核芯片”而闻名。由于受到兼容性、功耗和发热表现等制约,K3V2并不算成功,但为后续手机芯片研发积累了宝贵的经验。

两次受挫未改变华为坚持自主芯片设计的既定路线。

2013年海思手机芯托名“麒麟”涅槃新生,作为第一枪的麒麟910吸取过往教训,换装Arm Mali的GPU,内存带宽收窄至32bit单通道,自研基带Balong 710首次与CPU、GPU集于SoC,加之28nm工艺解决过往顽疾,正式开启历史转折。

踩在麒麟920肩膀上的麒麟925助力Ascend Mate 7让华为手机第一次真正站上高端,尤其是自研Balong 720基带开始展现华为通讯领域的技术势能,当时能够支持峰值300Mbps的LTE Cat.6蔚为可观。

2015年的麒麟930和麒麟935让业界意识到了自研芯片的优势所在,这两个SoC帮助华为手机成功避开同期安卓阵营所深陷的骁龙810困局。

海思手机芯到了麒麟950这代终于“成年”,它是业界首款16nm FinFET 的旗舰SoC,凭借Cortex-A72与Cortex-A53的4 4大小核、Mali T880MP4GPU的强劲性能结合16nm FinFET 赋予的能效,正式进入全球手机芯片第一阵营,值得注意的是,此作的"PrimISP"成为华为发力手机影像的伏笔。

而后的麒麟960继续高歌猛进,至2017年的麒麟970突然另辟赛道,先于业界其它对手在手机SoC中引入NPU,并服务于为解决GPU图形计算效率问题而生的GPU Turbo,在游戏中实现功耗降低与性能提升。

2018年麒麟980臻于完美,集齐7nm工艺、2*A76大核心 2*A76中核心 4*A55小核心,以及作为GPU的Mali G76 MP10,综合各方面同期最接近苹果的A系列,达成完整旗舰形态。

2019年的麒麟990系列踩着5G风口完成了从与对手并驾齐驱、胶着厮杀到开始领先的本质飞跃,堪称划时代的一记重拳,全球范围内首次超前实现集成5G基带,自研的达芬奇架构NPU首次亮。

到了2020年,前不久随华为Mate 40系列手机一起到来的,是最新的麒麟9000 芯片——这颗芯片被许媒体、行业人士冠以“绝版”“绝唱”甚至是“最后一颗子弹”的名号。无论以上词汇是否言过其实,就当前的大环境来看,麒麟9000的确非常特殊。

今年8月份,余承东在中国信息化百人会2020年峰会曾公开说过,其芯片到9月15号生产就停止了,所以Mate40系列所搭载的麒麟高端芯片数量对会比较有限。

值得一提的是,此前麒麟高端芯片几乎都被归纳在“麒麟900”系列,按照此前预期,接棒麒麟990的应该是“麒麟1000”,而现实是直接从“麒麟900”跨越到“麒麟9000”,这样终极的命名显现的似乎是一种放手一搏的决绝。

困局之中,麒麟9000就此诞生,成为全球首款量产商用的5nm集成式5G旗舰SoC,比较同为5nm、外挂基带的苹果A14在体积、性能、散热等方面都占优势,对技术挑战的解决完成度高,在整个移动SoC领域都具有当的领先优势。

接下来,我们就通过华为最顶级的旗舰机皇Mate40 RS保时捷设计,来体验一下麒麟9000的各种能力。

二、外观欣赏感受顶奢机皇的华丽风采

Mate40 RS保时捷设计外包装

附带充电器、有线耳机、卡针等诸多配件

和Mate40 Pro一样,华为Mate40 RS保时捷设计同样是一部采用6.76英寸的88°曲面率大屏手机。双挖孔设计,只是UI方面继续了保时捷系列的红黑配色主题,当深邃典雅。

不同于Mate40系列的其它机型,华为Mate40 RS保时捷设计的陶瓷机身背部走的仍然还是奢侈路线,它具备标志性的跑道元素,镭射而出的“PORSCHE DESIGN”与哑光陶瓷和两面陶瓷排布有序、凹凸有致。

机身的背部采用了独占的星钻摄像头设计,5个摄像头外加一个闪光灯,形成了一个八边形。八边形的中间区域是徕卡认证标识。能够将华为 保时捷 徕卡的三重logo同时置于一面的机型,也就只有历代保时捷设计了,最大限度凸显出用户身份。

预置的手机壳采用皮质,质地、手感与前代保时捷设计的机身后背似。这样来看是为不同喜好的用户提供了两个选择——喜欢陶瓷手感可以裸机使用,喜欢皮质手感可以戴上原装手机壳,握感、品质与前代保时捷设计一致。

标志性红色电源键

机身顶部

机身底部

66W充电器

三、麒麟9000性能及能效测试GPU拉满24核心!大翻身

——麒麟9000规格一览

麒麟9000系列SoC的一大创举便是集成153亿个晶体管,苹果最新的A14也只不过集成118亿晶体管。晶体管的少,直接影响芯片性能发挥。一般一个芯片上集成的晶体管越,即电流在一个时间单位上流动的分支越,那么该芯片的功能越复杂,性能也就越高,同一时间内处理的数据也就越。

麒麟9000规格一览

——CPU

麒麟9000的CPU部分采用的是1 3 4的组合方式,其中的那颗Cortex-A77超大核心的3.13GHz主频,甚至比被奉为骁龙865超频版的骁龙865 Plus的3.1GHz主频还要高一些,从这一点来看,CPU部分算是有着在过去难以想象的激进。

值得提的是,麒麟9000上协助CPU工作的存储子系统有了当大的升级,这是从麒麟980时代就开辟的一大侧重方向。

华为海思早在麒麟980时期就给它用上了DSU 4MB L3缓存;麒麟990在前者基础上采用新的系统级别的缓存,同时降低存储子系统的延迟,该芯在当时的性能表现比麒麟980有所提升且功耗低的原因除了先进制程加持,与华为海思在存储子系统的投入是分不开的。

到了麒麟9000这一代,按照华为Fellow艾伟对Smart Cache 2.0于“对直接访问内存来说,带宽提升了一倍”的表述,系统级别的缓存很有可能是提升到了8MB,也就是比较上代容量翻番,对于性能、能效的提升有着当大的助力。

说无益,接下来让我们跑个分。

注意Mate40系列手机提供有性能模式,开启后可以让麒麟9000一直处于满血状态释放自己的能力,在跑分过程当中笔者将一直开启性能模式。

GeekBench考察的是CPU单核心、核心性能,权威性毋庸置疑。华为Mate40 RS保时捷设计凭借麒麟9000的智能核心调度,在性能模式下可以达到单核跑分1012和核跑分3713的成绩,线程性能有明显改进。

GeekBench单核心对比

GeekBench多核心对比

按照Geekbench5的衡量标准,麒麟9000单核性能大概比骁龙865 Plus提升3.1%,核性能比骁龙865 Plus提升13%。值得一提的是,二者都是基于ARM A77架构,可以看出麒麟对于此代架构的设计与优化已经得心应手,无论是体现绝对性能的单核心,还是考验调度配合的核心都达到了极高水准。

对比有代际差异的麒麟990 5G,麒麟9000的提升幅度是明显,单核性能提升达29%,核性能提升15%。5nm工艺带来的红利以及ARM A77架构的优势尽显。

——GPU

无论是苹果A系列还是安卓阵营的GPU,前些时间都开始呈现小碎步式的前进。

天赋Adreno的图形能力“带头大哥”高通没有大步快跑的跃进,本该趁着Mali G77大爆发时迎头追上高通的三星Exynos 990与联发科天玑1000都不约而同地采取了保守策略,前者使用Mali G77 MP11(11个核心),后者甚使用规模小的Mali G77 MP9(9个核心),而麒麟990 5G因为时间差或者是其它原因,使用的是Mali G76,算是错失良机。

终于轮到麒麟9000上场了,它一出手就意外地跳过G77,直接用上了Mali G78。Mali G78 GPU算是Mali G77的升级版,两者都采用Valhall图形架构,最突出的是首次支持到24个核心,比Mali-G77的设计上限16个核心增加了有一半。

而且不同于猎户座或者联发科只能将G76的核心数拉至9到11个,麒麟9000拉满到Mali G78的设计上限,即24核,一改过去GPU方面高频少核的保守行进路线,大有放手一搏的意味。

GFXBench考量的是GPU图形核心游戏性能,可以看到麒麟9000较于高通骁龙865 Plus甚至是苹果A13都已经难得的显露了领先势头,拉满24核心的Mali G78在此功不可没。

|阿兹特克废墟(Normal) OpenGL

按照GFXBench的衡量标准,在阿兹特克废墟(Normal) OpenGL的测试项目当中,麒麟9000比较骁龙865 Plus的领先幅度达50%,当夸张。

阿兹特克废墟(Normal) Vulkan

在阿兹特克废墟(Normal)Vulkan的测试项目当中,麒麟9000比较A13的领先达12%,比较骁龙865 Plus的领先幅度是达到了38%。

赛车追逐

在赛车追逐的测试项目当中,只有A13能够追上麒麟9000,而麒麟9000比较骁龙865 Plus的提升幅度仍然比较大,达到了20%。

曼哈顿3.1

在曼哈顿3.1测试项目当中,麒麟9000比较A13的领先幅度达17%,比较骁龙865 Plus的领先幅度达到了27%。

曼哈顿

终于到曼哈顿测试项目,A13取得了不大的优势,此项当中麒麟9000比较骁龙865 Plus的领先幅度达到26%。

霸王龙

霸王龙测试项目当中,麒麟9000比较A13还有着19%的差距,但是比较骁龙865 Plus仍能保持4%的领先优势。

综合以上测试数据来看,麒麟9000能够实现对骁龙865 Plus的全面压制,以及从26%到50%不等的测试子项领先。

即便是面对苹果A13,两者只存在不到20%的互有胜负。从GFXbench的测试结果来看,可以肯定麒麟9000的图形处理能力已经不逊苹果A13,考虑到A14(我们在撰写此文时未拿到iPhone12系列机器,无法获得详细数据)比较A13提升不大,麒麟9000的图形性能与之硬碰硬也有当的可能。

——能效测试

所谓“开源”、“节流”。

在电池技术难以取得根本性突破的大背景下,延长手机续航只能从“节流”方面入手,以缓解续航焦虑。

由此,当前最先进的5纳米工艺制程成为了Mate40系列的节能必选项。

前文我们所看到的1个超大核 3个大核 4个小核的三档能效架构,也是在为能效做充分考虑用户轻度使用时主要依靠小核减少能量消耗,看视频或者任务时,大核动身,玩大型游戏时火力全开,呈现出梯度运行的路线,以实现最佳能效。

图形显示方面,麒麟9000集成了迄今安卓阵营最为强劲的24核Mali-G78 GPU集群,还有着诸如GPU Turbo等均衡高性能、高能效、高画质的解决方案加成。

不仅如此,麒麟9000还将巴龙5G基带集成在SoC内部,规避外挂处理所带来的额外能量消耗。

我们清空除监测软件之外的手机后台,将两部手机的屏幕亮度拉高到最大亮度,开启静音,调至FHD 分辨率,HDR 60FPS场景,然后用它们去观战同一场《和平精英》的游戏对局。

然后发现,搭载麒麟9000的华为Mate40系列旗舰与某骁龙865 Plus机型发挥出同样的性能表现的时候

Mate40系列旗舰整机电流值记录为773mA,某骁龙865 Plus旗舰的整机电流值记录为890mA。

为了进一步了解芯片功耗情况,我们测试了两部手机的idle电流值,均在290mA左右。用整机电流值-idle电流值的计算方式,可以大致得出芯片的电流值 麒麟9000电流值为483mA,骁龙865 电流值为600mA。意味着在我们的测试场景中,同性能下,麒麟9000芯片的功耗可能要比865 优20%左右。

显然Mate40旗舰所搭载麒麟9000的能效要高一些,所以综合性能与能效比等个维度来看,麒麟9000如今的表现堪称突飞猛进。

四、影像体验麒麟9000平台成就影像机皇

——Mate40 RS保时捷设计影像规格一览

华为Mate40 RS保时捷设计的背部是八边形星钻设计的超感知徕卡电影五摄,具体包括

——5000万像素超感知主摄,1/1.28英寸传感器,光圈F1.9,支持OIS光学防抖;

——800万像素潜望式长焦镜头,支持10x光学变焦、20x混合变焦、100x双目变焦,光圈F4.4;

——1200万像素长焦镜头,支持3x光学变焦、OIS光学防抖,光圈F2.4;

——2000万像素电影镜头,超广角,光圈F1.8,1/1.53英寸,比IMX586和IMX708这两款顶尖超广角镜头还要大;

——3D深感摄像头,支持渐进式景深。

值得一提的是,这五摄还支持XD Fusion硬件实时HDR视频、AIS超级运动防抖等功能。前置则是双摄,包括1300万像素超感知镜头(广角 F2.4)、3D深感镜头,支持3D人脸识别、4K分辨率录像。

笔者在初上手Mate40 RS保时捷设计之时,首先被该系列强大的影像系统硬件所吸引,注重点自然也一直停留在此。而随着体验的深入,我们渐渐发现,硬件之外的ISP、NPU与算法机制是华为Mate40系列的影像能力迥异于过去的灵魂核心,也是键所在。

现今,随着定制传感器、重金堆料的泛滥,大数厂商又重回同质化宿命。在这种情况下,算法、以及驱动算法的处理器平台的地位越来越重要。随着P40系列伴生的XD Fusion、华为Mate40系列伴生的麒麟9000平台到来,华为的影像体系进化到新高度。

——麒麟9000为强悍影像带来了什么?

华为早在Mate10手机上就引入当时业界首款移动AI处理器Kirin970的强大NPU,参与ISP图像处理流程。

到了这一代的华为Mate 40系列,麒麟9000 5G SoC芯片是内置了目前华为最先进的ISP 6.0,带来50%的吞吐率提升,以及在噪声消除方面48%等提升,麒麟9000在业界首次实现了ISP NPU融合架构,带来超强的细节还原和降噪能力,可以被运用到手机摄影,尤其是暗光、弱光条件下的影像记录,助力Mate40系列再次夺得DXO影像排行榜第一名的霸主地位。

顺便提一下,大家现在熟知的类似IMX600、IMX700等图像传感器,实际不能独立获得色彩信息,它们都是“色盲”,需要色彩滤波器协助,否则拍出来的照片就是黑白的。

拜耳阵列RGB色彩滤波器

上图是比较典型的拜耳阵列RGB颜色滤波器。最下面一层灰色色块是一个个感光PD部分,光子在这里转换成电信号;上面一层R/G/B(红/绿/蓝)三种颜色的马赛克色块就是颜色滤波器,白光透过RGB色彩滤波器后,分别滤出红/绿/蓝光,在灰色PD部分被吸收。

华为从P30系列开始就将RYB色彩滤波器引入,凭借着覆盖光谱、捕获光子的特殊能力一直传延至今,进光量比RGB色彩滤波器可以提升30%-40%左右,让Mate系列、P40系列的暗光拍摄能力一骑绝尘。

而且,这套方案至今没有其它任何一家手机厂商能够跟进。

如果探究此中因果的话,会发现有一项因素就是传统的手机处理器SoC中的ISP只能支持RGB算法,无法同时支持RGB传感器和RYB超感光传感器。ISP pipeline中各个模块无法应对Y像素所蕴含的颜色信息量,也无法对RYB传感器精准的插值。

正是凭借自研平台的优势,华为的技术演进路线是掌握自己手中的。基于以上复杂的需求,海思将全新的AI去马赛克算法、全新的AI色彩自动白平衡和全新的颜色管理算法一起整合进麒麟ISP Pipeline图像处理的框架当中。各模块的神经网络模型经过大量的RYYB sensor RAW数据训练后,能有效找到物体细节和色彩分量之间的映射系,在传统ISP处理架构上用计算摄影的方法,实现RYYB的支持。

值得注意的是,ISP-NPU融合架构已经能将ISP处理流水线和NPU矩阵计算结合,解决了带宽问题,提升了神经网络算法的运行性能。麒麟9000的SoC内部甚至设计有硬件直连,将NPU计算直接融入ISP的Pipeline中,利用SmartCache 2.0的大容量、大带宽能力,形成硬件级的帧内和帧间信息直通,在一帧33ms时间内,个算法无缝切换,首次实现端侧AI实时像素级视频处理。

简而言之,造就强大的影像系统,并不是单纯依靠纸面参数强大的图像传感器便能一蹴而就,色彩滤波器和ISP算法pipeline作为最终成像的物理和算法基础至重要。

而且从华为的影像技术演进来看,要想在此领域构建起高壁垒,其中基于SoC平台发挥的算法基础可能才是键的法门所在。

——样张展示

主摄微距

主摄 夜间拍摄

超广角逆光HDR

超广角 夜间拍摄

3X变焦夜间拍摄(添加怀旧滤镜)

3X变焦夜间拍摄雕塑

10X变焦拍摄

10X变焦 抓拍悬于风中、垂直地面的落叶

10X变焦微距

总的来看,麒麟9000芯片的ISP、NPU结合XD Fusion,对Mate40 RS保时捷设计全焦段的优化十分显著。特别是针对暗处细节的优化、复杂光线下的色彩纠正以及必要的HDR优化都当出色。

五、总结向上攀登的故事仍在继续

华为Mate40 RS保时捷设计为用户带来了较以往加高端商务的外观设计,优秀的屏幕观感和握持体验。不止于外观,该机无论是在影像、还是其它体验的表现,都足以撑起华为顶级奢侈旗舰的地位。

这背后,是与之配的麒麟9000为其高筑起平台基底。

而且,于麒麟芯片目前所遭遇的来自外部环境的困难,信大家都有所耳闻。在这样的困局之下,麒麟9000却依然能够在技术上超越以往5G芯片的精密与强大,以一个非常高的完成度出现在消费者面前,帮助夯实Mate系列5G旗舰性能巅峰的行业地位,难能可贵。

通过测试体验,我们发现,首先是CPU部分,得益于5nm制程红利以及海思团队的核心调配优化能力,麒麟9000比较同为A77架构的骁龙865 Plus,在Geekbench评判体系当中单核性能比之提升3.1%,核性能比之提升13%,达到了极高水准。

GPU曾经是海思平台的一块短板,也正是因此倒逼华为推出GPU Turbo等各种软件方案强化图形处理能力。而今短板不再,反而成为麒麟9000的一大亮点所在,华为史无前例地将GPU的核心数堆到设计上限,所有人第一次看到24核心的GPU在麒麟平台满血释放,蔚为壮观。

超大规模的GPU带来了性能和能效的巨大提升。在我们的GFXbench测试当中,阿兹特克废墟(Normal) OpenGL的测试子项,麒麟9000比较骁龙865 Plus的领先幅度达到了50%!即便是面对苹果A13,两者综合起来只存在不到20%的互有胜负。

从GFXbench的测试结果来看,可以肯定麒麟9000的图形处理能力已经不逊苹果A13,可以想象打着时间差在明年上场的骁龙875压力会陡升得么大。

综合5nm制程工艺、CPU三挡能效架构以及集成式5G基带设计等,能效方面,我们仅仅是打开一个手游进行简单测试,就能发现搭载麒麟9000的华为Mate40系列手机与某骁龙865 Plus机型在维持同一性能表现的前提下,显现了20%左右的效率提升,综合性能与能效比等个维度来看,麒麟9000如今的表现堪称突飞猛进。

影像无需言,这是华为的基本盘,华为Mate40 RS保时捷设计能够集齐这世上仅有的超感知徕卡电影五摄,又有麒麟9000芯片强悍的ISP、NPU结合XD Fusion,对全焦段、暗处细节、复杂光线下的色彩纠正、必要的HDR优化十分显著,进一步巩固影像霸主的地位。

Mate40 RS保时捷设计作为年度顶奢旗舰、麒麟9000 5G SoC作为年度旗舰顶级芯片,确实都做到了不负众望。而且它们是在重重困境之中,遭外力束手束脚之后,仍能交出如此完美答卷,一如前言回首的十年逆风之旅,华为、海思向上攀登的故事仍在继续。

出处:快科技

作者:岛叔

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