中國的全球首款7nm芯片是怎樣煉成的？

逄丹

5天前，德國柏林IFA展，華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東帶來了華為新一代人工智能手機(jī)芯片麒麟980，亮出多個(gè)“首款”標(biāo)簽，諸如全球首發(fā)7nm制程手機(jī)芯片、全球首款Cortex-A76 Based CPU和全球首款雙核NPU等等。

這一只給“自家用”的麒麟芯片，一經(jīng)發(fā)布，便引起重磅關(guān)注。5天后，華為在上海舉辦媒體溝通會(huì)，進(jìn)一步闡釋了麒麟980的強(qiáng)悍性能和其背后的故事。

“麒麟980是當(dāng)前用戶能夠買到的最高性能處理器。”面對著下周即將發(fā)布的蘋果A12處理器以及三個(gè)月后的高通驍龍855，華為Fellow艾偉對麒麟980的定義坦誠和率真。

那么，這款自帶多個(gè)第一光環(huán)的芯片，是如何誕生的呢？

丟掉了5000多塊電路板

從2015年開始，華為著手進(jìn)行7nm工藝研究，2016年實(shí)現(xiàn)了定制特殊基礎(chǔ)單元，構(gòu)建高可靠性IP，2017年開始SoC工程化驗(yàn)證，2018年，麒麟980正式面世并大規(guī)模量產(chǎn)。

艾偉講道，麒麟980的誕生歷經(jīng)了36個(gè)月的研究與開發(fā)，1000余名半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與工藝專家參與其中，經(jīng)歷了兩次大版本的迭代，扔掉了5000余塊工程驗(yàn)證開發(fā)板。

他進(jìn)一步闡釋道，2017年，開始SoC工程化驗(yàn)證工作后，不管是工藝的變化還是各種功能元件的加入，麒麟980只有一次修改的機(jī)會(huì)，這次機(jī)會(huì)必須把所有的問題解決掉。

“很多人問我，在這個(gè)過程中遇到的最大挑戰(zhàn)是什么？”艾偉表示，“最大的挑戰(zhàn)不是一個(gè)挑戰(zhàn)，可能是1000個(gè)挑戰(zhàn)。更是三年前我們定義了量產(chǎn)計(jì)劃，今天能否實(shí)現(xiàn)？能否向用戶交代？”哪怕只有一個(gè)技術(shù)不成熟，要等到年底量產(chǎn)都是大問題。

艾偉透露，為了7nm制程，華為研發(fā)投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3億美元。

遵循摩爾定律，守住原有尺寸

雖然摩爾定律沒有失效，但不容忽視的事實(shí)是，在相同尺寸的電路板上集成更多數(shù)量的晶體管變得越來越困難。

艾偉講道，克服重重挑戰(zhàn)，麒麟980在集成了69億個(gè)晶體管的基礎(chǔ)上，守住了原有芯片尺寸，僅相當(dāng)于1分錢硬幣大小?！斑@是一件很難的事情?！卑瑐フf。

在這一分錢硬幣大小的SoC上，華為沒有壓縮電池芯片的空間，還給攝像頭芯片留出了更大的空間。同時(shí)還放進(jìn)去了首款基于Cortex-A76開發(fā)的CPU內(nèi)核。

華為披露，在不到1平方厘米面積內(nèi)集成69億晶體管，放入更強(qiáng)勁的CPU、GPU、DDR、更智慧的NPU、更領(lǐng)先ISP、更快速的Modem。

多個(gè)第一帶來了哪些性能進(jìn)階？

制程方面，麒麟980全球首商用TSMC 7nm制造工藝。與10nm工藝相比，7nm工藝性能提升20%，能效提升40%，晶體管密度提升了1.6倍。

CPU方面，麒麟980在全球首次實(shí)現(xiàn)基于Cortex-A76的開發(fā)商用，與上一代相比單核性能提升75%，能效提升58%。根據(jù)華為披露的數(shù)據(jù)，和高通驍龍845對比，麒麟980的性能是前者的1.37倍，能效是前者的1.32倍。

GPU方面，麒麟980在業(yè)內(nèi)首商用Mali-G76 GPU，與上一代相比性能提升46%，能效提升178%。

2017年，麒麟970的發(fā)布開創(chuàng)了端側(cè)人工智能的行業(yè)先河，激發(fā)端側(cè)AI的應(yīng)用潛能，開啟智慧手機(jī)元年。這一次，麒麟980首次引入雙核NPU，實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高端側(cè)AI算力，將支持更加豐富的AI應(yīng)用場景，引領(lǐng)手機(jī)全面進(jìn)入智慧時(shí)代。

據(jù)了解，在雙核NPU的加持下，人臉識(shí)別、物體識(shí)別、物體檢測、圖像分割、智能翻譯等AI場景，具備更佳的實(shí)時(shí)性。麒麟980實(shí)現(xiàn)每分鐘圖像識(shí)別4500張，識(shí)別速度相比上一代提升120%。

通信能力一直是麒麟芯片的看家本領(lǐng)，也是華為最擅長的技能。麒麟980在全球率先支持LTE Cat.21，支持業(yè)界最快的下行1.4Gbps速率。

還有一個(gè)第一的標(biāo)簽是，麒麟980可以支持全球最快的LPDDR4X顆粒，主頻最高可達(dá)2133MHz，比業(yè)界同期水平快14%。和驍龍845相比，帶寬提升20%，延遲降低22%。

具體到微信、新浪微博、手機(jī)淘寶、京東、手機(jī)百度、高德地圖、QQ瀏覽器、愛奇藝、美團(tuán)、王者榮耀等用戶高頻率打開的應(yīng)用，麒麟980的啟動(dòng)時(shí)間要比驍龍845平均縮短28%。

值得一提的是，麒麟980首次創(chuàng)新設(shè)計(jì)Kirin CPU子系統(tǒng)TM及Flex-Scheduling智能調(diào)度機(jī)制，帶來強(qiáng)勁性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能效?；谶@一設(shè)計(jì)，從游戲?qū)嶋H體驗(yàn)對比來看，對比驍龍845，麒麟980平均幀率高22%，平均每幀能耗低32%。

5G Ready：麒麟980+巴龍5000

自今年6月，首個(gè)完整的真正的3GPP R15 5G標(biāo)準(zhǔn)終結(jié)后，所有的終端、芯片廠商已經(jīng)在快馬加鞭，布局5G手機(jī)以及5G手機(jī)芯片。

華為宣布，將在明年上半年正式推出支持5G的麒麟芯片，并推出5G手機(jī)。艾偉表示，麒麟980支持5G Ready，同時(shí)與5G基帶芯片Balong 5000相結(jié)合，提供5G手機(jī)解決方案。

艾偉表示，5G手機(jī)的推出還需要一個(gè)過程。在這之前，運(yùn)營商需要進(jìn)行基站設(shè)備、儀器儀表設(shè)備和終端設(shè)備之間的互通操作測試，然后進(jìn)行友好用戶的商用，最后才是規(guī)模的商用。

據(jù)悉，麒麟980將在華為Mate20系列手機(jī)上首次搭載，這一全新旗艦手機(jī)將于10月16日全球發(fā)布。