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| 本文作者： 包永剛 | 2018-12-17 19:13 |
12月6日，高通在美國發布最新一代旗艦移動平臺驍龍855，一周后的12月13日，聯發科技在深圳發布了最新處理器Helio P90。加上此前亮相的三星Exynos 9820、蘋果A12 Bionic以及華為海思麒麟980，可以說手機SoC已經進入了比拼AI性能的時代。不過，蘋果和海思集成了專為AI加速的硬件單元NPU，但高通和聯發科卻選擇了優化的路線，這是為什么？
7nm不是唯一選擇
蘋果的A11 Bionic和華為海思麒麟970在去年發布的時候就已經集成了專為AI加速的NPU單元，但AI性能的提升離不開工藝制程、CPU、GPU等硬件以及軟件的共同協作。我們知道，在很長一段時間內處理器性能的提升靠的是工藝制程的提升，到了AI時代，除了在設計上需要做進一步的優化，對先進制程的需求也更加強烈。因此為了繼續提升處理器的AI性能，麒麟980和A12 Bionic都選擇了臺積電的7nm工藝，都集成了69億個晶體管。同樣選擇臺積電7nm工藝的還有本月發布的驍龍855，但這款SoC集成多少個晶體管暫不清楚。
不過，7nm并非最新手機SoC的唯一選擇，聯發科Helio P90采用的是12nm制程，對于為何不采用7nm工藝的問題，聯發科技無線通信事業部總經理李宗霖接受媒體采訪時表示：“并不是有7nm就可以有很好的AI體驗，還需要考慮系統架構、功耗以及與應用的結合。同時，還與我們要帶給消費者什么樣的體驗有很大的關系。”雷鋒網認為，Helio P90的定位并非旗艦級，因此必須更多的權衡7nm成本增加和性能提升之間的關系，顯然12nm是聯發科認為性價比最高的工藝。
三星Exynos9820雖然定位是旗艦級，但卻采用了8nm工藝。原因很簡單，8nm LPP工藝是三星基于10nm LPP演進而來的工藝，可以使芯片能效提升10%，芯片面積降低10%。
可以看到，雖然不是5款最新處理器并非全都采用7nm工藝，但可以明確的是在處理器性能的提升上，手機SoC設計廠商依舊期待制程提升帶來的性能、功耗、芯片面積的提升，即便半導體制程的提升正變得越來越難。
CPU高性能核心集群再細分
選擇了工藝節點之后，在設計不出大問題的情況下已經在很大程度上決定了這款處理器的性能。當然，為了滿足AI的需求，上述5款處理器有3款處理器的CPU采用了大中小核的架構。麒麟980是率先采用了Big.middle.little新設計的SoC，也就是將高性能核心集群再細分為高、中兩部分，包括2個Cortex A76@2.6GHz、2個Cortex A76@1.92GHz、4個Cortex A55@1.8GHz，三個集群將根據不同使用場景靈活調用，提升能耗比。
三星同樣采用Big.middle.little新設計，不同的是由于三星有自主研發的Mongoose架構CPU，因此Exynos9820的CPU是2個第四代Mongoose架構內核、2個Cortex-A75、4個Cortex-A55組合在一起，自研內核和Cortex-A75提供高處理性能，Cortex-A55提供更高效率。三星稱，對比上代旗艦處理器Exynos9810，智能任務調度程序的新設計可將Exynos9820的多核性能提升15%。
驍龍855采用基于Arm Cortex A76 打造的 Kryo 485 CPU，首次集成了一顆超級內核，主頻高達2.84GHz，3顆主頻2.42GHz的性能內核，4顆主頻1.80GHz的效率內核。高通表示驍龍855芯片相比前代產品驍龍845，CPU性能提升 45%，是8系列處理器有始以來最大的一次提升。
蘋果和聯發科則沒有采用大中小核的設計。蘋果A12 Bionic的CPU采用6核設計，2個性能核心承擔高強度的計算任務，4個能效核心處理日常任務。蘋果稱最新的性能控制器可動態分配工作至不同核心，需要高速運行時可同時發揮全部六個核心的性能。相比A11 Bionic，A12 Bionic的2個大核速度提升最高達15%，4小核最高節能50%。
聯發科Helio P90也采用八核架構，包括2個Arm Corte A75處理器，工作主頻率為2.2 GHz，與6個A55處理器，工作主頻率為2.0 GHz。聯發科表示，最新的CorePilot技術可以確保芯片能夠以最高效的方式在八核之間實現運算資源的最優配置，充分發揮八核架構優勢。至于為何沒有采用大中小核的設計，聯發科技資深副總經理暨技術長周漁君對雷鋒網表示 :“我們希望每種核心之間的表現能有明顯的差別，不然大中小核的架構可能意義不大。當然，架構的選擇還需要關注SoC的制程、散熱、用途等方面。”
GPU性能提升最高達50%
除了CPU，GPU也是移動SoC主要的關注點，A12 Bionic 4核GPU相比上代3核心的A11 Bionic GPU速度提升最高為50%。麒麟980首發Arm最新的GPU架構Mali G76 MP10，與麒麟970的Mali G72 MP12相比，性能提高46％，能效比提高178％。Exynos的GPU同樣從Mali-G72升級為Mali-G76，三星稱升級后GPU的性能提升40%或35%的功耗表現。
驍龍855集成Adreno 640 GPU，高通表示新GPU能夠帶來20%的圖形渲染速度提升，同時還能繼續保持業界領先水平的每瓦特能效。Helio P90沒有選擇Arm Mali GPU而是集成了Imagination的PowerVR GM 9446，聯發科表示對比Helio P70，Helio P90的GPU性能提升了50%。
驍龍855和Helio P90為什么沒有NPU？
了解完5款最新手機SoC的工藝制程、CPU和GPU的升級之后，接下來要談的是這些最新SoC都強調的AI性能。蘋果和華為在SoC中集成了專為處理AI設計的新的NPU，其中A12 Bionic的Neural Engine架構從A11 Bionic的雙核增加到了八核，性能也從A11 Bionic每秒能完成6000億次操作提高到A12 Bionic每秒能夠完成5萬億次運算，并且Core ML運行速度最高可提升至9倍。
麒麟980的NPU則是從單核升級為雙核，使用了更高精度的深度網絡，每分鐘可識別4500張圖像，具備更高的實時性，支持人臉識別、物體識別、物體檢測等AI場景。余承東表示，新的 NPU 處理單元速度比麒麟 970 的NPU快 2.2 倍。
相比蘋果和華為海思集成NPU已經到了第二代產品，Exynos9820則是三星首次在SoC中集成專門處理人工智能任務的硬件單元NPU。三星方面稱，在NPU的支持下，Exynos9820相比Exynos99810人工智能性能提升7倍，并可以增強從照片到AR的性能。
高通和聯發科則沒有集成專門處理人工智能任務的硬件單元，而是在已有的硬件單元上進行優化和改進。驍龍855選擇在DSP中集成一個全新設計的Hexagon張量加速器（Hexagon Tensor Accelerator，HTA），另外，Hexagon 690處理器、Adreno 640 GPU、Kryo 485 CPU共同構組成了驍龍855支持的第四代多核人工智能引擎 AI Engine，可實現每秒超過7萬億次運算（7TOPs），AI性能較驍龍845提升3倍。
Helio P90對AI性能的提升則是借助APU1.0到APU 2.0的升級，使AI算力提升4倍。據悉APU 2.0采用聯發科技的融合AI（Fusion AI）架構，AI算力最高可達到1127 GMACs（2.25 TOPs），支持Int8和FP16。雷鋒網此前報道過，APU是基于此前 Helio P30 內置的 VPU（圖像處理單元）經過算法提升而推出。因此APU也是基于此前的硬件單元進行的升級和優化。
那么，高通和聯發科為什么不像蘋果、華為和三星一樣在SoCial中集成專為AI加速設計的硬件單元？其實原因很簡單，那就是AI相關的技術和算法都還不夠成熟，高通和聯發科作為手機SoC的提供方，在確定到底哪種算法以及數據類型最適合深度學習之前，押注其中一種不僅不是明智的選擇，還可能因為硬件跟不上算法迭代而無法滿足市場的需求缺乏競爭力，因此除了借助工藝制程、CPU、GPU的持續升級滿足AI應用，高通和聯發科還針對目前比較熱門的AI圖像應用在已有的硬件上進行優化來更好地適應不同手機廠商的需求。還有一點也非常關鍵，增加NPU帶來的成本的增加手機廠商可能難以接受。
相反，無論是蘋果、華為還是三星，他們自主研發的SoC目前都只用于自家的手機中，因此在應用和需求相對明確的前提下去增加專用的AI加速單元不僅能獲得更好的效果，還能借此打造更多吸引消費者的AI應用，增加手機的吸引力和競爭力。當然，作為全球手機銷量前三的三星、華為和蘋果，手機的銷量也是支撐他們研發自主芯片和集成NPU的基礎。
雷鋒網小結
手機作為最普及的智能設備，對于AI的發展和普及有非常重要的作用，手機SoC除了比拼CPU和GPU性能，現在也開始比拼AI性能。不過在AI發展的初期，技術還有很多不確定的時候，手機SoC的提供方選擇的是在已有的硬件上進行優化滿足AI應用需求，而具備自主研發處理器能力的手機廠商在需求和出貨量都更明朗的情況下用NPU來增加手機的競爭力。
還有不可忽略的是，軟件在AI性能的提升中發揮著非常重要的作用，越來越多的芯片廠商都在增加在軟件方面的投入和優化，同時還在增強與軟件公司的合作。
到底誰的AI性能更高體驗更好？光看跑分和性能的提升我們難以簡單下結論，我們需要等待搭載驍龍855和Helio P90的手機發布后，再做一個對比。
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