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深入了解华为麒麟9000:GPU性能翻身,AI算力顶尖的5G旗舰芯片
机器之心 | 2020-11-01 20:59:54    阅读:13906   发布文章

2020 年的华为在发布新手机时不会去着重宣传芯片,却亮出了无数 AI 加持的全新应用。究其原因,看来是这家公司对于麒麟 9000 有着很大信心。

为视频实时生成带翻译的字幕、支持各种姿势操作的隔空手势、超过人眼识别水平的夜间视频拍摄…… 在华为 Mate 40 系列发布会上,余承东为我们展示了新一代旗舰手机的大量功能。这些技术无不需要依赖机器学习,而想要实现如此强度的 AI 运算,还得有一块强大的手机芯片。

有关华为 Mate 40 的大多数信息,我们在 10 月 22 日和昨天的两场发布会上已经了解了不少。不过余承东对于旗舰机首发的新一代麒麟 9000 芯片并没有花费很多精力进行介绍。人们也想知道:麒麟 9000 之后,还有麒麟吗?

在国内发布会开始前,华为芯片和硬件战略 Fellow 艾伟向我们详细介绍了这代旗舰芯片的能力,并就一些人们最感兴趣的话题给出了答案。

最强 5G,速度快过对手一倍

虽然套餐价格还是有点贵,但中国在 5G 通信网络的铺设速度上保持了全球最快:今年 1 至 9 月份,全国新增 5G 手机数量达到了 1.08 亿。

「这是第一次,中国消费者领先全球其他区域,能够享受到最先进的移动通信技术,」艾伟表示。「如果看 6 月份的数据,中国的 5G 用户数量占全球的 78%,中国与其他地区的差距还在不断拉大。目前我们有 70 万个 5G ****,中国还将在这一领域里持续领先。」

在 5G 产业急速发展的第一年里,华为推出了自己的第三代 5G SoC——麒麟 9000 是目前手机行业技术挑战最大,工程最复杂的一块芯片,工程师们在手机 SoC 有限的面积中集成了 153 亿晶体管。相比之下,同样使用台积电 5nm 工艺的苹果 A14 芯片有 134 亿个晶体管,还需要外接高通 X55 基带。

在这样的密度下,华为集成了手机所需的绝大多数计算单元,从 CPU、GPU、NPU、ISP 到安全系统、5G 通信基带等等。这些功能的集中并不是简单的堆砌,还需要兼顾高性能和低功耗,这需要在研发时应用大量新技术和架构创新。

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首先是 5G 速度。中国现在拥有最多的 5G 通信频谱,这意味着用户可以享受最快的通信速度,但这也需要通信设备的支持。麒麟 9000 集成了巴龙 5000 通信基带,可以享受理论值下行 4.6Gbps,上行 2.5Gbps 的双载波聚合下行速度,这是手机芯片设计、天线设计、****线网协议匹配等等能力相互作用的结果。在实际使用上,相比同代产品 iPhone 12,华为的 5G 速度更是快了两倍以上。

5G 也可以为我们带来更低的延迟。我们在用 4G 网络打游戏时「流畅的体验」大约指 100ms 以内延迟,而在实际测试中,现在华为手机的 5G 的时延在超过 80% 的时间里都可以保持在 30ms 以内了。

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和当前主流手机相比,麒麟 9000 有 5G 载波聚合,比其他 5G 单载波速度快一倍以上;WiFi 6 + 保证了比其他手机用 WiFi 的速度也快 2 倍以上。如果同时接通多种网络,麒麟 9000 的手机还支持四网协同,同时利用 5G、4G、2.4Ghz WiFi 6+ 和 5Ghz WiFi 6+,最高达到 5.6Gbps 的下行速率。

GPU 性能翻身

在麒麟 9000 上,八核 CPU 主频可达到 3.13GHz,八个核心继续保持 1+3+4 的设计,Cortex A-77 架构的核心频率为一个 3.13GHz 超大核 + 三个 2.54GHz 大核,四个 Cortex-A55 小核频率为 2.05GHz。

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华为表示,这样的 CPU 性能比高通骁龙 865 + 的速度快 10%,能效比也要高出 25%。

相比之下麒麟 9000 在 GPU 方面的提升更加明显。这一代处理器首发了 24 核的 Mali-G78,在图像处理能力上实现了跨越式提升,带来了可观的游戏体验。有了最新架构 G78 的加持,麒麟 9000 的图形性能比骁龙 865 + 要高 52%,能效也要高 50%。

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在 10 月 30 日的 Mate 40 发布会上,余承东表示麒麟 9000 的 GPU 性能接近于 iPhone 12 的 A14,远远超过其他安卓旗舰芯片。

与之配合的是 Kirin Gaming+ 3.0 游戏解决方案,在王者荣耀、和平精英、明日之后等现有游戏上,华为手机运行起来更加省电。

在 22 日发布会后不久,社交媒体上出现了麒麟 9000 跑分时功耗过高的结果。华为从实用场景角度解释了这一问题。「我们看到有一些人在研究麒麟 9000 突发的高功耗场景,在实际运行游戏时,Mate 40 长时间运行的性能和能效情况相比三星 Note 20 Ultra(骁龙 865+)能效比要好 20%。」艾伟说道。

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使用多核心低频率的 GPU,不仅意味着更低功耗,更好的游戏体验,更意味着人们可以追求更高画质。近期手机的计算系统、芯片算力的提升,已经让手游可以跑出原来只能在电脑主机上实现的效果,包括 SSR 屏幕空间反射:体现玻璃和地板不同的反射纹理,以及动态模糊:面对强光照射下的体积光和光影效果。

AI 算力业界第一

虽然今年被人们关注最多的是 GPU,但麒麟 9000 的 NPU(神经网络处理单元)性能提升也是巨大的,实打实的翻了一倍。这代芯片的 NPU 采用 2 大核 1 小核架构,又升级到了达芬奇 2.0 架构。

「2017 年,麒麟 970 第一次把 NPU 技术应用在手机里。今天我们看到的情况是所有的手机芯片都必须有 AI 处理芯片了,」艾伟说道。「华为更新了整个达芬奇的架构,2.0 版的 NPU 算力翻倍。在内存瓶颈方面,我们大幅提升了 System Cache 的容量。大部分情况下可以把部分数据缓存在 Cache 中,不需要调用内存带宽。同时,华为的机器学习软件工具支持全球最多的算子数量。」

在苏黎世联邦理工的手机 AI 性能榜单 AI Benchmark 上,麒麟 9000 排名第一,相对上一代提升了一倍。相对其他公司的产品,麒麟在 int8 精度上跑 ResNet-50 的性能相对骁龙 865 + 要高 60%,能效比是后者的 150%。

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AI 算力的提升意味着更多的应用成为可能。在 2017 年,麒麟 970 可以做到每分钟识别 2000 张图片,现在麒麟 9000 可以每秒钟识别 2000 张图片,性能提升了 60 倍。当我们在一帧之内完成处理图像分类、目标检测、语义分割、实例分割,甚至实时图像编辑的任务时。在视频里,我们就可以进行实时的 AI 图像风格转换。

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英伟达的 RTX 上首先出现的 AI 画质增强能力,麒麟 9000 也有:华为 Mate 40 可以把在线视频的分辨率变得更高,从 540p 提升到 FHD 高清,实时完成图像锐化、超分辨率、色彩增强等操作。「如果视频网站的内容源不好,用 AI 视频超分技术可以为用户优先带来高品质的体验,不过这还需要视频播放器的支持,我们正在和应用开发者们进行合作。」艾伟说道。

AI 算力在手机拍摄时也可以提供性能加持,Kirin ISP 6.0 加入了 Quad Pipeline 架构,3A 处理能力提升了 100%,管线处理速度提升了 50%,「现在手机可以做专业相机的事了」。

华为在业界首先实现了 ISP+NPU 融合架构,让暗光视频的细节「淋漓尽致」,图像处理时间又低于 33ms。「AI 已经证明了自己在图像处理上的能力,以往我们由于延迟问题无法做到 4K 视频的处理,现在再不是问题了,」艾伟说道。「相比 iPhone 12 Pro,华为 mate 40 Pro 可以在暗光拍摄情况下视频更清楚,细节更清晰。原来是拍照上超越人眼的识别能力,现在可以拍视频超过人眼。」

前面提到,麒麟 9000 上的 NPU 是两个大核加一个微核。达芬奇 2.0 架构的微核可以在全天低功耗运行的条件下解锁更多应用体验,全天候待机耗电最低可到 3mA,相比上一代 6.4mA 降低了一倍还多,比业界平均的 30mA 以上更是低了十倍以上。

微核负责处理的任务更贴近你的生活,比如华为的低功耗注视检测(OLED 屏幕的智能版 always on display,或者防止息屏显示,而且可以检测手机主人的特定人脸),隔空手势操纵、解锁、音量调节、浏览等都需要使用微核进行计算。

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5G 可以用来干什么?华为给了答案

今天,手机已可以像人一样在陌生环境中感知声音和图像的变化。我们还希望手机更能够「看懂」一些内容,做分类、测量、各种识别。Kirin AR 3.0 可以实现高能效的实施智慧感知、同步定位 AR 地图等功能。现在,AR 也可以用 SLAM 核心模块进行硬件加速了,这大大降低了时延和功耗。

Mate 40 有了 AR 实时感知能力,可以进行实时的 AR 物体测量,用摄像头一秒钟检测人物高度、房屋的层高、桌椅和各种物件的尺寸大小。就像电影《终结者》里施瓦辛格从未来到现代之后,用眼镜探测周围环境一样。

有了 5G 网络,强大的算法和设备端、云端 AI 算力,全新的应用将出现在人们的生活中。华为认为,手机是最重要的信息入口,它会对人、物体和文字进行识别,随后数据会通过 5G 脱敏地传送到云端,知识图谱和复杂的机器学习模型会以人类无法企及的能力完成任务。

「当我们把手机实时感知、AI 能力和云服务用 5G 网络连接在一起,就可以构建起『超智慧』的感知体验。未来的一切都会被数字化和识别,并与云端结合在一起。这或许就是 5G、AI 计算、更强大的手机算力存在的意义。」艾伟说道。

中国正在进行超前的 5G 部署,华为保守估计:如果人们的平均换机周期为两年,在一年多以后,市场上 50% 的用户将拥有自己的 5G 手机,在 4G 时候我们拥抱了数字支付、共享经济,5G 时代的实时虚拟现实融合技术,也将很快与我们见面。

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最后,在强大的 Mate 40 和麒麟 9000 之后,华为还在研发下一代产品吗?我们得到了肯定的答案:「华为致力于给全球消费者提供最好的旗舰机体验。无论未来有多少困难,我们会继续前行。」

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xqh518  2020-11-03 22:22:12 

给强大的麒麟 9000 点赞。

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