麒麟9000S晶体管比麒麟9000约少60亿,性能却更强!怎么做到的?

香梅聊国际 2023-09-06 19:55:22

从Mate60Pro上市销售至今已经过去7天了,关于它采用的麒麟9000S处理器架构已经被专业人士分析清楚了。

Techinsights拆解分析后确认麒麟9000S采用中芯国际N+2工艺

以下是根据公开资料做的麒麟9000S和麒麟9000结构设计简要分析:

麒麟9000S的CPU采用8核心设计,具体是1个2.62GHz的自研泰山超大核心+3个2.15GHz的自研泰山大核心+4个1.5GHz的A510小核心。其中,自研的泰山核心支持超线程,因此其CPU实现了8核心12线程,L3缓存4MB,系统缓存4MB,GPU为Maleoon 910 4CU,GPU频率750MHz。

麒麟9000的CPU也是8核心设计,具体是1个3.13GHz的A77超大核心+3个2.54GHz的A77大核心+4个2.05GHz的A55小核心,并不具备超线程功能,L3缓存4MB,系统缓存8MB,GPU为Mali-G78 24核心,GPU频率759MHz。

加拿大专业拆解机构对麒麟9000S研究后认为麒麟9000S不是采用N+1工艺,而是N+2工艺,功耗测试表明它的低频功耗比相当于台积电6纳米工艺。电镜图扫描发现麒麟9000裸片面积为107平方毫米,比麒麟9000大2%,晶体管密度比N+1工艺大10%,即97.9Mtr/平方毫米,而麒麟9000采用的台积电5纳米制程工艺晶体管密度则高达171.3Mtr/平方毫米。考虑到缓存部分会浪费部分面积,实际晶体管密度介于85%~95%之间,预计麒麟9000S晶体管数量约为90~100亿,考虑到麒麟9000S缓存较小,损失不大,大概率接近95亿,比麒麟9000少60亿左右。

虽然晶体管数量比麒麟9000少了60亿左右,但极客跑分测试结果表明麒麟9000S性能比麒麟9000更强!

多款手机SOC的GeekBench 5 CPU跑分测试对比

晶体管数量少了那么多,主频还更低,麒麟9000S性能却更强,究竟是怎么做到的?

总体思路就是通过硬件、架构、操作系统改进来达到预期目标。

一是减少部分晶体管,但尽可能不影响性能和功能发挥。

1、提高基带设计水平,用原来30%左右的晶体管数量做到差不多的功能预计可减少30亿晶体管。

麒麟9000基带包括4G模块和5G模块,而麒麟9000S基带没有4G和5G之分,而是高度集成的。这需要在逻辑算法上做重大改进才能做到。

麒麟9000S(左)与麒麟9000(右)功能模块对比

麒麟9000采用的台积电5纳米工艺晶体管密度约为173Mtr/平方毫米,而麒麟9000采用的制程工艺仅比N+1工艺高10%,即只有98.9Mtr/平方毫米。

通过两者的面积对比可以看出,麒麟9000S的基带部分面积仅为麒麟9000的4G和5G基带总和的一半左右。由于麒麟9000S的晶体管密度仅有大约0.95亿/平方毫米,而麒麟9000却能达到1.5亿/平方毫米,因此麒麟9000S的晶体管数量仅有麒麟9000的30%左右。仅这部分就节省30亿左右的晶体管。

2、用更高效的自研架构设计替代低效的G78,预计可减少15亿晶体管。

麒麟9000S采用的是自主研制的Maleoon910 GPU,仅有4个核心,而麒麟9000采用的是公版G78 GPU,核心数量高达24个。按照晶体管数量估计,麒麟9000S在晶体管数量少50%左右的前提下,

从对比图可以大致看出麒麟9000S的Maleoon910GPU模块面积和麒麟9000的24核G78GPU模块面积差不多。简单估算,这部分大概可以节省15亿左右的晶体管。

3、DSP、ISP、NPU、缓存均做了精简提升,预计可减少15亿晶体管。

从面积来看,麒麟9000S的DSP、ISP、NPU模块晶体管数量均低于麒麟9000。而缓存方面,麒麟9000S同样比麒麟9000更少,但这部分过少会对CPU性能造成较大影响,预计今后会有更大缓存的高性能版本。

这几部分晶体管总数预计也可节约15亿左右。

麒麟9000和麒麟9000S功能模块示意图

除此之外,麒麟9000S的CPU部分的晶体管数量预计与麒麟9000相当,但是运行主频更低,限制了性能进一步提升。

二是优化架构设计,提高晶体管运行效率。

麒麟9000S全面采用自研架构设计,有消息称其CPU的大核、中核基于鲲鹏930服务器处理器的泰山核心衍生而来,因此也继承了它的超线程设计。超线程设计的好处就是可以提高晶体管利用率,从而提升性能,但是代价是功耗比也会略微下降。这种设计的好处是可以将处理器面积做得更小,有利于提升良率,降低生产成本。麒麟9000S超线程可提升21%的性能,但是功耗要增加24.3%左右。

小核依然采用Arm于2021年发布的A510,估计也是看中其优秀的功耗比和更优的应用生态。

三是优化操作系统,尽可能提高运行效率。

测试表明,在少15亿左右晶体管的前提下,麒麟9000S的GPU性能仍与麒麟9000相当,这意味着华为自研Maleoon910 GPU效率远超Arm的玛丽GPU!这似乎不大科学,事实上华为自研GPU之所以效率这么高,根本原因在于有华为自研鸿蒙系统加持,其运行时的效率损耗远低于安卓系统。

CPU方面,虽然晶体管数量并未明显减少,但缓存却更少,运行主频也大幅度低于麒麟9000,但麒麟9000S最终单核性能却差不多,多核性能却高7%。这点同样不科学,因为Arm公司在CPU架构设计方面功力十分深厚,苹果公司甚至花费重金要挖它的架构师。华为在CPU方面的设计水平很难大幅度超越它,能比它略好就不错了。因此仅靠自研架构,在主频低这么多的前提下,性能要大致相当,可能性很小。这说明华为自研鸿蒙系统也会给予麒麟9000S不小助力。

官方网站查到的SOC GeekBench5跑分测试结果

综上所述,我们认为华为麒麟9000S跑分之所以这么高,除了其本身设计更优秀之外,操作系统更高效也是很重要的原因。

当然,如果不考虑良率和生产成本,麒麟9000S本身也仍然有很大的优化提升空间,例如增加麒麟9000S缓存,增加GPU核心数量,同时适当降低运行主频。这么做可提升其CPU跑分和GPU跑分,同时还能提升GPU功耗比。

以华为这家公司的性格来看,它大概率不甘心只量产仍有很大提升空间的麒麟9000S,预计还会有性能更强的型号在未来3个月内发布。

不管怎么说,麒麟9000S的问世着实让国人出乎意料!一是麒麟9000S量产标志着我国已经打通相当于台积电6纳米的制程工艺,远超多数国人原来预计的28纳米制程工艺;二是麒麟9000S的自研架构设计水平远超国人预计;三是鸿蒙系统运行效率远高于安卓系统,远超国人预计。

央视关于华为新手机的直播节目评论区一片和谐

由于制程工艺已经逼近物理极限,继续发展难度越来越大,成本越来越高,进步速度越来越慢,只要造出EUV,我国的追赶速度必将十分惊人。有朝一日,如果我国能够在处理器制程工艺追上国际最先进水平,那么华为的处理器性能必将大幅度超越国外竞品。相信这一天用不了多久!

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香梅聊国际

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