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，華為消費者業務CEO余承東帶來了華為新一代人工智能手機芯片麒麟980，亮出多個“首款”標簽，諸如全球首發7nm制程手機芯片、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，一經發布，便引起重磅關注。5天后，華為在上海舉辦媒體溝通會，進一步闡釋了麒麟980的強悍性能和其背后的故事。

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

那么，這款自帶多個第一光環的芯片，是如何誕生的呢？

丟掉了5000多塊電路板

從2015年開始，華為著手進行7nm工藝研究，2016年實現了定制特殊基礎單元，構建高可靠性IP，2017年開始SoC工程化驗證，2018年，麒麟980正式面世并大規模量產。

艾偉講道，麒麟980的誕生歷經了36個月的研究與開發，1000余名半導體設計與工藝專家參與其中，經歷了兩次大版本的迭代，扔掉了5000余塊工程驗證開發板。

他進一步闡釋道，2017年，開始SoC工程化驗證工作后，不管是工藝的變化還是各種功能元件的加入，麒麟980只有一次修改的機會，這次機會必須把所有的問題解決掉。

“很多人問我，在這個過程中遇到的最大挑戰是什么？”艾偉表示，“最大的挑戰不是一個挑戰，可能是1000個挑戰。更是三年前我們定義了量產計劃，今天能否實現？能否向用戶交代？”哪怕只有一個技術不成熟，要等到年底量產都是大問題。

艾偉透露，為了7nm制程，華為研發投資遠遠超過了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，但不容忽視的事實是，在相同尺寸的電路板上集成更多數量的晶體管變得越來越困難。

艾偉講道，克服重重挑戰，麒麟980在集成了69億個晶體管的基礎上，守住了原有芯片尺寸，僅相當于1分錢硬幣大小。“這是一件很難的事情。”艾偉說。

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。同時還放進去了首款基于Cortex-A76開發的CPU內核。

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

多個第一帶來了哪些性能進階？

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在全球首次實現基于Cortex-A76的開發商用，與上一代相比單核性能提升75%，能效提升58%。根據華為披露的數據，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在業內首商用Mali-G76 GPU，與上一代相比性能提升46%，能效提升178%。

2017年，麒麟970的發布開創了端側人工智能的行業先河，激發端側AI的應用潛能，開啟智慧手機元年。這一次，麒麟980首次引入雙核NPU，實現業界最高端側AI算力，將支持更加豐富的AI應用場景，引領手機全面進入智慧時代。

據了解，在雙核NPU的加持下，人臉識別、物體識別、物體檢測、圖像分割、智能翻譯等AI場景，具備更佳的實時性。麒麟980實現每分鐘圖像識別4500張，識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，也是華為最擅長的技能。麒麟980在全球率先支持LTE Cat.21，支持業界最快的下行1.4Gbps速率。

還有一個第一的標簽是，麒麟980可以支持全球最快的LPDDR4X顆粒，主頻最高可達2133MHz，比業界同期水平快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、手機淘寶、京東、手機百度、高德地圖、QQ瀏覽器、愛奇藝、美團、王者榮耀等用戶高頻率打開的應用，麒麟980的啟動時間要比驍龍845平均縮短28%。

值得一提的是，麒麟980首次創新設計Kirin CPU子系統TM及Flex-Scheduling智能調度機制，帶來強勁性能的同時，實現最優能效。基于這一設計，從游戲實際體驗對比來看，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，首個完整的真正的3GPP R15 5G標準終結后，所有的終端、芯片廠商已經在快馬加鞭，布局5G手機以及5G手機芯片。

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。艾偉表示，麒麟980支持5G Ready，同時與5G基帶芯片Balong 5000相結合，提供5G手機解決方案。

艾偉表示，5G手機的推出還需要一個過程。在這之前，運營商需要進行基站設備、儀器儀表設備和終端設備之間的互通操作測試，然后進行友好用戶的商用，最后才是規模的商用。

據悉，麒麟980將在華為Mate20系列手機上首次搭載，這一全新旗艦手機將于10月16日全球發布。