技術決定未來走近這些全新的5G SoC

當前通訊產業最熱門的話題莫過于5G技術，雖然目前5G技術無論是在應用還是網絡覆蓋上都遠稱不上成熟，但完全不妨礙這一注定會影響全行業甚至全社會未來發展方向，改變人們生活方式的技術快速成長。2020年將是5G技術大規模應用的一年，這其中5G SoC的發展是決定5G技術應用普及的關鍵一環。因此在專題一開始，我們會先走近各大上游廠商為5G技術推廣而準備的這些全新產品，也許在2020年你購買的設備中，就會出現它們的身影。

5G時代在2020年終于呼嘯而至，從2019年下半年開始，市場已經涌動起5G技術普及的熱潮，消費者也迎來了越多越多相關產品，這其中包括了5G通訊環境的布設、5G相關應用以及大家更為熟悉的5G Soc和5G手機的上市等。從目前情況來看，已經推出相關移動芯片的主要廠商包括華為、高通、三星和聯發科，推出相關手機、移動設備的廠商就更多了。下面，我們將選取其中最具代表性的產品進行介紹，讓大家更清楚地了解其特質。

極速先鋒 華為麒麟990 5G

作為全球移動芯片研發實力很強的廠商之一，華為在2019年9月的發布會上帶來了集成5G基帶的5G SoC——麒麟9905G。在發布后沒多久，它就搭配全新Mate 30 Pr0 5G版本手機一起銷售了。不僅如此，麒麟990 5G還是全球首個支持SA/NSA雙模的移動芯片，因此市場關注度頗高。

首個內置5G基帶的移動芯片

麒麟990 5G是全球首個采用了集成方式布置基帶和AP單元的移動芯片，同時也是全球首個集成5G基帶的移動芯片。在產品實現上，麒麟990 5G的基帶和處理器部分集成在一顆芯片上，采用臺積電7nm工藝制造。這樣的做法在技術實現上具有一定風險，主要是基帶模塊會使用一部分模擬電路，而處理器部分則大量采用數字電路，在制造上模擬電路和數字電路需要不同的工藝和處理，這在成熟的制程工藝上處理比較容易，但是對于7nm并且采用了EUV技術制造的麒麟990 5G而言，需要冒一定風險。好在從實際產品來看，華為和制造商在這一部分的配合不錯，很好地避開了新工藝早期的“雷區”，取得了很高的晶體密度。

目前5G基帶的復雜程度同時帶來了芯片面積的增大。即使是采用最新并使用了部分EUV工藝的7nm制程，麒麟990 5G的整體芯片面積依舊超過了100mm2。不過，集成式所需要的PCB面積還是小于分離式外掛基帶，并且在熱量控制和功耗方面也有一定優勢。根據相關透視圖顯示，麒麟990 5G雖然采用集成基帶設計，但是基帶有可能依舊采用了兩部分，其中4G和以下制式的基帶位于芯片下部中央，5G基帶則被放置在芯片的右下側，和4G基帶部分存在明顯的分隔。目前這種說法尚未得到華為官方確認，但是也從一個側面反映出5G基帶設計之難。

作為一款集成基帶的產品，麒麟990 5G很難做到“大包全”，考慮到芯片規格和實際使用，華為也在基帶所支持的規格上有所取舍。比如麒麟990 5G的基帶在5G方面只支持厘米波，也就是Sub-6GHz規格，不支持毫米波模式，因此其最高下載速度為2.3Gbps，上傳速度為1.25Gbps。在5G網絡的模式方面，麒麟990 5G也是首個支持雙模SA/NSA（獨立組網/非獨立組網）的5G SoC。

達芬奇NPU登場 華為自研架構浮出水面

除了基帶部分引發了關注外，麒麟990 5G在其他地方的設計也頗為引人注目。在CPU架構方面，華為選擇的是經過自己優化改進后的Cortex-A76搭配Cortex-A55，架構采用的是華為之前在麒麟980上就已經使用過的“2+2+4”模式，也就是將處理器核心分為三組，其中兩個基于Cortex-A76架構的高性能核心運行頻率可達2.86GHz，剩余兩個基于Cortex-A76架構的中等性能、高效率核心的運行頻率為2.36GHz，4個基于Cortex-A55設計的節能小核心運行最高為1.95GHz。GPU方面，華為選擇了ARM的Mali-G76 MP16，運行頻率為750MHz，這也是有史以來華為采用的規模最大、性能最強的GPU模組。

除了CPU和GPU外，麒麟990 5G的最大技術亮點在于其AI計算能力得到了大幅度加強。麒麟990 5G在NPU也就是神經處理單元上采用了自研的全新達芬奇架構，華為宣稱其整體性能相比業界其他類似核心高出6倍以上，除了NPU大核心外，華為還在內部設計了一個NPU微核，用于那些對性能要求不高但需要AI加速的場合，以提高整個處理器的能耗比。為了更好地利用NPU，華為在軟件上也下了很多功夫，新NPU支持超過300個AI算子，支持90%的開源模型，軟硬件雙加速，整體效率不錯。實際測試顯示，麒麟990 5G借助強大的AI計算能力，能夠實現視頻動態畫面人物和背景實時剝離并替換處理的工作，這在之前的產品上是難以實現的。

總的來說，麒麟990 5G作為最早上市的5G SoC，其整體設計和取舍都比較恰當，雖然在CPU架構上沒有使用最新版本，但是總體性能依舊可圈可點。尤其是集成5G基帶的設計，帶來了較小的芯片面積，也使得應用它的移動設備能有比較寬裕的空間布置其他硬件，值得稱贊。

搶占5G高地 三星Exynos 980

作為全球移動處理器、通訊設備的巨頭之一，三星也在5G時代頻頻發力，希望加強自己在移動計算市場的地位。在2019年9月，三星就宣布了全新Exynos 980，不過這次屬于紙面發布。直到2019年最后兩個月，才陸續有采用Exynos 980的手機新品上市，像是近期發布的vivo X30系列手機就是采用Exynos 980，提供對5G支持的代表機型之一。

實用至上 Exynos 980定位中端

在Exynos 980發布時，三星曾宣稱其為全球首款采用全新Cortex-A77架構的移動芯片。從整體設計來看，Exynos 980采用了“2+6”的架構，其中兩個大核心為Cortex-A77架構，六個小核心采用的是Cortex-A55架構，大核心最高頻率為2.2GHz，小核心最高頻率為1.8GHz，較低的頻率使得這個處理器性能受到一定限制。此外從目前移動芯片的定位來看，一般類似“2+6”的八核方案多用于主流機型，高端機型大多采用“4+4”或者“2+2+4”的方案。工藝方面，Exynos 980采用的是三星8nm LPP工藝，應該是10nm工藝的深入改進版本，與其定位相符。

在大核心方面，Exynos 980采用的Cortex-A77是ARM在2019年全新發布的高端CPU核心設計方案，相比上代Cortex-A76，Gortex-A77的特點在于性能進一步提升、功托控制也更為出色。本刊曾在之前的文章中詳細介紹過Cortex-A77的架構細節，其主要特點包括前端架構改為6發射設計，分支預測能力加倍，更寬的指令解碼/重命名/分配單元，解碼器寬度增加50%，全新的整數ALU管道和改進的加載/存儲隊列等。后端方面整數執行端增加了第二個分支端口，還添加了2個額外的專用存儲端口，指令排隊容量增加了25%，添加了新的額外預取單元，增加了系統預取感知功能等。這些改進使得Cortex-A77的IPC增加了20%～35%，整體性能得到提升。

在應用Cortex-A77全新架構之后，Exynos 980的整體性能和每瓦特性能都有了巨大提升，尤其是考慮到三星上一代中端主力Exynos 9610依舊使用比較老舊的Cortex-A73架構，這樣的性能提升幅度就更為顯著了。

除了CPU架構外，三星的GPU架構采用的是比較成熟的Mali-G76 MP5，由于這款處理器定位主流市場，因此三星沒有在規模上做更大的擴張，只是維持了五模塊設計。值得一提的是，三星也為這款主流移動芯片加入了NPU，宣稱其計算性能超過5T，可以滿足目前主流移動設備對AI計算的需求。

集成5G基帶 三星也瘋狂

作為一款定位主流市場的移動芯片，Exynos 980面對的產品對成本控制要求是比較嚴格的，集成基帶設計能較好地達到這一目標。三星Exynos 980是全球首款正式宣布采用集成5G基帶的移動芯片（雖然其實際上市時間比較晚）。

根據三星提供的數據，Exynos 980的5G基帶最高可實現2.55Gbps的數據通信下載速度，不過這個數值出現后在業內引發了一些爭議，因為從計算角度來說，在3GPP R-15規范下，100MHz帶寬實現的理論下載速度不高于2.3Gbps，但是采用類似規格的Exynos 980宣稱速度可達2.55Gbps，因此招來其他廠商的質疑，但是三星官方沒有進行任何回應。上傳速度方面，Exynos 980最高可達1.28Gbps。另外，Exynos 980全面兼容2G、3G和4G規范，4G網絡的最高下行速度為1Gbps，上行速度為200Mbps。另外在無線規格上，它還提供了對Wi-Fi6的支持。

Exynos 980的5G基帶也能同時支持SA和NSA雙模式，這幾乎已經成為2020年5G相關產品的標配規格。在毫米波規格方面，Exynos 980并不支持毫米波。從目前已有的產品來看，凡是集成基帶的產品，都沒有提供對毫米波技術的支持。當然，考慮到Exynos 980的定位，這樣的做法無疑是合適的，再考慮毫米波在5G市場上的布局，就顯得更為順理成章了。

總的來看，三星Exynos 980是一款非常有競爭力的主流5GSoC，在華為和高通都在搶先高端5G SoC的時候，三星提前布局推出了這樣一款定位非常巧妙的產品，瞄準了銷量最大、用戶群最多的主流市場，顯示出三星對5G行業獨特的理解和巧妙的定位。畢竟相比高通和華為，三星在移動芯片方面要弱勢一些，這次5G大潮來臨，三星率先切入主流市場，不失為一個好的競爭手段。

出手即稱王 高通全面布局5G市場

作為移動計算時代的王者，高通在5G SoC上的布局似乎不緊不慢。此前高通只發布了一款5G基帶芯片驍龍X50，隨后就沒有太多有關5G產品的聲音。不過在2019年底，高通正式發布了全新驍龍865和與之搭配的驍龍X55基帶，加上定位中端的驍龍765/765G移動芯片。由于高通此次發布的時間較近，因此在本期“應用與技術”欄目中，我們也將對其新品進行詳細解析，故本文僅選取重點部分介紹。

性能強悍 驍龍865延續高通優勢

高通在驍龍865上采用了基帶和處理器分離的方法，與之相配的5G通訊基帶是驍龍X55。架構方面，高通此次采用了ARM公版方案，但經過了一定優化并將其命名為Kryo 585。CPU部分采用的是“1+3+4”方案，也就是1個高性能核心搭配3個高效率核心，再搭配4個低功耗核心組成整個處理器部分，其中高性能核心的頻率高達2.84GHz，架構采用的是最新的Cortex-A77，高效率核心同樣采用了Cortex-A77，但是頻率降低至2.42GHz。低功耗核心則是Cortex-A55，頻率為1.8GHz。緩存方面，驍龍865大中小核心分別有獨立的512KB、256KB和128KB二級緩存，所有核心共享4MB三級緩存，此外，高通為整個芯片系統加入了3MB共享緩存，由CPU、GPU、NPU、ISP等不同部件共享，能夠顯著提升AI、ISP等應用的效能。

GPU方面，驍龍865采用了主頻為587MHz的Adreno 650，性能相比之前的產品提升25%。Adreno 650支持桌面級正向渲染，這使得游戲開發人員在移動設備上引入桌面級游戲的特效成為可能，包括多重光照、景深處理、平面反射甚至動態模糊等。它還支持10bit HDR，能夠配合顯示設備實現更高精度和更逼真的畫面效果。另外，高通也借助新GPU首次在移動設備上實現了144Hz刷新，能夠在部分高速畫面中帶來更好的效果。

驍龍865在AI計算方面也進行了大幅加強。全新的Hexagon698 DSP引入了張量加速單元，支持8位和16位整數加速，能效比大幅度提升了35%，并且還支持全新的深度學習帶寬壓縮，能夠大幅度節約內存帶寬。此外，GPU部分也可以進行混合精度AI加速計算。ISP部分，新的Spectra 480 CV-ISP性能提升至每秒處理20億像素，是上代的4倍，支持8K@30Hz視頻拍攝、4K HDR10bit拍攝、4K@120Hz視頻拍攝以及4K慢動作視頻拍攝等。后處理方面加入了新的EVA分析引擎，HEIF格式的圖片可以加入深度信息，用于后期改變對焦、重置畫面等。

最強5G基帶處理器之一 X55基帶

本次高通在驍龍865設計上采用了基帶和應用處理器分離的設計，并沒有像之前數代處理器那樣進行集成融合。與之搭配的驍龍X55基帶是全球首款商用的從基帶到天線完整的5G解決方案，其最高下載速度可達7.5Gbps（毫米波狀態，實際Sub-6G連接時下傳性能為2.3Gbps），最高上傳速度為3Gbps，是全球目前性能最強、規格最全面的5G基帶芯片之一。其主要特性包括支持全球所有關鍵地區的主要5G頻段、支持毫米波通訊、支持6GHz以下的TDD和FDD頻段，并且還帶來了對NSA和SA兩種模式的支持以及動態頻譜共享、多SIM卡等技術。此外，驍龍X55還提供了對WiFi-6、藍牙5.1技術的支持。另外在節能方面，驍龍X55帶來了5G節能通訊技術、智能傳輸技術以及信號增強技術等一攬子輔助通訊技術，在很大程度上提高了芯片的易用性。

集成5G基帶 高通驍龍765系列瞄準主流市場

除了在旗艦產品上布局，高通也推出了針對主流市場的驍龍765/765G。可不要小看它們，這兩款定位中端的產品其實在工藝、基帶集成等方面有著不少值得我們關注的地方。

在5G方面，驍龍765/765G與“大哥”驍龍865最大的不同在于它們采用了集成5G基帶的方式，而后者是分離式設計。這也讓驍龍765/765G成為高通首個原生集成5G基帶的移動芯片。驍龍765/765G集成的是高通第二代5G基帶驍龍X52。在大家最關注的5G速度上，其5G下最高下載、上傳速度分別可達3.7Gbps、1.6Gbps，4G下最高的下載、上傳速度則是1.2Gbps、210Mbps。驍龍X52和驍龍X55一樣，也支持5G PowerSave、SmartTransmit、Signal Boost、寬帶包絡追蹤等一系列5G技術。同樣的，驍龍X52也支持所有關鍵地區和主要頻段，包括5G毫米波和6GHz以下頻段、SA和NSA組網模式、TDD和FDD、動態頻譜共享（DSS）、全球5G漫游、多SIM卡等，基本上就相當于一個低速版的驍龍X55。

不只是5G，驍龍765/765G在其他方面也進行了同步升級。驍龍765/765G采用三星7nm EUV工藝制造，采用全新的八核Kryo 475處理器，“1+1+6”的架構。配置1顆2.4GHz的超級大核，1顆2.2GHz的性能核心，6顆1.8GHz效率核心。GPU部分則采用全新的Adreno 620，得益于和驍龍865相同的架構，以驍龍765G為例，它相較驍龍730的圖形運算性能提升接近40%。在曼哈頓3.0離屏測試中，驍龍765G比驍龍730提升38%。在曼哈頓3.1離屏測試中，提升則達到35%。而在負載更大的Car Chase離屏測試中，驍龍765G提升34%。這里就要提到驍龍765和765G的不同。驍龍765G是基于驍龍765打造，“G”意味著Gaming，是驍龍7系列的高性能版本。總體來說，驍龍765G不僅擁有強大的5G和AI特性，游戲性能也更強。從頻率來看，驍龍765的CPU頻率最高2.3GHz，驍龍765G提高到2.4GHz。其AI性能高達每秒5.5萬億次運算（5.5 TOPS），在增強的Adreno GPU的支持下圖形渲染速度提升達10%。

驍龍765/765G都擁有第五代AI引擎，Hexagon張量加速器的速度是前代的2倍，顯示方面支持120Hz刷新率，內存支持雙通道LPDDR4X-2133，最大容量8GB，快充支持QC4+/QC AI，衛星定位導航支持北斗。而在拍照部分，它們能支持長焦、廣角、超廣角鏡頭，可以拍攝1.92億像素照片，錄制超過10億色4K HDR視頻以及720/480fps慢動作視頻。另外它們可搭配FastConnect 6200無線模塊，支持Wi-Fi 6、藍牙5.0，前者支持2.4/5GHz雙頻、最高80MHz通道、MU-MIMO、WPA3，后者支持TrueWireless、aptX Adaptive。

如果說驍龍865是高通負責向外“秀肌肉”，拉高整個行業上限的產品，那么驍龍765/765G則是高通為了全面推廣5G技術而誕生的產物，相信未來會有更多消費者使用到采用這兩款移動芯片的手機。

5G時代翻身之作 聯發科天璣1000

作為2G、3G時代的霸主和4G時代的重要廠商，聯發科的產品一直以高性價比受到關注。在5G時代，聯發科似乎不再滿足于以高性價比的形態出現在用戶和市場面前，而是希望在5G元年拿出全新的創意產品，搶占高端市場。最終，我們看到了這款名為天璣1000的產品。從它的命名方式來看，天璣系列已經完全不同于聯發科在4G時代規劃的Helio曦力系列。而首款產品的規格和性能，也使得聯發科更有底氣在5G時代收獲一個開門紅。

下載高達4.7Gbps 集成5G基帶的最強音

聯發科天璣1000目前引起市場關注的主要原因是，它是一顆采用了高端處理器架構，并且還集成了5G基帶的移動芯片。相比之下，華為麒麟990 5G的處理器架構僅為Cortex-A76，高通驍龍865沒有集成基帶，三星雖然集成了基帶但整體產品定位中端。在天璣1000上，聯發科實現了高端CPU、GPU架構搭配5G集成基帶，堪稱目前市場上集成5G基帶移動芯片的最強音。

在天璣1000集成的5G基帶方面，聯發科采用了獨特的設計方案，無論是基帶面積還是能耗比，它相比目前市場主流方案都更小、更節能。根據聯發科提供的數據顯示，天璣1000的5G基帶在功耗上相比競爭對手降低了49%，而性能卻提升了2倍。另外，天璣1000的5G基帶同時提供了對SA和NSA的雙模式支持，這也是目前主流的方案之一。速度方面，天璣1000的5G基帶最高下載速度可達4.7Gbps，最快上傳速度則為2.3Gbps。尤其值得一提的是，這樣的速度是在不支持毫米波方案，僅僅支持Sub-6GHz的情況下取得的，參考之前華為在5G基帶上的設計，聯發科可能提供了更大的頻率帶寬，才使得基帶在Sub-6GHz下的理論最大下載速度翻倍。

除了5G功能外，天璣1000的基帶還提供了2G到4G的全頻段支持，并且能夠滿足5G+5G的雙卡雙待設計需求，這也是全球目前唯一一款能夠同時支持雙卡5G的移動芯片。特色技術方面，天璣1000支持5G雙載波聚合，支持Wi-Fi 6和藍牙5.1技術，整體連接性方面也位于業界前列，令人期待。

Cortex-A77+Mali-G77 天璣1000性能強悍

前文曾提到，作為一款集成了基帶的移動芯片，天璣1000采用了目前最強大的Cortex-A77架構的確是比較出人意料的，更令人驚訝的是，聯發科采用的“4+4”方案配置，4個Cortex-A77大核心均可以運行在最高2.6GHz的頻率下，再搭配4個最高2.0GHz的Cortex-A55，帶來了強大的性能。聯發科宣稱新的處理器相比之前的Cortex-A76，性能提高大約在20%，已經達到了業界頂尖水平。

除了CPU外，天璣1000的GPU配置也非常出色。天璣1000的GPU使用了ARM最新的Mali-G77方案，并且搭配了9個Mali-G77核心組成了集群，GPU頻率也高達836MHz，相比上代Mali-G76的產品提升了40%。聯發科宣稱，這樣雙“77”的配置，在安兔兔測試中能夠輕松跑出超過51萬分的成績，整體性能相當出色。

在擁有了強大CPU和GPU之后，聯發科還為天璣1000帶來了不少全新的技術。在AI技術方面，天璣1000引入了聯發科最新的APU 3.0，實現了相比之前APU 2.0版本高達2.5倍的性能提升和40%的能耗比提升。天璣1000中的APU 3.0的AI計算能力為4.5Tops，蘇黎世AI測試成績為56158分，支持的應用范圍包括人臉識別、自動對焦、曝光處理、白平衡AI識別，智能降噪、HDR處理、多幀曝光的4K HDR視頻合成等。在AI計算能力更為充裕之后，各大廠商都在積極將AI引入更多的功能，以加強整個系統的性能和使用體驗，這也是未來AI發展的重要方向。工藝方面，由于天璣1000處理器規模較大，再加上集成了基帶，因此聯發科選擇了臺積電成熟的7nm工藝制造。

總的來看，天璣1000堪稱聯發科帶給用戶和業界的“驚喜”。無論是其強大的CPU、GPU、APU等性能模塊，還是內置的5G基帶模塊，都彰顯著天璣1000的強悍實力。沉寂許久的聯發科，在5G時代的“第一槍”，還是相當令人期待的。

2020年的5G，又有什么不一樣？

5G技術從規劃到落地，經歷了多年的籌謀。2019年，5G技術開始嶄露頭角，人們將其看成5G商用技術出現的首年，而2020年，應該是5G技術大規模應用的元年。無論是蘋果，還是三星、高通、華為、聯發科等廠商，都看到了5G的魅力、能力和強大的市場號召力，從其推出的各具特色的5G SoC不難看出，他們希望在這個變革前夜，在龐大的5G市場成熟發展起來之前先占據有利的“地形”，搶占市場的先機。從這一點來看，2020年的5G市場，應該會有更多更成熟的產業形態出現。比如更穩定、更廣泛的連接，更強大的設備和更多利用5G優勢而誕生的創新產業。現在所有的爭論，無論是SA/NSA還是毫米波支持與否、集成和外掛基帶的設計等，都將在5G快速發展和迭代的大潮下，逐漸被眾人遺忘。如果說3G到來之前，全行業更多的是懵懂;4G到來之前是摩拳擦掌的熱情;那么5G的來臨，帶給人們的是一個充滿想象的、無限可能的未來。2020年的5G，可能是一切的開端，也是不一樣體驗的開始。