华为Kirin 960震惊对手的几种武器

说到华为，不同的人会有不同的评价，但有几点我们是可以确认的：华为是中国乃至全球最有影响力的通信设备供应商；中国数一数二的手机制造商；中国集成电路设计领域的领头羊。其实细看，这三点是相互相成的，尤为突出的是在集成电路方面的投入和收获，在华为打造通信设备和移动设备的领先地位过程中功不可没。

在这里，我想谈谈华为麒麟芯片，因为可是说正是它的出现，帮助华为移动终端走进了高端市场，并拉开了和国内某些友商的差距。从某种程度上华为麒麟的面世改变了全球手机处理器SoC 的格局。日前，华为麒麟团队向公众公开了麒麟系列新一代旗舰Kirin 960 的技术参数，将华为麒麟系列推到了一个新的高度。

从难以望其项背到并驾齐驱，甚至反超

从2008 年推出K3V2 以来，华为的手机SoC 一直受到这样那样的质疑，但经过一代代的产品迭代，现在华为的Kirin 960 在和对手的竞争中从一开始的难以望其项背走到了现在的并驾齐驱，甚至反超，这对于华为，对于中国集成电路来说，是一种激励。

我们不妨来看一下华为是怎样从性能上跟上的。关于这个新SoC 的参数介绍，我在早前的文章《 华为Kirin 960 正式亮相，GPU 性能飙升 》中有了详细介绍，在这里我就不一一列出，在这里，我只是想从我的个人理解的角度谈一下Kirin 960 的那些硬提升。

Kirin960 架构图

从上图我们可以看到Kirin 960 的详细配置，下面我会从每个更新的模块来介绍一下：

CPU ：性能提升，功耗降低

Krin 960 采用的是4 个大核Cortex A73+ 四个小核A53 的Big ·Little 架构，和上一代Kirin955 对比，只是大核由A72 升级为A73 ，小核依旧还是A53 ，而不是去年年底发布的，功耗更低的A35 。考虑到研发周期和现在发布的时间节点，华为没有用A35 也是意料之中。

回到大核方面。根据ARM 官方介绍，Cortex A73 是由其法国团队设计，与奥斯丁团队设计的前代A72 相比，前者在Bbench 跑分方面的表现较后者提升了10% ，能显著提升移动设备使用者的体验，而在NEON 方面，则有了5% 的提升，在Memory 方面，其吞吐量的提升也将其性能提高了15% 。

根据外媒的报道，新架构的提升可能重点体现在体积上。较之A72 ，A73 的物理课实现设计尺寸可降低25% 。这样的话在同等花费的情况下能提高芯片性能的提升。另外新架构在提升10% 性能的同时，和A72 在相同时钟频率的情况下能够降低20% 的功耗。这对于Kirin 960 来说，是用新架构的最大一个收益。

其实，按照ARM 官方的介绍，10nm 工艺的A73 和16nm 的A72 相比，性能会提升30% ，功耗会降低30% 。但Kirin 960 目前的生产工艺是16nm ，性能的提升没有达到最大值。但在实际测试中，其CPU 能效提升了15% ，不仅跑得更快，而且在高性能状态下更加持久。在和目前的旗舰对手相比中，Kirin 960 在多核的跑分数据是领先于所有竞争对手的，在单核的情况下，则领先于除苹果A10 外的所有竞争对手，多于国产芯片厂商来说，这无疑是一个鼓舞。

GPU ：用上最新的G71

在GPU 方面，Kirin 960 毫无意外的用了ARM 新一代架构Mali-G71 MP8 GPU ，相较于上一代旗舰的Mali-T880MP4，Kirin960的图像处理器性能提升了180%，同时，GPU能效也提升20%。

其实，自从华为在其K3V2 上用了Vivante GC4000 16 核显示核心，后者对诸多应用和游戏的不兼容给几款使用这个AP 的华为手机带来了不少的差评。而后续在Kirin92X 系列和Kirin 930 华为都是采用了ARM Mali-T 628 MP4 GPU ，这款GPU 整体性能其实也不甚理想。于是很多爱之深恨之切的消费者给华为麒麟冠上了“祖传GPU ”的称号。

而到了Kirin 950 ，Kirin955 之后，华为上到Mali-T880MP4，到现在第一个商用Mali G71MP8GPU的Kirin 960，华为麒麟真正补上了GPU这个短板。

回顾一下Mali 系列GPU 的发展历程，从2012 年的Midgard 架构开始，ARM 一直用T 系列来命名，但在2016 年的全新架构Bifrost 上，ARM 在其第一款产品G71 就改变了其命名的方式，ARM 官方没有介绍，我们也无从考究，这也不重要，重点是探讨一下Bifrost 架构给G71 带来的性能提升。

据介绍，ARM 公司的第三代GPU 架构Bifrost 主要针对3 大方向做了改良，分别是借助Claused Shaders 技术，以及基于查表索引的向量着色架构与Wire Light 管线设计所带来的能源效率（Energy Efficiency ）提升。

ARM 官方表示，新架构能将图形性能提升50% ，并将功耗效率提高20% 。和前代GPU 相比，每平方毫米的性能会提升40% 。而配合新汇流排架构与改良的材质压缩技术，Mali-G71 的频宽表现也提升了20% 。

这个GPU 集成在Kirin 960 上也获得了不错的效果，根据实际跑分结果，Kirin 960 的GPU 也是仅仅逊于苹果A10 的旗舰SoC 。

其实华为采用G71, 除了为了提升GPU 性能外，对于未来的布局也是一个很重要的出发点。华为相关人员透露，Kirin 960 的使用周期会比较长，而在接下来的一段时间内，VR 等应用会快速崛起，而G71 在VR 方面也有很强劲的支持，这就让华为在这波竞争中不落下风。

从ARM 官方文档看来，G71 支持120Hz 的刷新频率和4K 分辨率，这对于VR 来说是非常重要的。同时G71 针对新一代Vulkan 接口做了优化，这对于提升新一代设备的游戏性能非常重要。所以说华为在Kirin 960 GPU 方面的表现，不逊于其他潜在的任何竞争对手。

UFS 2.1 ：让速度更快

在谈UFS 之前，我们先要说一下另一个概念——eMMC 。

话说在UFS 出来之前，eMMC 内嵌式存储在移动设备端拥有不能动摇的地位，这种由MMCA 协会所订立的内嵌式存储标准规格，主要是针对手机产品为主，简化存储的设计，采用多芯片封装(MCP) 将NAND Flash 芯片和控芯片包成一颗芯片，可以省去元器件占用电路板的面积，加快产品上市时间。在刚推出那几年，eMMC 保持极高的增长率，但发展到emmc 5.1 以后，受限于其使用的8 位并行界面的特性，emmc 的潜力已经基本到顶了。

在这个时候，UFS 横空出世。而华为也在Kirin 960 支持了UFS2.1 。这对华为麒麟来说是非常有意义的。至于原因，我会在后面说明。

回到UFS2.1 上面来。

2011 年电子设备工程联合委员会（简称JEDEC ）发布了第一代通用闪存存储（Universal Flash Storage ，简称UFS ）标准，即UFS 2.0 的前身。希望能够替代eMMC ，可惜事与愿违，第一代的UFS 并不受欢迎，因为相对于不断更新换代的eMMC 它似乎并没有什么优势。

UFS 2.0 的闪存规格则采用了新的标准，它使用的是串行界面，很像PATA 、SATA 的转换。并且它支持全双工运行，可同时读写操作，还支持指令队列。相比之下，eMMC 是半双工，读写必须分开执行，指令也是打包的，在速度上就已经是略逊一筹了。而且UFS 芯片不仅传输速度快，功耗也要比eMMC 5.0 低一半，可以说是日后旗舰手机闪存的理想搭配。

从上图看到，UFS 的速度较之eMMC 也的确有明显的优势。2013 年9 月，JEDEC 发布了UFS 2.0 的新一代闪存存储标准，UFS 2.0 闪存读写速度理论上可以达到1400MB/s ，高通骁龙820 和三星猎户座8890 用的都是只是支持UFS2.0 闪存。

在今年三月，JEDEC 又发布了UFS 2.1 。它是UFS 2.0 的迭代版，对早期的版本进行了部分改进，进一步强化它的优势。相较于之前的版本，UFS2.1 多了几项功能，其中包括了提供在线式加密运作以提升安全性，并以更好的主机控制界面流程和错误处理机制优化储存设备的存取效能，而在线式加密功能使用主机端可用资源来执行加密，让所有资料路径都受到保护并降低系统成本等特点。

当中最重要的一点是其数据读取速度将飙至1.5G/s ，也就是目前UFS 2.0 的两倍。Kirin 950 对其的支持，在未来的高清视频拍摄等方面相信能给华为即将发布的mate 9 加持。而在实际的测试中，Kirin 960 在和现有的旗舰芯片相比，也是很具竞争力的。

在这一节开头，我说到Kirin 960 支持UFS2.1 是很有意义的，但没有解析原因，在这里我说明一下。这其实也是华为麒麟的一段“黑历史”。在Kirin 950 之前，在其他竞争对手都支持eMMC 5.0 或者UFS 的时候，华为还在使用eMMC  4.5 ，读取速度的落后，让消费者一直很介怀。但这从Kirin 950 之后就改变了，在Kirin 960 方面，华为更是跑在了其他竞争对手的前面。

Vulkan ：首次商用释放运算能力的新标准

坦白说，在今天之前，我对Vulkan 的了解是一知半解的。只知道它是类似OpenGL 和DirectX12 的绘图API ，不一样的是Vulkan 是目前看来唯一一个跨越全平台的API 。

华为的Fellow 艾伟也表示，在过去二十年的接口发展历程，也正是多得Vulkan 的出现，才真正释放了GPU 的性能。根据艾伟的观点，以前的图像渲染，GPU 的使用率是不够高的，而Vulkan 的出现，能够降低驱动过载，减少CPU 工作负载，让使其有余力承担额外的运算或是渲染工作，同时也能充分发挥多核CPU/GPU 的并行计算能力。这是有别于OpenGL 的的Driver 的方式。

艾伟表示，这个基于Android Nougat 版本的Vulkan 解决方案，使8 核GPU 的性能得以充分释放。

而Vulkan 的开发团队负责人Neil Trevett 也表示，Vulkan 可以使开发者通过硬件抽象层充分挖掘GPU 的能力。透过这一层，你可以把GPU 视为有一个内部充斥着大量交换机和表盘的大型机器。这个API 就是可调整这些交换机的函数工具。它能关注GPU 的运行，确保所有的交换机和表盘能够正确渲染呈现在屏幕上。”

还是回到VR 的这个问题上，Vulkan 的卖点是降低硬件消耗，对于提高体验图像的速度和降低延时有很大的帮助。同时由于其驱动运行步骤的减少，能够降低GPU 的发热，还能减轻电池的压力，这对于华为来说，又是一个走在行业前头的竞争点。

搭配全网通和四载波聚合

这又是另一大突破，在上一代的Kirin 955 上，受限于高通CDMA 专利的限制，还有开发进程的影响，当时的华为手机想实现全网通，都是通过外挂威盛的CDMA 基带实现的。

而在Kirin 960 上集成全新自研全模Modem ，支持四载波聚合（4CC CA ）或者双载波聚合+4 流（2CC CA+4*4 MIMO ），峰值下载速率高达600Mbps ，上网速率更快，网络信号更好；支持全网通、全球双卡无缝漫游，是真正可以走遍全球的通信解决方案。

至于这个CDMA 是通过高通授权或者是怎样的方式实现的，华为没有提及。但是相信华为通信方面积攒的丰富专利，对于其开拓全网通的Kirin 960 是有很大帮助的。

另外，我们还需要重点说一下，Kirin960 的对四载波聚合的支持。在这里，我先介绍一下载波的概念。

从LTE 到LTE-Advanced 演进过程中，更宽频谱的需求是影响演进的最重要因素，为此3GPP 标准提出了载波聚合技术。

简单地说，它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足LTE 、LTE-Advanced 系统频谱兼容性的要求，不仅能加速标准化进程，还能最大限度地利用现有LTE 设备和频谱资源。

得益于更宽的频谱，载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升，以及延迟的降低，比如高通、中国移动的试验。

同时，载波聚合还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。

打个比方，载波聚合就好比“黏合剂”，将零散的频谱粘在一起，提供更快速率。

据艾伟介绍，华为麒麟的这颗全新旗舰支持4CC CA 或者2CC CA+4×4 MIMO ，峰值下载速度达到600Mbps 。

另外，麒麟960 芯片通信规格升级到Cat.12/Cat.13 ，首次支持DL 4CC/DL 2CC+4*4 MIMO ，峰值下载速率达到600Mbps 。与3CC 相比，4CC 具有更强的载波聚合能力，能够带来更高的下载速率，获取信号的能力更强。这意味着，用户可以在更广的信号覆盖范围内，感受更高的移动峰值速率，充分地享受移动上网的乐趣。

在这方面，Kirin 960 在和骁龙821与Exynos8893的对飙中时不落下风的。

至于在ISP、音频、VoLTE、安全和总线更新成CCI-550等多方面的更新支持，更是体现了华为的诚意和研发实力。

其中自研的ISP和音频解决方案Hi6403，让Kirin 960较前代有了大的提升，能够满足未来双摄和更高音频体验的需求；协处理i6也和苹果的M系列处理器一样，改变了处理器的使用方式，降低功耗。

重中之重的安全

值得重点提一下的是Kirin 960在安全的重视。华为通过将安全模块封装在Die和Memory之间，有效的保证了设备的安全，这是业界首个这样做的，也走在了所有竞争对手的前面。

这种inSE方案也获得了中金国盛和银联双重芯片安全认证。

关于大家热议问题的一些回应

（1） 关于Kirin 一直使用ARM 公版做设计的问题

业内很多人都有这样的想法，那就是为什么华为没有和其他竞争对手一样自研架构，而不是使用ARM 公版。

但根据华为Fellow 艾伟的回复，他认为华为做这个考虑是基于投资收益比来做衡量的。他指出，如果花费了巨大的人力和财力做自研架构，将处理器的性能较之公版提升了10% ，这样的投资回报是不够推动华为去做这样的事情的。基于这样的考虑，所以华为一直坚持使用ARM 公版做Kirin 系列的设计。

（2） 华为麒麟系列是否会向别的手机终端销售的问题

关于这个问题，艾伟表示，华为做麒麟系列的初衷是为了打造自己的生态链，缔造自己的自主可控高端产品。目前来说，华为麒麟还是会专注于服务好华为终端。

艾伟还提到，华为终端也不会只使用华为麒麟的芯片，他们会根据客户和市场需求，选择其他芯片供应商，实现价值最大化。

（3） 关于全网通中CDMA 专利和相关的问题

艾伟指出，因为传统的CDMA 标准由比较少的厂商在做，有些标准的相关规定不是很清楚，华为本身也投入了几百个人在当中投入开发。

而关于专利方面，由于华为本身和行业内的其他厂商建立了很紧密的合作关系，在专利方面也相互授权，因此Kirin 960 在CDMA 专利上并不会有什么值得担忧的。

从小编的角度看来，华为在960 上面避免了外挂威盛那个55nm 的CMDA 基带，除了在功耗上有了很大的改善以外，在手机的设计上面，应该也多了很大的灵活性，这就给手机的外形增加了很大的操作空间，因此在华为的新一代旗舰Mate 9 上，相信我们能看到大的改变。

总结：

毫无疑问，在这一代的麒麟芯片上面，我们看到了华为的巨大进步，以前被诟病的种种问题也被一一解决。与国内外先进厂商的差距也从难以望其项背到现在的并驾齐驱，甚至在某些性能上还实现了反超，也获得了国内外媒体的赞赏，这是对华为的肯定，是对中国集成电路产业的，也是对中国工程师的肯定。

【关于转载】：转载仅限全文转载并完整保留文章标题及内容，不得删改、添加内容绕开原创保护，且文章开头必须注明：转自“半导体行业观察icbank”微信公众号。谢谢合作！

【关于投稿】：欢迎半导体精英投稿，一经录用将署名刊登，红包重谢！来稿邮件请在标题标明“投稿”，并在稿件中注明姓名、电话、单位和职务。欢迎添加我的个人微信号MooreRen001或发邮件到 jyzhang@moore.ren

点击阅读原文加入摩尔精英