中国的全球首款7nm芯片是怎样炼成的？

逄丹

5天前，德国柏林IFA展，华为消费者业务CEO余承东带来了华为新一代人工智能手机芯片麒麟980，亮出多个“首款”标签，诸如全球首发7nm制程手机芯片、全球首款Cortex-A76 Based CPU和全球首款双核NPU等等。

这一只给“自家用”的麒麟芯片，一经发布，便引起重磅关注。5天后，华为在上海举办媒体沟通会，进一步阐释了麒麟980的强悍性能和其背后的故事。

“麒麟980是当前用户能够买到的最高性能处理器。”面对着下周即将发布的苹果A12处理器以及三个月后的高通骁龙855，华为Fellow艾伟对麒麟980的定义坦诚和率真。

那么，这款自带多个第一光环的芯片，是如何诞生的呢？

丢掉了5000多块电路板

从2015年开始，华为着手进行7nm工艺研究，2016年实现了定制特殊基础单元，构建高可靠性IP，2017年开始SoC工程化验证，2018年，麒麟980正式面世并大规模量产。

艾伟讲道，麒麟980的诞生历经了36个月的研究与开发，1000余名半导体设计与工艺专家参与其中，经历了两次大版本的迭代，扔掉了5000余块工程验证开发板。

他进一步阐释道，2017年，开始SoC工程化验证工作后，不管是工艺的变化还是各种功能元件的加入，麒麟980只有一次修改的机会，这次机会必须把所有的问题解决掉。

“很多人问我，在这个过程中遇到的最大挑战是什么？”艾伟表示，“最大的挑战不是一个挑战，可能是1000个挑战。更是三年前我们定义了量产计划，今天能否实现？能否向用户交代？”哪怕只有一个技术不成熟，要等到年底量产都是大问题。

艾伟透露，为了7nm制程，华为研发投资远远超过了3亿美元。

遵循摩尔定律，守住原有尺寸

虽然摩尔定律没有失效，但不容忽视的事实是，在相同尺寸的电路板上集成更多数量的晶体管变得越来越困难。

艾伟讲道，克服重重挑战，麒麟980在集成了69亿个晶体管的基础上，守住了原有芯片尺寸，仅相当于1分钱硬币大小。“这是一件很难的事情。”艾伟说。

在这一分钱硬币大小的SoC上，华为没有压缩电池芯片的空间，还给摄像头芯片留出了更大的空间。同时还放进去了首款基于Cortex-A76开发的CPU内核。

华为披露，在不到1平方厘米面积内集成69亿晶体管，放入更强劲的CPU、GPU、DDR、更智慧的NPU、更领先ISP、更快速的Modem。

多个第一带来了哪些性能进阶？

制程方面，麒麟980全球首商用TSMC 7nm制造工艺。与10nm工艺相比，7nm工艺性能提升20%，能效提升40%，晶体管密度提升了1.6倍。

CPU方面，麒麟980在全球首次实现基于Cortex-A76的开发商用，与上一代相比单核性能提升75%，能效提升58%。根据华为披露的数据，和高通骁龙845对比，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在业内首商用Mali-G76 GPU，与上一代相比性能提升46%，能效提升178%。

2017年，麒麟970的发布开创了端侧人工智能的行业先河，激发端侧AI的应用潜能，开启智慧手机元年。这一次，麒麟980首次引入双核NPU，实现业界最高端侧AI算力，将支持更加丰富的AI应用场景，引领手机全面进入智慧时代。

据了解，在双核NPU的加持下，人脸识别、物体识别、物体检测、图像分割、智能翻译等AI场景，具备更佳的实时性。麒麟980实现每分钟图像识别4500张，识别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领，也是华为最擅长的技能。麒麟980在全球率先支持LTE Cat.21，支持业界最快的下行1.4Gbps速率。

还有一个第一的标签是，麒麟980可以支持全球最快的LPDDR4X颗粒，主频最高可达2133MHz，比业界同期水平快14%。和骁龙845相比，带宽提升20%，延迟降低22%。

具体到微信、新浪微博、手机淘宝、京东、手机百度、高德地图、QQ浏览器、爱奇艺、美团、王者荣耀等用户高频率打开的应用，麒麟980的启动时间要比骁龙845平均缩短28%。

值得一提的是，麒麟980首次创新设计Kirin CPU子系统TM及Flex-Scheduling智能调度机制，带来强劲性能的同时，实现最优能效。基于这一设计，从游戏实际体验对比来看，对比骁龙845，麒麟980平均帧率高22%，平均每帧能耗低32%。

5G Ready：麒麟980+巴龙5000

自今年6月，首个完整的真正的3GPP R15 5G标准终结后，所有的终端、芯片厂商已经在快马加鞭，布局5G手机以及5G手机芯片。

华为宣布，将在明年上半年正式推出支持5G的麒麟芯片，并推出5G手机。艾伟表示，麒麟980支持5G Ready，同时与5G基带芯片Balong 5000相结合，提供5G手机解决方案。

艾伟表示，5G手机的推出还需要一个过程。在这之前，运营商需要进行基站设备、儀器仪表设备和终端设备之间的互通操作测试，然后进行友好用户的商用，最后才是规模的商用。

据悉，麒麟980将在华为Mate20系列手机上首次搭载，这一全新旗舰手机将于10月16日全球发布。