技术决定未来走近这些全新的5G SoC

当前通讯产业最热门的话题莫过于5G技术，虽然目前5G技术无论是在应用还是网络覆盖上都远称不上成熟，但完全不妨碍这一注定会影响全行业甚至全社会未来发展方向，改变人们生活方式的技术快速成长。2020年将是5G技术大规模应用的一年，这其中5G SoC的发展是决定5G技术应用普及的关键一环。因此在专题一开始，我们会先走近各大上游厂商为5G技术推广而准备的这些全新产品，也许在2020年你购买的设备中，就会出现它们的身影。

5G时代在2020年终于呼啸而至，从2019年下半年开始，市场已经涌动起5G技术普及的热潮，消费者也迎来了越多越多相关产品，这其中包括了5G通讯环境的布设、5G相关应用以及大家更为熟悉的5G Soc和5G手机的上市等。从目前情况来看，已经推出相关移动芯片的主要厂商包括华为、高通、三星和联发科，推出相关手机、移动设备的厂商就更多了。下面，我们将选取其中最具代表性的产品进行介绍，让大家更清楚地了解其特质。

极速先锋 华为麒麟990 5G

作为全球移动芯片研发实力很强的厂商之一，华为在2019年9月的发布会上带来了集成5G基带的5G SoC——麒麟9905G。在发布后没多久，它就搭配全新Mate 30 Pr0 5G版本手机一起销售了。不仅如此，麒麟990 5G还是全球首个支持SA/NSA双模的移动芯片，因此市场关注度颇高。

首个内置5G基带的移动芯片

麒麟990 5G是全球首个采用了集成方式布置基带和AP单元的移动芯片，同时也是全球首个集成5G基带的移动芯片。在产品实现上，麒麟990 5G的基带和处理器部分集成在一颗芯片上，采用台积电7nm工艺制造。这样的做法在技术实现上具有一定风险，主要是基带模块会使用一部分模拟电路，而处理器部分则大量采用数字电路，在制造上模拟电路和数字电路需要不同的工艺和处理，这在成熟的制程工艺上处理比较容易，但是对于7nm并且采用了EUV技术制造的麒麟990 5G而言，需要冒一定风险。好在从实际产品来看，华为和制造商在这一部分的配合不错，很好地避开了新工艺早期的“雷区”，取得了很高的晶体密度。

目前5G基带的复杂程度同时带来了芯片面积的增大。即使是采用最新并使用了部分EUV工艺的7nm制程，麒麟990 5G的整体芯片面积依旧超过了100mm2。不过，集成式所需要的PCB面积还是小于分离式外挂基带，并且在热量控制和功耗方面也有一定优势。根据相关透视图显示，麒麟990 5G虽然采用集成基带设计，但是基带有可能依旧采用了两部分，其中4G和以下制式的基带位于芯片下部中央，5G基带则被放置在芯片的右下侧，和4G基带部分存在明显的分隔。目前这种说法尚未得到华为官方确认，但是也从一个侧面反映出5G基带设计之难。

作为一款集成基带的产品，麒麟990 5G很难做到“大包全”，考虑到芯片规格和实际使用，华为也在基带所支持的规格上有所取舍。比如麒麟990 5G的基带在5G方面只支持厘米波，也就是Sub-6GHz规格，不支持毫米波模式，因此其最高下载速度为2.3Gbps，上传速度为1.25Gbps。在5G网络的模式方面，麒麟990 5G也是首个支持双模SA/NSA（独立组网/非独立组网）的5G SoC。

达芬奇NPU登场 华为自研架构浮出水面

除了基带部分引发了关注外，麒麟990 5G在其他地方的设计也颇为引人注目。在CPU架构方面，华为选择的是经过自己优化改进后的Cortex-A76搭配Cortex-A55，架构采用的是华为之前在麒麟980上就已经使用过的“2+2+4”模式，也就是将处理器核心分为三组，其中两个基于Cortex-A76架构的高性能核心运行频率可达2.86GHz，剩余两个基于Cortex-A76架构的中等性能、高效率核心的运行频率为2.36GHz，4个基于Cortex-A55设计的节能小核心运行最高为1.95GHz。GPU方面，华为选择了ARM的Mali-G76 MP16，运行频率为750MHz，这也是有史以来华为采用的规模最大、性能最强的GPU模组。

除了CPU和GPU外，麒麟990 5G的最大技术亮点在于其AI计算能力得到了大幅度加强。麒麟990 5G在NPU也就是神经处理单元上采用了自研的全新达芬奇架构，华为宣称其整体性能相比业界其他类似核心高出6倍以上，除了NPU大核心外，华为还在内部设计了一个NPU微核，用于那些对性能要求不高但需要AI加速的场合，以提高整个处理器的能耗比。为了更好地利用NPU，华为在软件上也下了很多功夫，新NPU支持超过300个AI算子，支持90%的开源模型，软硬件双加速，整体效率不错。实际测试显示，麒麟990 5G借助强大的AI计算能力，能够实现视频动态画面人物和背景实时剥离并替换处理的工作，这在之前的产品上是难以实现的。

总的来说，麒麟990 5G作为最早上市的5G SoC，其整体设计和取舍都比较恰当，虽然在CPU架构上没有使用最新版本，但是总体性能依旧可圈可点。尤其是集成5G基带的设计，带来了较小的芯片面积，也使得应用它的移动设备能有比较宽裕的空间布置其他硬件，值得称赞。

抢占5G高地 三星Exynos 980

作为全球移动处理器、通讯设备的巨头之一，三星也在5G时代频频发力，希望加强自己在移动计算市场的地位。在2019年9月，三星就宣布了全新Exynos 980，不過这次属于纸面发布。直到2019年最后两个月，才陆续有采用Exynos 980的手机新品上市，像是近期发布的vivo X30系列手机就是采用Exynos 980，提供对5G支持的代表机型之一。

实用至上 Exynos 980定位中端

在Exynos 980发布时，三星曾宣称其为全球首款采用全新Cortex-A77架构的移动芯片。从整体设计来看，Exynos 980采用了“2+6”的架构，其中两个大核心为Cortex-A77架构，六个小核心采用的是Cortex-A55架构，大核心最高频率为2.2GHz，小核心最高频率为1.8GHz，较低的频率使得这个处理器性能受到一定限制。此外从目前移动芯片的定位来看，一般类似“2+6”的八核方案多用于主流机型，高端机型大多采用“4+4”或者“2+2+4”的方案。工艺方面，Exynos 980采用的是三星8nm LPP工艺，应该是10nm工艺的深入改进版本，与其定位相符。

在大核心方面，Exynos 980采用的Cortex-A77是ARM在2019年全新发布的高端CPU核心设计方案，相比上代Cortex-A76，Gortex-A77的特点在于性能进一步提升、功托控制也更为出色。本刊曾在之前的文章中详细介绍过Cortex-A77的架构细节，其主要特点包括前端架构改为6发射设计，分支预测能力加倍，更宽的指令解码/重命名/分配单元，解码器宽度增加50%，全新的整数ALU管道和改进的加载/存储队列等。后端方面整数执行端增加了第二个分支端口，还添加了2个额外的专用存储端口，指令排队容量增加了25%，添加了新的额外预取单元，增加了系统预取感知功能等。这些改进使得Cortex-A77的IPC增加了20%～35%，整体性能得到提升。

在应用Cortex-A77全新架构之后，Exynos 980的整体性能和每瓦特性能都有了巨大提升，尤其是考虑到三星上一代中端主力Exynos 9610依旧使用比较老旧的Cortex-A73架构，这样的性能提升幅度就更为显著了。

除了CPU架构外，三星的GPU架构采用的是比较成熟的Mali-G76 MP5，由于这款处理器定位主流市场，因此三星没有在规模上做更大的扩张，只是维持了五模块设计。值得一提的是，三星也为这款主流移动芯片加入了NPU，宣称其计算性能超过5T，可以满足目前主流移动设备对AI计算的需求。

集成5G基带 三星也疯狂

作为一款定位主流市场的移动芯片，Exynos 980面对的产品对成本控制要求是比较严格的，集成基带设计能较好地达到这一目标。三星Exynos 980是全球首款正式宣布采用集成5G基帶的移动芯片（虽然其实际上市时间比较晚）。

根据三星提供的数据，Exynos 980的5G基带最高可实现2.55Gbps的数据通信下载速度，不过这个数值出现后在业内引发了一些争议，因为从计算角度来说，在3GPP R-15规范下，100MHz带宽实现的理论下载速度不高于2.3Gbps，但是采用类似规格的Exynos 980宣称速度可达2.55Gbps，因此招来其他厂商的质疑，但是三星官方没有进行任何回应。上传速度方面，Exynos 980最高可达1.28Gbps。另外，Exynos 980全面兼容2G、3G和4G规范，4G网络的最高下行速度为1Gbps，上行速度为200Mbps。另外在无线规格上，它还提供了对Wi-Fi6的支持。

Exynos 980的5G基带也能同时支持SA和NSA双模式，这几乎已经成为2020年5G相关产品的标配规格。在毫米波规格方面，Exynos 980并不支持毫米波。从目前已有的产品来看，凡是集成基带的产品，都没有提供对毫米波技术的支持。当然，考虑到Exynos 980的定位，这样的做法无疑是合适的，再考虑毫米波在5G市场上的布局，就显得更为顺理成章了。

总的来看，三星Exynos 980是一款非常有竞争力的主流5GSoC，在华为和高通都在抢先高端5G SoC的时候，三星提前布局推出了这样一款定位非常巧妙的产品，瞄准了销量最大、用户群最多的主流市场，显示出三星对5G行业独特的理解和巧妙的定位。毕竟相比高通和华为，三星在移动芯片方面要弱势一些，这次5G大潮来临，三星率先切入主流市场，不失为一个好的竞争手段。

出手即称王 高通全面布局5G市场

作为移动计算时代的王者，高通在5G SoC上的布局似乎不紧不慢。此前高通只发布了一款5G基带芯片骁龙X50，随后就没有太多有关5G产品的声音。不过在2019年底，高通正式发布了全新骁龙865和与之搭配的骁龙X55基带，加上定位中端的骁龙765/765G移动芯片。由于高通此次发布的时间较近，因此在本期“应用与技术”栏目中，我们也将对其新品进行详细解析，故本文仅选取重点部分介绍。

性能强悍 骁龙865延续高通优势

高通在骁龙865上采用了基带和处理器分离的方法，与之相配的5G通讯基带是骁龙X55。架构方面，高通此次采用了ARM公版方案，但经过了一定优化并将其命名为Kryo 585。CPU部分采用的是“1+3+4”方案，也就是1个高性能核心搭配3个高效率核心，再搭配4个低功耗核心组成整个处理器部分，其中高性能核心的频率高达2.84GHz，架构采用的是最新的Cortex-A77，高效率核心同样采用了Cortex-A77，但是频率降低至2.42GHz。低功耗核心则是Cortex-A55，频率为1.8GHz。缓存方面，骁龙865大中小核心分别有独立的512KB、256KB和128KB二级缓存，所有核心共享4MB三级缓存，此外，高通为整个芯片系统加入了3MB共享缓存，由CPU、GPU、NPU、ISP等不同部件共享，能够显著提升AI、ISP等应用的效能。

GPU方面，骁龙865采用了主频为587MHz的Adreno 650，性能相比之前的产品提升25%。Adreno 650支持桌面级正向渲染，这使得游戏开发人员在移动设备上引入桌面级游戏的特效成为可能，包括多重光照、景深处理、平面反射甚至动态模糊等。它还支持10bit HDR，能够配合显示设备实现更高精度和更逼真的画面效果。另外，高通也借助新GPU首次在移动设备上实现了144Hz刷新，能够在部分高速画面中带来更好的效果。

骁龙865在AI计算方面也进行了大幅加强。全新的Hexagon698 DSP引入了张量加速单元，支持8位和16位整数加速，能效比大幅度提升了35%，并且还支持全新的深度学习带宽压缩，能够大幅度节约内存带宽。此外，GPU部分也可以进行混合精度AI加速计算。ISP部分，新的Spectra 480 CV-ISP性能提升至每秒处理20亿像素，是上代的4倍，支持8K@30Hz视频拍摄、4K HDR10bit拍摄、4K@120Hz视频拍摄以及4K慢动作视频拍摄等。后处理方面加入了新的EVA分析引擎，HEIF格式的图片可以加入深度信息，用于后期改变对焦、重置画面等。

最强5G基带处理器之一 X55基带

本次高通在骁龙865设计上采用了基带和应用处理器分离的设计，并没有像之前数代处理器那样进行集成融合。与之搭配的骁龙X55基带是全球首款商用的从基带到天线完整的5G解决方案，其最高下载速度可达7.5Gbps（毫米波状态，实际Sub-6G连接时下传性能为2.3Gbps），最高上传速度为3Gbps，是全球目前性能最强、规格最全面的5G基带芯片之一。其主要特性包括支持全球所有关键地区的主要5G频段、支持毫米波通讯、支持6GHz以下的TDD和FDD频段，并且还带来了对NSA和SA两种模式的支持以及动态频谱共享、多SIM卡等技术。此外，骁龙X55还提供了对WiFi-6、蓝牙5.1技术的支持。另外在节能方面，骁龙X55带来了5G节能通讯技术、智能传输技术以及信号增强技术等一揽子辅助通讯技术，在很大程度上提高了芯片的易用性。

集成5G基带 高通骁龙765系列瞄准主流市场

除了在旗舰产品上布局，高通也推出了针对主流市场的骁龙765/765G。可不要小看它们，这两款定位中端的产品其实在工艺、基带集成等方面有着不少值得我们关注的地方。

在5G方面，骁龙765/765G与“大哥”骁龙865最大的不同在于它们采用了集成5G基带的方式，而后者是分离式设计。这也让骁龙765/765G成为高通首个原生集成5G基带的移动芯片。骁龙765/765G集成的是高通第二代5G基带骁龙X52。在大家最关注的5G速度上，其5G下最高下载、上传速度分别可达3.7Gbps、1.6Gbps，4G下最高的下载、上传速度则是1.2Gbps、210Mbps。骁龙X52和骁龙X55一样，也支持5G PowerSave、SmartTransmit、Signal Boost、宽带包络追踪等一系列5G技术。同样的，骁龙X52也支持所有关键地区和主要频段，包括5G毫米波和6GHz以下频段、SA和NSA组网模式、TDD和FDD、动态频谱共享（DSS）、全球5G漫游、多SIM卡等，基本上就相当于一个低速版的骁龙X55。

不只是5G，骁龙765/765G在其他方面也进行了同步升级。骁龙765/765G采用三星7nm EUV工艺制造，采用全新的八核Kryo 475处理器，“1+1+6”的架构。配置1颗2.4GHz的超级大核，1颗2.2GHz的性能核心，6颗1.8GHz效率核心。GPU部分则采用全新的Adreno 620，得益于和骁龙865相同的架构，以骁龙765G为例，它相较骁龙730的图形运算性能提升接近40%。在曼哈顿3.0离屏测试中，骁龙765G比骁龙730提升38%。在曼哈顿3.1離屏测试中，提升则达到35%。而在负载更大的Car Chase离屏测试中，骁龙765G提升34%。这里就要提到骁龙765和765G的不同。骁龙765G是基于骁龙765打造，“G”意味着Gaming，是骁龙7系列的高性能版本。总体来说，骁龙765G不仅拥有强大的5G和AI特性，游戏性能也更强。从频率来看，骁龙765的CPU频率最高2.3GHz，骁龙765G提高到2.4GHz。其AI性能高达每秒5.5万亿次运算（5.5 TOPS），在增强的Adreno GPU的支持下图形渲染速度提升达10%。

骁龙765/765G都拥有第五代AI引擎，Hexagon张量加速器的速度是前代的2倍，显示方面支持120Hz刷新率，内存支持双通道LPDDR4X-2133，最大容量8GB，快充支持QC4+/QC AI，卫星定位导航支持北斗。而在拍照部分，它们能支持长焦、广角、超广角镜头，可以拍摄1.92亿像素照片，录制超过10亿色4K HDR视频以及720/480fps慢动作视频。另外它们可搭配FastConnect 6200无线模块，支持Wi-Fi 6、蓝牙5.0，前者支持2.4/5GHz双频、最高80MHz通道、MU-MIMO、WPA3，后者支持TrueWireless、aptX Adaptive。

如果说骁龙865是高通负责向外“秀肌肉”，拉高整个行业上限的产品，那么骁龙765/765G则是高通为了全面推广5G技术而诞生的产物，相信未来会有更多消费者使用到采用这两款移动芯片的手机。

5G时代翻身之作 联发科天玑1000

作为2G、3G时代的霸主和4G时代的重要厂商，联发科的产品一直以高性价比受到关注。在5G时代，联发科似乎不再满足于以高性价比的形态出现在用户和市场面前，而是希望在5G元年拿出全新的创意产品，抢占高端市场。最终，我们看到了这款名为天玑1000的产品。从它的命名方式来看，天玑系列已经完全不同于联发科在4G时代规划的Helio曦力系列。而首款产品的规格和性能，也使得联发科更有底气在5G时代收获一个开门红。

下载高达4.7Gbps 集成5G基带的最强音

联发科天玑1000目前引起市场关注的主要原因是，它是一颗采用了高端处理器架构，并且还集成了5G基带的移动芯片。相比之下，华为麒麟990 5G的处理器架构仅为Cortex-A76，高通骁龙865没有集成基带，三星虽然集成了基带但整体产品定位中端。在天玑1000上，联发科实现了高端CPU、GPU架构搭配5G集成基带，堪称目前市场上集成5G基带移动芯片的最强音。

在天玑1000集成的5G基带方面，联发科采用了独特的设计方案，无论是基带面积还是能耗比，它相比目前市场主流方案都更小、更节能。根据联发科提供的数据显示，天玑1000的5G基带在功耗上相比竞争对手降低了49%，而性能却提升了2倍。另外，天玑1000的5G基带同时提供了对SA和NSA的双模式支持，这也是目前主流的方案之一。速度方面，天玑1000的5G基带最高下载速度可达4.7Gbps，最快上传速度则为2.3Gbps。尤其值得一提的是，这样的速度是在不支持毫米波方案，仅仅支持Sub-6GHz的情况下取得的，参考之前华为在5G基带上的设计，联发科可能提供了更大的频率带宽，才使得基带在Sub-6GHz下的理论最大下载速度翻倍。

除了5G功能外，天玑1000的基带还提供了2G到4G的全频段支持，并且能够满足5G+5G的双卡双待设计需求，这也是全球目前唯一一款能够同时支持双卡5G的移动芯片。特色技术方面，天玑1000支持5G双载波聚合，支持Wi-Fi 6和蓝牙5.1技術，整体连接性方面也位于业界前列，令人期待。

Cortex-A77+Mali-G77 天玑1000性能强悍

前文曾提到，作为一款集成了基带的移动芯片，天玑1000采用了目前最强大的Cortex-A77架构的确是比较出人意料的，更令人惊讶的是，联发科采用的“4+4”方案配置，4个Cortex-A77大核心均可以运行在最高2.6GHz的频率下，再搭配4个最高2.0GHz的Cortex-A55，带来了强大的性能。联发科宣称新的处理器相比之前的Cortex-A76，性能提高大约在20%，已经达到了业界顶尖水平。

除了CPU外，天玑1000的GPU配置也非常出色。天玑1000的GPU使用了ARM最新的Mali-G77方案，并且搭配了9个Mali-G77核心组成了集群，GPU频率也高达836MHz，相比上代Mali-G76的产品提升了40%。联发科宣称，这样双“77”的配置，在安兔兔测试中能够轻松跑出超过51万分的成绩，整体性能相当出色。

在拥有了强大CPU和GPU之后，联发科还为天玑1000带来了不少全新的技术。在AI技术方面，天玑1000引入了联发科最新的APU 3.0，实现了相比之前APU 2.0版本高达2.5倍的性能提升和40%的能耗比提升。天玑1000中的APU 3.0的AI计算能力为4.5Tops，苏黎世AI测试成绩为56158分，支持的应用范围包括人脸识别、自动对焦、曝光处理、白平衡AI识别，智能降噪、HDR处理、多帧曝光的4K HDR视频合成等。在AI计算能力更为充裕之后，各大厂商都在积极将AI引入更多的功能，以加强整个系统的性能和使用体验，这也是未来AI发展的重要方向。工艺方面，由于天玑1000处理器规模较大，再加上集成了基带，因此联发科选择了台积电成熟的7nm工艺制造。

总的来看，天玑1000堪称联发科带给用户和业界的“惊喜”。无论是其强大的CPU、GPU、APU等性能模块，还是内置的5G基带模块，都彰显着天玑1000的强悍实力。沉寂许久的联发科，在5G时代的“第一枪”，还是相当令人期待的。

2020年的5G，又有什么不一样？

5G技术从规划到落地，经历了多年的筹谋。2019年，5G技术开始崭露头角，人们将其看成5G商用技术出现的首年，而2020年，应该是5G技术大规模应用的元年。无论是苹果，还是三星、高通、华为、联发科等厂商，都看到了5G的魅力、能力和强大的市场号召力，从其推出的各具特色的5G SoC不难看出，他们希望在这个变革前夜，在庞大的5G市场成熟发展起来之前先占据有利的“地形”，抢占市场的先机。从这一点来看，2020年的5G市场，应该会有更多更成熟的产业形态出现。比如更稳定、更广泛的连接，更强大的设备和更多利用5G优势而诞生的创新产业。现在所有的争论，无论是SA/NSA还是毫米波支持与否、集成和外挂基带的设计等，都将在5G快速发展和迭代的大潮下，逐渐被众人遗忘。如果说3G到来之前，全行业更多的是懵懂;4G到来之前是摩拳擦掌的热情;那么5G的来临，带给人们的是一个充满想象的、无限可能的未来。2020年的5G，可能是一切的开端，也是不一样体验的开始。