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作者 |??云鵬，編輯?|??漠影
手機(jī)旗艦芯片之戰(zhàn)進(jìn)入“全大核時代”。
近年來，安卓旗艦芯片性能的“突飛猛進(jìn)”，給人留下了深刻印象。聯(lián)發(fā)科和高通兩大移動芯片巨頭的旗艦手機(jī)芯片，其GPU峰值性能均已顯著超過了蘋果同期的A系列芯片，CPU的多核性能也成功實現(xiàn)了逆襲。今年蘋果A17 Pro的性能提升不及預(yù)期，產(chǎn)業(yè)和消費者們的目光再次聚焦在了聯(lián)發(fā)科和高通身上。最近兩大芯片巨頭接連發(fā)布旗艦芯片新品，必然將引起移動芯片領(lǐng)域的又一次旗艦“芯皇之戰(zhàn)”。
為何時至今日，我們?nèi)匀蝗绱岁P(guān)注手機(jī)芯片性能的提升？實際上，這與手機(jī)性能需求依然持續(xù)高漲的行業(yè)現(xiàn)狀密不可分。如今高負(fù)載移動應(yīng)用正加速流行普及，不少大型應(yīng)用的實際負(fù)載都能給芯片造成不小的壓力，與此同時，智能手機(jī)多任務(wù)并行的需求越來越高，手機(jī)應(yīng)對的場景更加復(fù)雜，手機(jī)需要具備的功能也更加多樣。
更重要的是，AI大模型熱潮的涌起，既讓廠商們看到了端側(cè)AI應(yīng)用的巨大潛力，也同樣讓廠商們看到了AI對芯片性能、能效，甚至是架構(gòu)設(shè)計層面的更高要求。如何做出性能更強、功耗更低的芯片，如何從更深層次找到手機(jī)核心架構(gòu)的更優(yōu)解，成為更關(guān)鍵的命題，手機(jī)芯片設(shè)計仍需要更多技術(shù)創(chuàng)新和突破。在這樣的大背景下，全球手機(jī)芯片“一哥”聯(lián)發(fā)科正式亮出了天璣9300旗艦芯大招，并且直接從架構(gòu)層面來了一次“顛覆式創(chuàng)新”，破天荒地采用了全大核設(shè)計，屬于行業(yè)首次。
芯片發(fā)布之際，芯東西與聯(lián)發(fā)科相關(guān)高管和技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行了深入交流，天璣9300的全大核設(shè)計，不僅帶來了性能和能效比方面的顯著提升，也可以說直接引領(lǐng)了手機(jī)芯片發(fā)展的下一個“新紀(jì)元”。天璣9300背后藏著哪些硬核“黑科技”？性能之外，聯(lián)發(fā)科在AI、游戲、影像等領(lǐng)域又放出哪些大招？天璣9300背后還有諸多值得深扒的技術(shù)和研發(fā)細(xì)節(jié)。
01.全大核架構(gòu)打破常規(guī)思路，性能功耗兼得，三年磨一劍解決底層技術(shù)難題
歷代聯(lián)發(fā)科天璣旗艦芯的發(fā)布，都會給移動芯片產(chǎn)業(yè)帶來一些新的風(fēng)向，這次天璣9300在芯片架構(gòu)層面的突破性設(shè)計，是最為搶眼的，也是對產(chǎn)業(yè)影響最為深遠(yuǎn)的。相比此前通常單獨使用Cortex-X系列超大核，這次聯(lián)發(fā)科直接在天璣9300的CPU中放入了4顆Cortex-X4，其最高頻率為3.25GHz，與4顆主頻為2.0GHz的Cortex-A720大核共同組成了“4+4”的架構(gòu)，與以往的“1+4+3”或“1+3+4”等傳統(tǒng)架構(gòu)有著本質(zhì)上的區(qū)別。
根據(jù)官方實驗室數(shù)據(jù)，這代CPU的峰值性能相較上代提升了40%，在這樣的性能提升基礎(chǔ)上，功耗還節(jié)省了33%，可以說，這種“全大核”架構(gòu)在性能和能效方面都表現(xiàn)較為亮眼。對于消費者來說，這些提升最直觀的反映就是應(yīng)用運行更流暢，同時整機(jī)發(fā)熱更低、續(xù)航時間更長，用戶體驗有了明顯改觀。根據(jù)實驗室實測數(shù)據(jù)，天璣9300在Geekbench 6中的CPU多核性能跑分在7500-8000分左右，已經(jīng)顯著超越了今年蘋果發(fā)布的A17 Pro以及高通最近發(fā)布的驍龍8 Gen3。
其安兔兔跑分也進(jìn)一步?jīng)_破了213萬分，刷新了安卓端的紀(jì)錄?？梢钥吹?，在多大核協(xié)同之下，CPU的多核性能有著非常直觀的提升，效果是立竿見影的。并且天璣9300的性能升級兼顧了功耗的同步優(yōu)化，這一點對于移動終端來說更是極為關(guān)鍵的。在日常使用場景中，天璣9300的功耗降低了最高30%，在日常瀏覽、短視頻類應(yīng)用中功耗也降低了11%左右。
值得一提的是，這種全大核的架構(gòu)帶來的多線程性能顯著提升，讓手機(jī)在多任務(wù)處理方面表現(xiàn)有直觀提升，比如當(dāng)我們同時玩游戲并進(jìn)行直播時，游戲畫面幀率的穩(wěn)定性以及直播畫面的穩(wěn)定性都表現(xiàn)更好。在深入交流中我們了解到，這樣出色表現(xiàn)的背后，全大核的架構(gòu)設(shè)計解決了目前移動芯片設(shè)計領(lǐng)域的不少“瓶頸”，在設(shè)計思路上頗具開創(chuàng)性。比較明顯的一點就是全大核架構(gòu)對于平行運算能力的提升，也就是前文提到的多任務(wù)處理能力，這對于電池續(xù)航的提升也有直觀作用。同時，全大核架構(gòu)可以比較明顯地提升亂序執(zhí)行的效率，這種全面采用亂序執(zhí)行的內(nèi)核設(shè)計，目前來看是行業(yè)首創(chuàng)。
直觀來看，亂序執(zhí)行跟以往的順序執(zhí)行有本質(zhì)的不同，從結(jié)果來看，核心執(zhí)行同樣的指令，亂序執(zhí)行可以不用等程序一個一個順序執(zhí)行完，而是可以亂序同步并行運算，這樣就增加了內(nèi)核的“休息”時間，縮短內(nèi)核運算的時間，但在運算時間內(nèi)，運算效率顯著提升。在這種亂序執(zhí)行設(shè)計下，應(yīng)用執(zhí)行的效率更高，對用戶來說，應(yīng)用的卡頓現(xiàn)象會更少，還起到省電的效果。這也是對“大核費電”這種傳統(tǒng)觀念的一種顛覆和轉(zhuǎn)換，在芯片的晶片尺寸小到一定程度后，由于原理層“漏電”現(xiàn)象的加重，小核并不一定就更省電，相反越快完成任務(wù)處理會越省電，這正是大核的強項。用聯(lián)發(fā)科的話來說，就是“做的更快、休息的更快、功耗更低”，芯片更高效的處理完任務(wù)，“休息”的時間自然也就更長。這種設(shè)計反映在能效比方面，可以讓芯片在同樣功耗下實現(xiàn)更高性能，執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量更多，同時兼顧終端設(shè)備電池的續(xù)航。系統(tǒng)可以識別相對更重要的內(nèi)容并優(yōu)先處理，減少系統(tǒng)等待的時間，同時在資源擁擠時，計算需求可以得到更好滿足。整體來看，全大核設(shè)計帶來的優(yōu)勢是顯而易見的，但為何至今聯(lián)發(fā)科才第一個將其實現(xiàn)？實際上，“想到很簡單，做到很困難”，這句話放到芯片設(shè)計領(lǐng)域是十分適用的。在深入交流中我們了解到，為了實現(xiàn)今天看到的全大核設(shè)計，聯(lián)發(fā)科已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域深耕了三年多，這次的天璣9300也可以說是“三年磨一劍”，背后包含了諸多技術(shù)難題的攻克，對于聯(lián)發(fā)科來說也是一款具有極為重要意義的產(chǎn)品。
全大核架構(gòu)的落地，涉及硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計等多方面的綜合創(chuàng)新，并且需要找到關(guān)鍵的應(yīng)用場景并進(jìn)行針對性優(yōu)化。正如前文所說，如何把應(yīng)用的執(zhí)行需求集中在一起并快速執(zhí)行完畢，這些都充滿挑戰(zhàn)。蘋果在移動芯片設(shè)計領(lǐng)域一直走在前列，是不少廠商的學(xué)習(xí)對象，其實蘋果A系列芯片的“小核”也并不“小”，甚至要比安卓端的大核還要更大一點，所以這種全大核的架構(gòu)并不是“從無到有”。聯(lián)發(fā)科核心要做的是真正將這一架構(gòu)通過自己的技術(shù)來實現(xiàn)，并真正能夠在實際應(yīng)用中取得好的效果，用比較形象地比喻來看，芯片就像一支部隊，而聯(lián)發(fā)科不僅要打造一支部隊，更要為部隊制定好高效作戰(zhàn)方案和詳細(xì)的作戰(zhàn)手冊。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，不同的游戲和應(yīng)用的運行，都涉及到調(diào)校和適配的問題，因此聯(lián)發(fā)科必然會與生態(tài)合作伙伴共同在這方面進(jìn)行優(yōu)化。據(jù)了解，一些更為深度的合作都在推進(jìn)中?？梢钥吹?，通過思路上的創(chuàng)新以及底層技術(shù)上的突破，聯(lián)發(fā)科在手機(jī)芯片設(shè)計領(lǐng)域找到了一種更高效的破局方式，手機(jī)性能提升的瓶頸被進(jìn)一步打開。這種底層性能的提升也為手機(jī)其他各方面體驗的改善打了一個好基礎(chǔ)。
02.抓住AI大模型落地核心痛點，強算力賦能終端生成式AI好體驗
除了在性能方面的突破，聯(lián)發(fā)科天璣9300作為一顆旗艦芯片，在AI、游戲、影像、連接等方面也有不少可圈可點的新特性，對于終端用戶體驗的實際提升有著直觀作用。首先，AI大模型作為如今科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最重要的技術(shù)焦點，甚至沒有之一，一直受到全球各大科技巨頭的高度關(guān)注，各條賽道中的玩家也都在產(chǎn)品和服務(wù)中融入AI能力。在智能手機(jī)行業(yè)中，手機(jī)終端廠商以及手機(jī)芯片廠商都在積極地將AI大模型落地在手機(jī)里，此次聯(lián)發(fā)科在天璣9300中也重點提升了芯片的AI能力。在交流中聯(lián)發(fā)科高管提到，AI能力也是未來智能手機(jī)芯片提升的最主要方向之一。此次天璣9300的APU已經(jīng)迭代至第七代，在性能和能效方面的提升較為顯著，整數(shù)運算和浮點運算性能是上一代的2倍，功耗降低了45%。
值得一提的是，聯(lián)發(fā)科特別強調(diào)了這代APU 790是專門為生成式AI而設(shè)計，其內(nèi)置了硬件級的生成式AI引擎，邊緣AI計算性能和安全性均有提升，同時APU 790專門針對生成式AI中常用的Transformer模型進(jìn)行了算子加速，處理速度是上一代的8倍，據(jù)稱可以在1秒內(nèi)完成常見的AI文生圖功能。另外，針對端側(cè)生成式AI應(yīng)用的關(guān)鍵痛點之一——內(nèi)存占用問題，聯(lián)發(fā)科研發(fā)了混合精度INT4量化技術(shù)，結(jié)合自研的內(nèi)存硬件壓縮技術(shù)NeuroPilot Compression，提升了內(nèi)存帶寬的利用效率，同時減少了AI大模型對終端內(nèi)存的占用，讓手機(jī)可以更順暢地跑各類生成式AI應(yīng)用。據(jù)稱，目前已支持終端運行10億、70億、130億大語言模型，這顆移動芯片最高可運行330億參數(shù)的大語言模型。
這樣的成績也不由得令人感嘆，生成式AI落地終端的速度，實際上已遠(yuǎn)超人們的想象。除此之外，天璣9300的APU 790支持生成式AI模型端側(cè)“技能擴(kuò)充”技術(shù)——NeuroPilot Fusion，據(jù)了解，該技術(shù)基于基礎(chǔ)大模型持續(xù)在端側(cè)進(jìn)行低秩自適應(yīng)（LoRA，Low-Rank Adaptation）融合，進(jìn)而讓基礎(chǔ)大模型的能力更全面，可以快速方便的擴(kuò)展出終端用戶所需要的各項生成式AI應(yīng)用和功能，做到 “琴棋書畫”樣樣精通。
其實目前行業(yè)中比拼AI模型運行的速度和準(zhǔn)確度已經(jīng)很難拉開較大差距，相比之下，聯(lián)發(fā)科在落地生成式AI的過程中，更注重落地場景的探索，核心目標(biāo)就是能把用戶的痛點給解決掉，用AI帶來直觀的體驗改善，將AI用在“刀刃上”。從生態(tài)層面來看，聯(lián)發(fā)科的AI開發(fā)平臺NeuroPilot已經(jīng)支持了Meta的LIama 2、百度的文心一言大模型、百川智能的百川大模型等前沿主流AI大模型，通過提供完整的工具鏈來幫助開發(fā)者們在智能手機(jī)等終端上高效開發(fā)和部署多模態(tài)生成式AI應(yīng)用。
據(jù)了解，聯(lián)發(fā)科與vivo、OPPO等頭部終端廠商也均有合作，他們在一起推動AI大模型在智能終端側(cè)加速落地。
03.這把游戲徹底穩(wěn)了，影像、連接帶來新看點
在GPU方面，這次天璣9300用上了12核的GPU Immortalis-G720，其峰值性能同比提升了46%，并且在相同性能下可以節(jié)省40%左右的功耗，可以說在能效比的提升上表現(xiàn)十分亮眼。
在GFXBench Aztec Ruins 1440P測試中，天璣9300跑出了99FPS的成績。從GPU的能效曲線來看，天璣9300已經(jīng)遠(yuǎn)超蘋果的A17 Pro，相比競品驍龍8 Gen3也有一定領(lǐng)先。
從實際游戲體驗來看，天璣9300在《原神》30分鐘測試中不僅可以全程保持幾乎滿幀60幀，功耗相比上代還降低了20%。值得一提的是，作為在移動光追領(lǐng)域走得最早的廠商，聯(lián)發(fā)科繼續(xù)更新了第二代硬件光線追蹤引擎，天璣9300可以在《暗區(qū)突圍》游戲中實現(xiàn)60FPS的主機(jī)級別全局光照游戲體驗，直接把移動游戲的體驗再次拉升了一個臺階。
此前蘋果也在A17 Pro中首次加入了對于硬件光線追蹤的支持，這恰恰證明了移動光追技術(shù)路線方向的正確性，聯(lián)發(fā)科在這一技術(shù)的應(yīng)用深度上顯然已經(jīng)超過了蘋果。影像方面，天璣9300的ISP升級為Imagiq 990，此前推出的AI語義分割視頻引擎這次升級支持了同級最多的16層圖像語義分割，對畫面色彩、紋理、噪點以及亮度進(jìn)行的逐幀實時優(yōu)化更加精準(zhǔn)。
據(jù)了解，為了在暗光環(huán)境下達(dá)成更好的成片率，天璣9300集成了OIS光學(xué)防抖專核，防抖計算速度更快，這也是本次影像方面其新增亮點之一。值得一提的是，天璣9300通過與全球頭部CMOS圖像傳感器廠商進(jìn)行合作，支持了“全像素對焦疊加2倍無損變焦”功能，手機(jī)影像的專業(yè)性得到進(jìn)一步提升。連接方面，這次天璣9300支持的最新Wi-Fi 7無線通信標(biāo)準(zhǔn)，可以將理論最高峰值速率提升到6.5Gbps，天璣9300還搭載了特有的Wi-Fi 7增強技術(shù)——Xtra Range 2.0，進(jìn)一步增加了室內(nèi)信號覆蓋的廣度、支持設(shè)備數(shù)量以及數(shù)據(jù)傳輸的速度和穩(wěn)定性。多媒體方面，聯(lián)發(fā)科在芯片中采用了旗艦電視級智能顯示技術(shù)，這也是聯(lián)發(fā)科的傳統(tǒng)強項了。天璣9300支持Ultra HDR，最高支持3個麥克風(fēng)，同時支持HDR高動態(tài)立體聲錄音降噪。
這次天璣9300在5G通信方面也應(yīng)用了AI技術(shù)，AI融合下的情境感知功能，可以進(jìn)一步降低手機(jī)5G通信的功耗。可以看到，不論是AI能力的重點提升、對于AI大模型落地痛點的精準(zhǔn)把握，還是移動光追技術(shù)的進(jìn)一步迭代引領(lǐng)，抑或是移動影像領(lǐng)域硬件、算法與AI的深度融合，聯(lián)發(fā)科天璣9300都已經(jīng)成為年度旗艦“芯皇”的有力競爭者，同時聯(lián)發(fā)科在底層技術(shù)上的突破和引領(lǐng)，也正在深刻影響著移動芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
04.旗艦芯邁入“全大核時代”，AI融合成未來，聯(lián)發(fā)科站穩(wěn)高端再進(jìn)一步
近年來，聯(lián)發(fā)科在高端市場的動作不可謂不頻繁，其在芯片底層技術(shù)創(chuàng)新層面取得的成果和實際芯片落地取得了良好市場反饋，都引起了產(chǎn)業(yè)和消費者的廣泛關(guān)注。從2019年年底聯(lián)發(fā)科首次發(fā)布“天璣”系列芯片，第一次正式向高端市場發(fā)起沖擊開始算起，已經(jīng)過去將近四年。高端市場，比拼的就是技術(shù)硬實力以及快速應(yīng)變的能力。
四年間，聯(lián)發(fā)科旗艦移動芯片在芯片架構(gòu)革新、移動光追技術(shù)應(yīng)用、AI大模型落地等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)節(jié)點都做到了關(guān)鍵技術(shù)的自研以及技術(shù)的快速商業(yè)化落地。這一方面是聯(lián)發(fā)科技術(shù)硬實力的體現(xiàn)，從另一方面來看也是一家企業(yè)對行業(yè)發(fā)展趨勢的精準(zhǔn)把握。芯片產(chǎn)業(yè)是長周期、重資產(chǎn)的，因此能夠踩對節(jié)奏、把握住市場需求的變化，對一家芯片設(shè)計公司來說是尤為重要的?；蛟S這也是聯(lián)發(fā)科能夠長期坐穩(wěn)全球智能手機(jī)芯片市場出貨量第一的主要因素之一。
未來，隨著AI大模型的深度融入，智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)必然將會涌現(xiàn)出更多新的變量，例如AI多模態(tài)能力帶來的交互范式的革新，而芯片作為根本的底層硬件支撐，必然也將針對產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展趨勢做出調(diào)整。各類應(yīng)用對手機(jī)芯片算力的要求仍然會快速提升，手機(jī)應(yīng)對的場景會更加多樣和復(fù)雜，對于多核性能的要求提升，同時在工藝制程來到3nm、4nm之后，小核功耗的優(yōu)勢又在不可避免的縮小，采用更多大核的架構(gòu)設(shè)計，必然會越來越多的涌現(xiàn)。不論是以聯(lián)發(fā)科為代表的芯片巨頭的實際動作，還是從上游芯片IP廠商Arm的規(guī)劃方向來看，大核占比的增加必然會是手機(jī)旗艦芯片迭代的重要方向，全大核設(shè)計也將成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
在聯(lián)發(fā)科看來，全大核設(shè)計以及端側(cè)生成式AI的落地也必然會是未來旗艦芯片發(fā)展的兩大核心方向。在手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)中，聯(lián)發(fā)科常常是“吃螃蟹的人”，在沖擊高端的路上，聯(lián)發(fā)科這一吃就是四年，雖然新技術(shù)的應(yīng)用總是伴隨著挑戰(zhàn)，但當(dāng)廠商通過自身技術(shù)研發(fā)克服這些挑戰(zhàn)時，迎來的往往就是由自己主導(dǎo)的“新時代”。
05.結(jié)語：用硬核技術(shù)顛覆芯片設(shè)計，瞄準(zhǔn)旗艦市場，聯(lián)發(fā)科的高端路行穩(wěn)致遠(yuǎn)
聯(lián)發(fā)科天璣9300的全大核設(shè)計，初看頗有些大膽，甚至有些“不可思議”，但當(dāng)我們看過實測數(shù)據(jù)后，卻發(fā)現(xiàn)其可以帶來顯著的性能和能效提升，成為當(dāng)下移動芯片設(shè)計領(lǐng)域一種值得借鑒的思路，也大概率將成為后續(xù)移動芯片設(shè)計的主流方向之一。與此同時，天璣9300讓我們看到了聯(lián)發(fā)科在高端芯片賽道上的技術(shù)創(chuàng)新和突破，天璣9300出色的性能表現(xiàn)，以及在AI、游戲、影像、連接等領(lǐng)域的賦能都在繼續(xù)拓寬智能手機(jī)體驗的邊界。
近日vivo官宣了X100系列將在11月13日首發(fā)天璣9300，業(yè)內(nèi)和消費者們對這款產(chǎn)品抱有很高期待，其能夠帶來怎樣的驚艷表現(xiàn)，我們將持續(xù)關(guān)注。未來，隨著AI大模型的融入，應(yīng)用的負(fù)載還會進(jìn)一步增加，對手機(jī)芯片算力的需求會水漲船高，手機(jī)芯片性能的提升，還遠(yuǎn)未到終點。
天璣9300，或許代表著手機(jī)芯片發(fā)展來到了一個新的里程碑式的節(jié)點，但放眼未來，手機(jī)芯片的較量，還遠(yuǎn)未結(jié)束。在未來基于AI的萬物互聯(lián)時代，芯片巨頭們的博弈焦點將不再局限于單一的技術(shù)或產(chǎn)品，而是一種“綜合性競爭”，這種競爭更多會體現(xiàn)在生態(tài)的博弈上。如何面對這些新的挑戰(zhàn)，是每一個玩家迫切需要思考的。
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