手機旗艦芯片之戰進(jìn)入“全大核時(shí)代”。作者 | 云鵬
編輯 | 漠影
近年來(lái)，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(dòng)芯片巨頭的旗艦手機芯片，其GPU峰值性能均已顯著(zhù)超過(guò)了蘋(píng)果同期的A系列芯片，CPU的多核性能也成功實(shí)現了逆襲。今年蘋(píng)果A17 Pro的性能提升不及預期，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(dòng)芯片領(lǐng)域的又一次旗艦“芯皇之戰”。
為何時(shí)至今日，我們仍然如此關(guān)注手機芯片性能的提升？實(shí)際上，這與手機性能需求依然持續高漲的行業(yè)現狀密不可分。如今高負載移動(dòng)應用正加速流行普及，不少大型應用的實(shí)際負載都能給芯片造成不小的壓力，與此同時(shí)，智能手機多任務(wù)并行的需求越來(lái)越高，手機應對的場(chǎng)景更加復雜，手機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(chǎng)商們看到了端側AI應用的巨大潛力，也同樣讓廠(chǎng)商們看到了AI對芯片性能、能效，甚至是架構設計層面的更高要求。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核心架構的更優(yōu)解，成為更關(guān)鍵的命題，手機芯片設計仍需要更多技術(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，并且直接從架構層面來(lái)了一次“顛覆式創(chuàng )新”，破天荒地采用了全大核設計，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)負責人進(jìn)行了深入交流，天璣9300的全大核設計，不僅帶來(lái)了性能和能效比方面的顯著(zhù)提升，也可以說(shuō)直接引領(lǐng)了手機芯片發(fā)展的下一個(gè)“新紀元”。天璣9300背后藏著(zhù)哪些硬核“黑科技”？性能之外，聯(lián)發(fā)科在A(yíng)I、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)細節。
01.全大核架構打破常規思路，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(huì )給移動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一些新的風(fēng)向，這次天璣9300在芯片架構層面的突破性設計，是最為搶眼的，也是對產(chǎn)業(yè)影響最為深遠的。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，與以往的“1+4+3”或“1+3+4”等傳統架構有著(zhù)本質(zhì)上的區別。
根據官方實(shí)驗室數據，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上，功耗還節省了33%，可以說(shuō)，這種“全大核”架構在性能和能效方面都表現較為亮眼。對于消費者來(lái)說(shuō)，這些提升最直觀(guān)的反映就是應用運行更流暢，同時(shí)整機發(fā)熱更低、續航時(shí)間更長(cháng)，用戶(hù)體驗有了明顯改觀(guān)。根據實(shí)驗室實(shí)測數據，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(zhù)超越了今年蘋(píng)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(wàn)分，刷新了安卓端的紀錄。可以看到，在多大核協(xié)同之下，CPU的多核性能有著(zhù)非常直觀(guān)的提升，效果是立竿見(jiàn)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(diǎn)對于移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)更是極為關(guān)鍵的。在日常使用場(chǎng)景中，天璣9300的功耗降低了最高30%，在日常瀏覽、短視頻類(lèi)應用中功耗也降低了11%左右。
值得一提的是，這種全大核的架構帶來(lái)的多線(xiàn)程性能顯著(zhù)提升，讓手機在多任務(wù)處理方面表現有直觀(guān)提升，比如當我們同時(shí)玩游戲并進(jìn)行直播時(shí)，游戲畫(huà)面幀率的穩定性以及直播畫(huà)面的穩定性都表現更好。在深入交流中我們了解到，這樣出色表現的背后，全大核的架構設計解決了目前移動(dòng)芯片設計領(lǐng)域的不少“瓶頸”，在設計思路上頗具開(kāi)創(chuàng )性。比較明顯的一點(diǎn)就是全大核架構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，這對于電池續航的提升也有直觀(guān)作用。同時(shí)，全大核架構可以比較明顯地提升亂序執行的效率，這種全面采用亂序執行的內核設計，目前來(lái)看是行業(yè)首創(chuàng )。
直觀(guān)來(lái)看，亂序執行跟以往的順序執行有本質(zhì)的不同，從結果來(lái)看，核心執行同樣的指令，亂序執行可以不用等程序一個(gè)一個(gè)順序執行完，而是可以亂序同步并行運算，這樣就增加了內核的“休息”時(shí)間，縮短內核運算的時(shí)間，但在運算時(shí)間內，運算效率顯著(zhù)提升。在這種亂序執行設計下，應用執行的效率更高，對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，應用的卡頓現象會(huì )更少，還起到省電的效果。這也是對“大核費電”這種傳統觀(guān)念的一種顛覆和轉換，在芯片的晶片尺寸小到一定程度后，由于原理層“漏電”現象的加重，小核并不一定就更省電，相反越快完成任務(wù)處理會(huì )越省電，這正是大核的強項。用聯(lián)發(fā)科的話(huà)來(lái)說(shuō)，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(shí)間自然也就更長(cháng)。這種設計反映在能效比方面，可以讓芯片在同樣功耗下實(shí)現更高性能，執行的任務(wù)數量更多，同時(shí)兼顧終端設備電池的續航。系統可以識別相對更重要的內容并優(yōu)先處理，減少系統等待的時(shí)間，同時(shí)在資源擁擠時(shí)，計算需求可以得到更好滿(mǎn)足。整體來(lái)看，全大核設計帶來(lái)的優(yōu)勢是顯而易見(jiàn)的，但為何至今聯(lián)發(fā)科才第一個(gè)將其實(shí)現？實(shí)際上，“想到很簡(jiǎn)單，做到很困難”，這句話(huà)放到芯片設計領(lǐng)域是十分適用的。在深入交流中我們了解到，為了實(shí)現今天看到的全大核設計，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(shuō)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(lái)說(shuō)也是一款具有極為重要意義的產(chǎn)品。
全大核架構的落地，涉及硬件設計、軟件設計、系統架構設計等多方面的綜合創(chuàng )新，并且需要找到關(guān)鍵的應用場(chǎng)景并進(jìn)行針對性?xún)?yōu)化。正如前文所說(shuō)，如何把應用的執行需求集中在一起并快速執行完畢，這些都充滿(mǎn)挑戰。蘋(píng)果在移動(dòng)芯片設計領(lǐng)域一直走在前列，是不少廠(chǎng)商的學(xué)習對象，其實(shí)蘋(píng)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(diǎn)，所以這種全大核的架構并不是“從無(wú)到有”。聯(lián)發(fā)科核心要做的是真正將這一架構通過(guò)自己的技術(shù)來(lái)實(shí)現，并真正能夠在實(shí)際應用中取得好的效果，用比較形象地比喻來(lái)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方案和詳細的作戰手冊。當然，在實(shí)際應用中，不同的游戲和應用的運行，都涉及到調校和適配的問(wèn)題，因此聯(lián)發(fā)科必然會(huì )與生態(tài)合作伙伴共同在這方面進(jìn)行優(yōu)化。據了解，一些更為深度的合作都在推進(jìn)中。可以看到，通過(guò)思路上的創(chuàng )新以及底層技術(shù)上的突破，聯(lián)發(fā)科在手機芯片設計領(lǐng)域找到了一種更高效的破局方式，手機性能提升的瓶頸被進(jìn)一步打開(kāi)。這種底層性能的提升也為手機其他各方面體驗的改善打了一個(gè)好基礎。
02.抓住AI大模型落地核心痛點(diǎn)，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A(yíng)I、游戲、影像、連接等方面也有不少可圈可點(diǎn)的新特性，對于終端用戶(hù)體驗的實(shí)際提升有著(zhù)直觀(guān)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(diǎn)，甚至沒(méi)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。在智能手機行業(yè)中，手機終端廠(chǎng)商以及手機芯片廠(chǎng)商都在積極地將AI大模型落地在手機里，此次聯(lián)發(fā)科在天璣9300中也重點(diǎn)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(lái)智能手機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(zhù)，整數運算和浮點(diǎn)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)科特別強調了這代APU 790是專(zhuān)門(mén)為生成式AI而設計，其內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(shí)APU 790專(zhuān)門(mén)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，據稱(chēng)可以在1秒內完成常見(jiàn)的AI文生圖功能。另外，針對端側生成式AI應用的關(guān)鍵痛點(diǎn)之一——內存占用問(wèn)題，聯(lián)發(fā)科研發(fā)了混合精度INT4量化技術(shù)，結合自研的內存硬件壓縮技術(shù)NeuroPilot Compression，提升了內存帶寬的利用效率，同時(shí)減少了AI大模型對終端內存的占用，讓手機可以更順暢地跑各類(lèi)生成式AI應用。據稱(chēng)，目前已支持終端運行10億、70億、130億大語(yǔ)言模型，這顆移動(dòng)芯片最高可運行330億參數的大語(yǔ)言模型。
這樣的成績(jì)也不由得令人感嘆，生成式AI落地終端的速度，實(shí)際上已遠超人們的想象。除此之外，天璣9300的APU 790支持生成式AI模型端側“技能擴充”技術(shù)——NeuroPilot Fusion，據了解，該技術(shù)基于基礎大模型持續在端側進(jìn)行低秩自適應（LoRA，Low-Rank Adaptation）融合，進(jìn)而讓基礎大模型的能力更全面，可以快速方便的擴展出終端用戶(hù)所需要的各項生成式AI應用和功能，做到 “琴棋書(shū)畫(huà)”樣樣精通。
其實(shí)目前行業(yè)中比拼AI模型運行的速度和準確度已經(jīng)很難拉開(kāi)較大差距，相比之下，聯(lián)發(fā)科在落地生成式AI的過(guò)程中，更注重落地場(chǎng)景的探索，核心目標就是能把用戶(hù)的痛點(diǎn)給解決掉，用AI帶來(lái)直觀(guān)的體驗改善，將AI用在“刀刃上”。從生態(tài)層面來(lái)看，聯(lián)發(fā)科的AI開(kāi)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(guò)提供完整的工具鏈來(lái)幫助開(kāi)發(fā)者們在智能手機等終端上高效開(kāi)發(fā)和部署多模態(tài)生成式AI應用。
據了解，聯(lián)發(fā)科與vivo、OPPO等頭部終端廠(chǎng)商也均有合作，他們在一起推動(dòng)AI大模型在智能終端側加速落地。
03.這把游戲徹底穩了，影像、連接帶來(lái)新看點(diǎn)
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省40%左右的功耗，可以說(shuō)在能效比的提升上表現十分亮眼。
在GFXBench Aztec Ruins 1440P測試中，天璣9300跑出了99FPS的成績(jì)。從GPU的能效曲線(xiàn)來(lái)看，天璣9300已經(jīng)遠超蘋(píng)果的A17 Pro，相比競品驍龍8 Gen3也有一定領(lǐng)先。
從實(shí)際游戲體驗來(lái)看，天璣9300在《原神》30分鐘測試中不僅可以全程保持幾乎滿(mǎn)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(dòng)光追領(lǐng)域走得最早的廠(chǎng)商，聯(lián)發(fā)科繼續更新了第二代硬件光線(xiàn)追蹤引擎，天璣9300可以在《暗區突圍》游戲中實(shí)現60FPS的主機級別全局光照游戲體驗，直接把移動(dòng)游戲的體驗再次拉升了一個(gè)臺階。
此前蘋(píng)果也在A(yíng)17 Pro中首次加入了對于硬件光線(xiàn)追蹤的支持，這恰恰證明了移動(dòng)光追技術(shù)路線(xiàn)方向的正確性，聯(lián)發(fā)科在這一技術(shù)的應用深度上顯然已經(jīng)超過(guò)了蘋(píng)果。影像方面，天璣9300的ISP升級為Imagiq 990，此前推出的AI語(yǔ)義分割視頻引擎這次升級支持了同級最多的16層圖像語(yǔ)義分割，對畫(huà)面色彩、紋理、噪點(diǎn)以及亮度進(jìn)行的逐幀實(shí)時(shí)優(yōu)化更加精準。
據了解，為了在暗光環(huán)境下達成更好的成片率，天璣9300集成了OIS光學(xué)防抖專(zhuān)核，防抖計算速度更快，這也是本次影像方面其新增亮點(diǎn)之一。值得一提的是，天璣9300通過(guò)與全球頭部CMOS圖像傳感器廠(chǎng)商進(jìn)行合作，支持了“全像素對焦疊加2倍無(wú)損變焦”功能，手機影像的專(zhuān)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(wú)線(xiàn)通信標準，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)一步增加了室內信號覆蓋的廣度、支持設備數量以及數據傳輸的速度和穩定性。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)科的傳統強項了。天璣9300支持Ultra HDR，最高支持3個(gè)麥克風(fēng)，同時(shí)支持HDR高動(dòng)態(tài)立體聲錄音降噪。
這次天璣9300在5G通信方面也應用了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5G通信的功耗。可以看到，不論是AI能力的重點(diǎn)提升、對于A(yíng)I大模型落地痛點(diǎn)的精準把握，還是移動(dòng)光追技術(shù)的進(jìn)一步迭代引領(lǐng)，抑或是移動(dòng)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(shí)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(zhù)移動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
04.旗艦芯邁入“全大核時(shí)代”，AI融合成未來(lái)，聯(lián)發(fā)科站穩高端再進(jìn)一步
近年來(lái)，聯(lián)發(fā)科在高端市場(chǎng)的動(dòng)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(shí)際芯片落地取得了良好市場(chǎng)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(chǎng)發(fā)起沖擊開(kāi)始算起，已經(jīng)過(guò)去將近四年。高端市場(chǎng)，比拼的就是技術(shù)硬實(shí)力以及快速應變的能力。
四年間，聯(lián)發(fā)科旗艦移動(dòng)芯片在芯片架構革新、移動(dòng)光追技術(shù)應用、AI大模型落地等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)節點(diǎn)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(shí)力的體現，從另一方面來(lái)看也是一家企業(yè)對行業(yè)發(fā)展趨勢的精準把握。芯片產(chǎn)業(yè)是長(cháng)周期、重資產(chǎn)的，因此能夠踩對節奏、把握住市場(chǎng)需求的變化，對一家芯片設計公司來(lái)說(shuō)是尤為重要的?；蛟S這也是聯(lián)發(fā)科能夠長(cháng)期坐穩全球智能手機芯片市場(chǎng)出貨量第一的主要因素之一。未來(lái)，隨著(zhù)AI大模型的深度融入，智能手機產(chǎn)業(yè)必然將會(huì )涌現出更多新的變量，例如AI多模態(tài)能力帶來(lái)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)展趨勢做出調整。各類(lèi)應用對手機芯片算力的要求仍然會(huì )快速提升，手機應對的場(chǎng)景會(huì )更加多樣和復雜，對于多核性能的要求提升，同時(shí)在工藝制程來(lái)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設計，必然會(huì )越來(lái)越多的涌現。不論是以聯(lián)發(fā)科為代表的芯片巨頭的實(shí)際動(dòng)作，還是從上游芯片IP廠(chǎng)商Arm的規劃方向來(lái)看，大核占比的增加必然會(huì )是手機旗艦芯片迭代的重要方向，全大核設計也將成為行業(yè)的標準。
在聯(lián)發(fā)科看來(lái)，全大核設計以及端側生成式AI的落地也必然會(huì )是未來(lái)旗艦芯片發(fā)展的兩大核心方向。在手機芯片產(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)的應用總是伴隨著(zhù)挑戰，但當廠(chǎng)商通過(guò)自身技術(shù)研發(fā)克服這些挑戰時(shí)，迎來(lái)的往往就是由自己主導的“新時(shí)代”。
05.結語(yǔ)：用硬核技術(shù)顛覆芯片設計，瞄準旗艦市場(chǎng)，聯(lián)發(fā)科的高端路行穩致遠
聯(lián)發(fā)科天璣9300的全大核設計，初看頗有些大膽，甚至有些“不可思議”，但當我們看過(guò)實(shí)測數據后，卻發(fā)現其可以帶來(lái)顯著(zhù)的性能和能效提升，成為當下移動(dòng)芯片設計領(lǐng)域一種值得借鑒的思路，也大概率將成為后續移動(dòng)芯片設計的主流方向之一。與此同時(shí)，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，以及在A(yíng)I、游戲、影像、連接等領(lǐng)域的賦能都在繼續拓寬智能手機體驗的邊界。近日vivo官宣了X100系列將在11月13日首發(fā)天璣9300，業(yè)內和消費者們對這款產(chǎn)品抱有很高期待，其能夠帶來(lái)怎樣的驚艷表現，我們將持續關(guān)注。未來(lái)，隨著(zhù)AI大模型的融入，應用的負載還會(huì )進(jìn)一步增加，對手機芯片算力的需求會(huì )水漲船高，手機芯片性能的提升，還遠未到終點(diǎn)。天璣9300，或許代表著(zhù)手機芯片發(fā)展來(lái)到了一個(gè)新的里程碑式的節點(diǎn)，但放眼未來(lái)，手機芯片的較量，還遠未結束。在未來(lái)基于A(yíng)I的萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，芯片巨頭們的博弈焦點(diǎn)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(huì )體現在生態(tài)的博弈上。如何面對這些新的挑戰，是每一個(gè)玩家迫切需要思考的。
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