麒麟9050 Pro评价:在制程落后背景下实现性能提升,但尚需突破先进技术限制
在一次对上海人工智能研究院的访谈中,研究员彭嘉昊对麒麟9050 Pro这一芯片进行了深入评价,他强调这款芯片的强大在于其创新的技术转型,而不仅仅是性能分数的提升。麒麟9050 Pro是首款实施逻辑折叠技术的手机芯片。由于受到最尖端制造设备的限制,研发团队不得不换个思路,不再专注于缩小晶体管的大小,而是重视减少信息传输的延迟。该芯片的优势主要在于数据的搬运能力,而逻辑折叠技术正是为了解决这一挑战。
在当前的技术封锁形势下,麒麟系列能够在制程落后的条件下依然展现出领先的性能水平,然而彭嘉昊也提醒我们,逻辑折叠技术实际上是一种系统工程的创新,并未实现对先进制程的根本性突破,未来仍需在封锁技术上取得广泛进展。逻辑折叠技术仅是提升效能的一种手段,不能完全替代先进制程。
值得一提的是,彭嘉昊的见解十分深刻,特别是在强调“逻辑折叠是增强效能的方案,无法替代先进制程”这一点上,与华为官方的解释高度一致。逻辑折叠通过缩短芯片内部的信息传输时间来提升性能,而英特尔和AMD也曾尝试采取类似的封装技术,但它们仍然以先进制程制造芯片为主要方案。AMD的3D V-Cache技术通过在CPU上层叠加额外缓存来提升信息传输速率,但这一方法带来了散热问题,因此在其第二代技术中对设计进行了调整,将缓存移动至计算单元下方以更好地散热。
如今,AMD和英特尔依然沿袭传统的摩尔定律,通过采用先进制程工艺来缩小晶体管并提高密度。英特尔甚至开始使用ASML生成的第二代高数值孔径EUV光刻机,以期在先进制程领域缩小与台积电和三星之间的差距。然而,中国半导体行业则无法获得ASML的EUV光刻机,连上一代的浸润式DUV光刻机也遭遇全面封锁。在这种情况下,华为选择了“时间缩微”作为替代方案,以应对严峻的技术局面。
业界通常通过3D封装技术来实现芯片堆叠,而华为的逻辑折叠则在计算单元的层面上进行了创新,通过混合键合技术实现内部电路的连接,从而开辟了一条前所未有的技术道路。针对3D堆叠可能导致的高温积热问题,海思半导体总裁何庭波在其最新论文中提出了解释,指出如果想突破7nm技术节点,就必须使用EUV光刻机。而由于华为无法获取此设备,只能寻找新的解决方案。逻辑折叠技术的核心工艺是3D混合键合,类似于焊接而非封装。
逻辑折叠使晶体管密度大幅提升,这是一个显著的成就。根据官方测试,逻辑折叠芯片的NPU功耗降低了66%,GPU降低了58%,性能核心CPU降低了41%。导致手机芯片热量增加的主要因素是数据传输最频繁的模块,包括NPU、GPU和DSP等,它们频繁在内存、缓冲区与计算单元间传递数据,这导致了热量聚集及功耗上升。逻辑折叠技术则成功攻克了这一难题,降低了各模块的热量密度,创造出更多空间以散热。
在手机内部添加导热硅脂、均热板等被动散热装置,可以进一步帮助降低芯片温度。这体现出通过内部设计和外部配置两方面来解决发热问题,相较于外部散热系统,内部设计的难度更大。彭嘉昊在采访中所做的总结与何庭波在论文中对逻辑折叠技术的解析相似。高性能芯片的功耗问题与数据交互效率直接相关,以往行业的3D堆叠技术主要通过封装进行信息交互的时间缩短,而应对热量问题的方式往往局限于外部散热系统。相比先进制程创造出的性能与功耗平衡,3D堆叠封装的效益却显得不足,英特尔在这方面也曾栽过跟头。
在先进制程未有颠覆性改善之前,通过逻辑折叠技术与软硬件协同的系统工程提升用户体验,完全开辟了与传统性能评估不同的发展道路。虽然这一“制程落后但性能领先”的概念看似矛盾,但各个芯片制造商和晶圆厂在设计与制造上的实力差异使其变得合理。例如,三星使用EUV光刻机制造的5nm和4nm旗舰芯片在性能及用户体验上,与国产的7nm工艺麒麟芯片不相上下;而谷歌设计的Tensor G4芯片,采用三星4nm工艺,但其能效表现却不如国产的麒麟9020。这导致了一个颇为尴尬的局面,到底是ASML的EUV光刻机不够优秀,还是谷歌的设计能力不足,或者是三星的制造工艺存在问题?
有鉴于此,三星之前制造的骁龙888和骁龙8gen1因散热问题导致芯片降频,从而影响了用户体验。即使芯片在性能上再强,其发热导致的降频也将使高性能的发挥受限。就连三星5nm工艺的骁龙888在功耗方面也未能超越台积电5nm的产品。