華為、蘋果爭(zhēng)“世界首款7納米”，臺(tái)積電：穩(wěn)了！

(本文來自新智元微信號(hào)，本文作為轉(zhuǎn)載分享。）

“穩(wěn)了”！

昨天，在蘋果2018秋季新品發(fā)布會(huì)剛剛結(jié)束后的凌晨3點(diǎn)零1分，華為消費(fèi)者BG CEO余承東在微博上發(fā)文：“穩(wěn)了，我們十月十六日倫敦見！”

10月16日，倫敦，正是華為下半年旗艦機(jī) Mate20 系列的發(fā)布時(shí)間和地點(diǎn)。

隨后，“華為終端公司”微信號(hào)發(fā)布海報(bào)，標(biāo)語為——“謝謝你，給了我們做英雄的機(jī)會(huì)”。

這簡(jiǎn)直就像某老壇酸菜牛肉面的廣告最后直接說別人抄襲一樣，華為要表達(dá)的意思也再明顯不過。

今年，蘋果的新品外觀雖無太大新意，價(jià)格反而讓人“驚喜”：“廉價(jià)版”iPhone XR起售價(jià)6499元，頂配版iPhone XS MAX則高達(dá)12799元。

缺乏新意卻昂貴的蘋果新品，可能讓中國(guó)消費(fèi)者有更多的興趣關(guān)注國(guó)產(chǎn)手機(jī)。在這樣一個(gè)日子里，華為這一波操作不僅引起輿論熱議，熱心網(wǎng)友還紛紛在線激情P圖，為華為助威，順帶把華為送上了微博熱搜。

蘋果A12 vs 華為麒麟980：究竟誰才是全球首款7納米AI芯片？

這次輿論關(guān)注的一個(gè)最大焦點(diǎn)，是蘋果和華為雙方都在各自發(fā)布會(huì)上公開宣稱為“全球首款7納米手機(jī)SoC”的蘋果A12和華為麒麟980。

芯片決定了手機(jī)應(yīng)用程序的種類和性能，先把誰是“全球首款”這個(gè)問題放在一邊，新智元根據(jù)公開資料，整理了A12和麒麟980的性能規(guī)格對(duì)比：

A12仿生：iPhone 迄今最智能、 最強(qiáng)大的芯片

根據(jù)蘋果公司的說法，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎每秒能執(zhí)行 5 萬億次運(yùn)算，是之前的八倍，消耗的能量只有之前版本的十分之一。

在開始拆解分析蘋果A12仿生之前，我們應(yīng)該提一下去年A11仿生的重要升級(jí)也很重要。該處理器采用全新的性能控制器，允許 A11 同時(shí)運(yùn)行所有六個(gè)內(nèi)核，以實(shí)現(xiàn)密集型工作負(fù)載。蘋果在移動(dòng)硬件領(lǐng)域真正改變了游戲規(guī)則，這一事實(shí)鞏固了蘋果在智能手機(jī)處理器頂端的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

回到A12仿生，在 CPU 核心中，有兩個(gè)是為性能而設(shè)計(jì)的，比前一代 A11 仿生芯片快 15%。其他 4 個(gè) CPU 核心都是為提高效率而設(shè)計(jì)的，比 A11 仿生芯片節(jié)能最高達(dá) 50%。系統(tǒng)可以決定如何組合分配三種類型的核心，以最高效地運(yùn)行任務(wù)。

A12仿生的 GPU 為四核心，與 A11 仿生相比速度提升 50%。對(duì)于這個(gè)四核心的GPU，除了知道它是定制設(shè)計(jì)的外，現(xiàn)在還沒有任何公開架構(gòu)細(xì)節(jié)。這個(gè)GPU最早出現(xiàn)在A8上，具有定制的著色器核心（shader core）和編譯器。蘋果去年正式與Imagination Technologies分道揚(yáng)鑣，但早在那之前蘋果就開始著手自研定制設(shè)計(jì)。

最大的重頭戲是8核心的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，這是蘋果處理器升級(jí)的真正優(yōu)勢(shì)。A11的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎只有兩個(gè)核心，A12將其增加到8個(gè)——相應(yīng)地，峰值性能增加到5 TFLOPS，即每秒執(zhí)行 5 萬億次運(yùn)算。這是8倍的提升，顯示出密集SoC的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。此外，A12的ISP（圖像信號(hào)處理器）也加持了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，新iPhone系列的智能HDR效果有了大幅提升。

最后，半精度浮點(diǎn)數(shù)（16 位）也出現(xiàn)在 A12 上。 在 A8 之后，Apple 開始轉(zhuǎn)向 16 位，A12 的神經(jīng)引擎也是如此。這使得芯片可以快速執(zhí)行操作并節(jié)省電力。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎能力的提升，也增強(qiáng)了新 iPhone 的機(jī)器學(xué)習(xí)能力，包括發(fā)送信息、拍照、人像模式、AR 功能、甚至原彩顯示，都可以調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)路引擎進(jìn)行學(xué)習(xí)優(yōu)化。包括 Siri 在 iOS 12 中也擁有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能，可以深度學(xué)習(xí)用戶的使用路徑與習(xí)慣。值得一提的是，這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的運(yùn)算調(diào)用，所消耗的電量?jī)H為前代產(chǎn)品的十分之一。

A12仿生的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎也開放給 Core ML 平臺(tái)，Core ML 運(yùn)行速度比 A11 仿生提高 9 倍。開發(fā)者可將強(qiáng)大、實(shí)時(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用到自己的 app 中，讓學(xué)習(xí)在 iPhone 上即可進(jìn)行。

VLSI 研究分析師 G. Dan Hutcheson 稱，A12 仿生芯片是 “一項(xiàng)令人印象深刻的壯舉”，他說該芯片 “表明沿著摩爾定律這條路走下去，對(duì)各廠家來說仍然有吸引力”。

麒麟 980：創(chuàng)造了 6 個(gè)世界第一

華為的麒麟 980 芯片于 8 月 31 日在柏林 IFA 2018 上亮相。它將 69 億個(gè)晶體管封裝在一塊 1 平方厘米的芯片上。

華為宣稱，麒麟 980 創(chuàng)造了 6 個(gè)世界第一：

1、全球最早商用的臺(tái)積電 7nm 工藝的手機(jī) SoC 芯片

2、全球首次實(shí)現(xiàn)基于 ARM Cortex-A76 開發(fā)的商用 CPU 架構(gòu)，最高主頻可達(dá) 2.6GHz

3、全球首款搭載雙核 NPU

4、全球最新采用 Mali-G76 GPU

5、全球最先支持 LTE Cat.21，峰值下載速率 1.4Gbps，達(dá)到業(yè)內(nèi)最高

6、支持全球最快 LPDDR4X 顆粒，主頻最高可達(dá) 2133MHz，同樣業(yè)內(nèi)最高

具體來說，麒麟 980 是第一款使用基于 Arm Cortex-A76 處理器的芯片，與其前身 A73 和 A75 相比，性能提高了 75%，效率提高了 58%。

它有 8 個(gè)內(nèi)核，2 個(gè)是基于 A76 的大型高性能內(nèi)核，2 個(gè)同樣是 A76 的中等性能內(nèi)核，以及 4 個(gè)基于 Cortex-A55 設(shè)計(jì)的小型高效內(nèi)核。這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在 ARM big.LITTLE 架構(gòu)的一個(gè)變體上，其中大型處理器處理即時(shí)、密集的工作負(fù)載，小型處理器負(fù)責(zé)持續(xù)的后臺(tái)任務(wù)。

麒麟 980 的 GPU 組件稱為 Mali-G76，與上一代相比，它的性能提升了 46%，效率提升了 178% 的。麒麟 980 芯片還有一個(gè)雙核神經(jīng)處理單元。用業(yè)界最常用的圖像識(shí)別速率做標(biāo)準(zhǔn)，使用雙核 NPU 的麒麟 980 每分鐘識(shí)別圖片的數(shù)量達(dá)到 4500 張，比 970 增加了一倍多。

華為還設(shè)計(jì)了一個(gè)名叫 “Flex-Scheduling” 的智能調(diào)度機(jī)制，能根據(jù)手機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用智能地進(jìn)行三級(jí)的調(diào)度，比如播放音樂就只需要一個(gè)小核，使用社交軟件就動(dòng)用中核，當(dāng)有很多大量的負(fù)載，比如玩大型游戲時(shí)，就會(huì)使用大核。

蘋果華為相爭(zhēng)，臺(tái)積電成最大贏家

很難說蘋果A12仿生和麒麟980誰是真正的“王者”。光看數(shù)據(jù)，蘋果強(qiáng)調(diào)每秒計(jì)算次數(shù)，華為強(qiáng)調(diào)圖像識(shí)別速度，誰更厲害可能要等 10 月 16 日搭載麒麟 980 的華為 Mate 20 系列正式發(fā)布，拿真機(jī)測(cè)評(píng)才知道。

不過，A12處理器最傲人的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎的強(qiáng)化，一下子比上代提升9倍，有網(wǎng)友認(rèn)為相比980的NPU可能是碾壓級(jí)的。

蘋果A12也好，華為麒麟980也罷，如果非要指名點(diǎn)姓說一家，誰才是真正的“全球首款7納米芯片”，那答案則是生產(chǎn)這兩種芯片的臺(tái)積電。

事實(shí)上，現(xiàn)在的市場(chǎng)形勢(shì)對(duì)臺(tái)積電非常有利。

全球第二大晶圓代工廠格芯 （Global Foundries） 上月底宣布，將無限期擱置7納米投資計(jì)劃。

格芯執(zhí)行長(zhǎng) Tom Caulfield表示，執(zhí)行此計(jì)劃的背后原因是：無法承受與三星和臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)壓力。該公司希望避免將其大部分研究和設(shè)備預(yù)算，投入到可能永遠(yuǎn)無法獲得回報(bào)的工作中。

格芯的重要客戶是AMD，主要代工AMD的Ryzen、Radeon芯片。而此項(xiàng)宣布將使AMD將轉(zhuǎn)向臺(tái)積電。

這對(duì)臺(tái)積電來說也是一份意外之喜，據(jù)報(bào)道，AMD的相關(guān)訂單價(jià)值高達(dá)15億美元，但目前臺(tái)積電是唯一量產(chǎn)7nm代工廠，未來兩三年還有可能增加到50億美元。

盡管其他有可能角逐霸主之位的三星和英特爾也曾表示預(yù)定在2018年提供代工業(yè)者7納米節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)技術(shù)，但臺(tái)積電在這一方面仍處于領(lǐng)先位置。

為了摩爾定律“續(xù)命”，臺(tái)積電也拼了老命

至于臺(tái)積電本身，為了給摩爾定律“續(xù)命”，這家半導(dǎo)體巨頭也可謂是拼了老命。

在大多數(shù)人感嘆摩爾定律已經(jīng)走向完結(jié)的當(dāng)口，除了早早投入7納米工藝研發(fā)，并于2017年第二季度進(jìn)入試產(chǎn)階段。

臺(tái)積電使用DUV光刻的第一代7nm FinFET與此前10nm FinFET制程相比，7nm FinFET將可在晶體管數(shù)量不變的情況下使芯片尺寸減少37％，或在電路復(fù)雜度相同的情況下降低40％的功耗。

為了滿足聯(lián)發(fā)科、海思和高通等無晶圓廠客戶不斷增長(zhǎng)的需求，臺(tái)積電還提前在2018年第二季度將7納米工藝技術(shù)推向大規(guī)模生產(chǎn)。

據(jù)***當(dāng)?shù)孛襟wDIGITIMES今年6月報(bào)道，有消息人士稱，臺(tái)積電已經(jīng)收到越來越多的7納米訂單，還有更多的無晶圓廠客戶打算跳過10nm工藝，轉(zhuǎn)而直接使用7nm。

2016年，臺(tái)積電就對(duì)外宣稱，預(yù)計(jì)投入250億美元，建設(shè)制造5納米工藝芯片的工廠，并計(jì)劃于2020年上半年推出5納米工藝的芯片。

不僅如此，臺(tái)積電還表示，計(jì)劃在2022年之前籌建并運(yùn)營(yíng)全球首個(gè)3nm半導(dǎo)體晶圓廠，雖然有關(guān)其對(duì)環(huán)境潛在影響的公眾聽證會(huì)還在進(jìn)行中，并且有可能減緩其計(jì)劃。

但無論如何，3納米已經(jīng)逼近芯片上能容納晶體管數(shù)量的極限，再往下縮就不得不考慮電子的量子效應(yīng)。IBM高管在日前在一次公開發(fā)表會(huì)議上說，3年內(nèi)量計(jì)算機(jī)就將成為現(xiàn)實(shí)。

在摩爾定律這條路上，在代工廠這個(gè)商業(yè)模式上，臺(tái)積電非常成功，現(xiàn)在以及未來幾年也將很輝煌，但良品率和研發(fā)投入高昂的5納米、3納米工藝，性價(jià)比是否真的值得？

最終，由此帶來的性能提升，以及費(fèi)用增長(zhǎng)，都將落到消費(fèi)者身上。