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全球首款台积电4nm芯片,联发科天玑9000做了哪些升级?

北京时间11月19日,联发科发布了其最新旗舰5G移动平台天玑9000,这是业界首款采用台积电4nm制程的智能手机芯片,比据传高通11月30日将发布的基于三星4nm工艺的新一代骁龙旗舰处理器足足早了11天。天玑9000对联发科来说,具备极其重要的意义。

北京时间2021年11月19日早上6点,在“MediaTek 2021高管峰会”上,联发科副董事长暨首席执行官蔡力行激动地向国际电子商情在内的行业媒体说:“以目前MediaTek对技术、产品的投资及布局,我们对未来三年营收成长mid-teens (中双位数)的目标深具信心。”Ii0esmc

也是在同时,联发科发布了其最新旗舰5G移动平台天玑9000,这是业界首款采用台积电4nm制程的智能手机芯片,比据传高通11月30日将发布的基于三星4nm工艺的新一代骁龙旗舰处理器足足早了11天。天玑9000对联发科来说,具备极其重要的意义。它身上寄托着联发科未来几年内,能否超越其他竞争对手,并在高端旗舰手机领域更进一步的重担。Ii0esmc

据联发科公布的信息显示,天玑9000将于2022年投入量产,其跑分已经突破百万,是唯一一款跑分破百万的安卓处理器。在这次面向全球媒体的“MediaTek 2021高管峰会”上,联发科还公布了天玑9000的更多重磅参数。Ii0esmc

天玑9000对联发科的重要意义

在前文我们也提到,天玑9000对联发科的重要意义,就目前联发科公布的一系列信息可知,天玑9000将基于当前最先进的芯片工艺——台积电4nm制程工艺。对半导体行业稍微有了解的朋友都知道,台积电的先进工艺芯片产能有限,芯片厂商需要“抢”产能。一般来说,各芯片厂甚至需要提前几年预定产能。Ii0esmc

联发科是全球知名无晶圆半导体公司(Fabless),对这类公司而言,一个好的芯片代工厂(Foundry)极其重要。而台积电在芯片代工领域的地位毋庸置疑,我们也注意到,业内甚至有观点认为,在同样制成工艺条件下,台积电产芯片的性能和稳定性高于三星。联发科这次能抢到台积电4nm的单,无疑会给他们接下来的发展锦上添花。Ii0esmc

说到台积电4nm工艺,据台积电总裁魏哲家在“2020年台积电技术研讨会”上的发言,其N4(即4nm)在速度、功耗和密度上有所提升,并且与N5(即5nm)有100%的IP相容性,因而能够沿用N5既有的设计基础架构,加速产品创新,N4将于2021年第四季度开始试产。台积电本来计划在今年Q4开始试产4nm芯片,但实际上在Q3台积电已经提前风险试产。Ii0esmc

所以,副董事长暨首席执行官蔡力行能在全球媒体面前自信地说出:“以目前MediaTek对技术、产品的投资及布局,我们对未来三年营收成长mid-teens (中双位数)的目标深具信心。”Ii0esmc

据他介绍,超低功耗技术已经展现在天玑9000及其他产品上,同时,联发科长期拥有快速扩大产品出货、营运规模的能力,外加每年驱动超过20亿台多样化智能联网设备,是其在数字转型及元宇宙发展趋势下的差异化优势。Ii0esmc

他强调,天玑9000 是联发科在通信、人工智能、多媒体等领域多年来积极和持续技术投资的成果,这些先进技术也将持续贯穿其多元的产品线。Ii0esmc

联发科2021年业绩及未来战略

借着这次高管峰会,蔡力行公布了联发科2021年的业绩情况以及未来几年的战略决策。据他透露,联发科2021年的营收预计将达170亿美金,该数字约为2019年营收的两倍(去年全年营收为80亿美金)。同时,今年的净利估计将为2019年的5倍。很显然,联发科今年的业绩已经创历史纪录。Ii0esmc

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联发科认为,广泛的产品组合为其带来均衡结构性全面成长。2021年Q1至Q3,该公司所有的业务线和收入组都实现了强劲的营收增长,预估今年的年成长率为60%,远超过全球半导体整体23%的增长。Ii0esmc

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具体来看,联发科在以下这些领域的表现,带动了在整体市场占比的增加——移动通信方面(2021 YoY为57%),5G换机潮和高端机的扩充,提升了联发科的全球市占率;物联网、计算和ASIC方面(2021 YoY为22%),借助Wi-Fi 6 升级、Chromebook笔记本电脑普及的东风,联发科进入新产品领域,例如笔记本电脑、CPE、ASIC 新项目;智能家居方面(2021 YoY为14%),面向更高分辨率和支持AI的智能电视产品;电源管理芯片方面(2021 YoY为7%),5G和Wi-Fi 5-6的升级带动PMIC需求大增。Ii0esmc

基于以上业绩,联发科制定了新的长期投资的计划,并对未来做了新的展望。蔡力行说:“我们今年计划在高性能计算、无缝连网、低功耗,先进制程以及封装技术方面投入33亿美金的资金。我们预见,云计算持续成长,终端设备也倍数成长,低功耗的需求会越来越高。”Ii0esmc

我们在边缘计算和连网方面拥有领先地位,例如提供卓越游戏体验、暗光拍照和录像、8K电视/显示以及Wi-Fi相关技术的各式应用等,而这也都是元宇宙所需的技术元素。”以上技术是联发科现在及未来成长的基础,因此他对公司未来的成长很有信心。Ii0esmc

天玑9000有做哪些升级?

回顾联发科在5G SoC的历史:2019 年,该公司发布了其首颗5G SoC天玑1000;2020年,发布了其第一款 6nm 5G SoC;2021年11月,发布了最新旗舰 5G SoC天玑9000。可以说,整个天玑系列承载着联发科在5G旗舰机型智上的野心。Ii0esmc

天玑9000定位为旗舰级别,相比前代产品,前者主要在算力、多媒体、连接性方面均有提升。天玑9000预计将于2022年开始量产,是首款采用台积电4nm工艺的处理器,业内预计明年的顶级旗舰芯片都将采用该工艺。Ii0esmc

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联发科天玑9000参数信息Ii0esmc

简单来看,天玑9000主要具备7大亮点:

  1. 业界率先台积电4nm工艺的智能手机芯片。
  2. 采用了高性能超大核Cortex-X2,其中1个Arm Cortex-X2超大核心,频率3.05GHz;3个Arm Cortex-A710大核心,频率2.85GHz;4个Arm Cortex-A510小能效核心;支持LPDDR5X内存,速率达7500Mbps。
  3. ISP性能显著提升,具备出众的HDR效果。内置了旗舰级18位HDR-ISP图像信号处理器,处理速度高达90亿像素/秒;支持三个摄像头同时处理18位HDR视频,且三摄均支持三重曝光;最高可支持3.2亿像素摄像头。
  4. 搭载MediaTek第五代AI处理器APU,满足拍摄、游戏、视频等应用的高能效AI要求,根据MediaTek实验室数据显示,天玑9000的能效是上一代的4倍。
  5. 进化的移动游戏体验。采用Arm Mail-G710十核GPU,推出了移动端光线追踪图形渲染技术,支持180Hz FHD+显示,开发者可灵活运用以上技术,为安卓应用带来更好的游戏体验。值得注意的是,Arm Mail-G710十核GPU带来了35%的性能提升,60%的功率效率提升。
  6. 集成的新一代5GG调制解调器MediaTek M80,符合3GPP R16标准,支持Sub-6GHz 5G全频段网络。3CC多载波聚合300MHz下行速率达7Gbps,带来优异的Sub-6GHz 5G网络体验;率先支持R16超级上行,包括补充上行和上行载波聚合两种技术方案;MediaTek 5G UltraSave省电技术再升级,大幅降低5G通信功耗。
  7. 在无线网络与音频技术方面,支持时延更低的蓝牙5.3、Wi-Fi 6E 2x2 MIMO、蓝牙LE Audio,可提供双链路真无线立体声音频体验,另外还支持新型北斗III代-B1C GNSS。满足游戏、流媒体和视频会议等关键应用的需求。

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联发科无线通信事业部副总经理李彦辑介绍说,基于以上诸多优势,配置天玑9000的机型在AnTuTu v9(安兔兔v9)上跑分超过100万,该跑分数据刷新了移动SoC的新纪录。Ii0esmc

以下国际电子商情将主要针对天玑9000在各方面的提升展开做介绍:

·CPU

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李彦辑表示,与其他安卓旗舰处理器相比,Arm Cortex-X2超大核心可带来35%的性能提升和37%的功率效率。Ii0esmc

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联发科也重新设计了缓存系统(8MB L3+6MB System Cache),在能够提高性能和功耗的同时,14MB的缓存系统进一步提高了7%的性能,并减少了25%的带宽消耗。Ii0esmc

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移动CPU上14MB的概念意味着什么?李彦辑以笔记本电脑的CPU为例,天玑9000的缓存系统相当于笔电CPU i7,而i7上缓存系统的大小在12MB-16MB不等。Ii0esmc

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从性能的角度来看,在系统级别的性能基准测试中,天玑9000 CPU与当前的Android旗舰产品相比较,在Specin2K6版本上性能提升35%。在核心水平方面,天玑9000的性能峰值最高达10%。Ii0esmc

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李彦辑认为,多核性能更加重要,因为大多数时候,大家使用智能手机时,经常会有很多APP在后台运行,多核性能好则能帮助用户同步开启多个软件。因此,在多核性能对比方面,联发科不仅比较了Android旗舰手机,还比较了某公司2020年和2021年发布的非Android手机。Ii0esmc

结果显示,天玑9000的CPU性能,达到了该公司2021年旗舰手机的水平。而这家公司在2021年的旗舰机型在geekbench 5.0中的得分超过4000分,而这个得分将是2022年旗舰智能手机的新标准。Ii0esmc

·GPU

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在GPU方面,联发科在天玑9000上实现了全球首个Mali-G710 GPU十核心。与现在的Android旗舰产品相比,天玑9000能够进一步提高35%的GPU性能,以及60%的能源效率。此外,天玑9000的GPU还实现了光线追踪功能,这是将PC级别的游戏带到手机上的非常流行的功能。通过借助于天玑9000,移动设备也能支持光线追踪。Ii0esmc

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游戏玩家在玩手游时,经常会面临手机电量消耗过快、帧率无法保持始终如一的问题。联发科对比了天玑9000机型与2021年旗舰机型,在玩同一款每秒帧率为60的游戏(原神)过程中,在测试的24分钟里,天玑9000机型比2021年旗舰手机维持更高的帧率。Ii0esmc

·内存

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据介绍,天玑9000实现了全球首个高达7500Mbps的LPDDR5x,该配置能帮助用户在玩游戏时,提供了大量的带宽和更短的延迟。比当前主流的LPDDR5 5500Mbps增加了36%的带宽,减少了约20%的延迟。Ii0esmc

·人工智能处理单元

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一个强大的能源效率人工智能处理单元,对多媒体体验非常重要。上一代天玑SoC内置了两个大核和三个小核的人工智能处理单元。在天玑9000中,联发科改变了架构,这带来了4倍的性能提升,也提升了4倍能效。新架构将能帮助用户实现更多摄像头的集成。Ii0esmc

·ISP处理单元

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天玑9000还有新的架构,这个结构提高了ISP计算的能力,目前实现了3.2亿像素的相机捕捉,每秒90亿像素的最高计算能力,与上一代产品相比,吞吐量增加了2倍,能够提高10倍的视频降噪。Ii0esmc

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联发科的互联网服务提供商的架构创新,据介绍联发科的天玑9000有3个互联网服务提供商。保证在视频模式下可以同时运行3个ISP,能够在系统中处理270帧每秒的数据。不仅如此,由于HDR需要更多的位元来提供动态范围。天玑9000将ISP处理增加到18位元,这是业界首个在ISP管道中实现18位元。Ii0esmc

在ISP上的另一个创新是,将ISP与人工智能处理单元紧密结合,这样就可以使用人工智能更有效地处理图像和视频。集合图像ISP和APU之间的流程化处理,保证所有的数据都可以在管道中做处理。当用户有视频或需实时处理巨大的图像时,不需要进出DRAM来交换特殊的数据。Ii0esmc

·5G连接

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天玑9000是首款实现3CC聚合的芯片,其运行频率高达300兆赫,速度为7Gbps。同时,也是第一个实现R16 5G模式上行的芯片。李彦辑介绍,发行版R16将在明年大规模应用。与已经发布的R15中的2CC相比,天玑9000能够达到7Gbps的下载速度,上行速度还可提高3倍,这将能缩短延迟。Ii0esmc

同时,天玑9000在能耗方面也有出色的表现。在R16,联发科将进一步改进UltraSave技术,升级到下一代UltraSave 2.0。与2021年的旗舰机型相比,天玑9000机型在连接模式下,最多可减少32%的功耗,在高速模式下能减少27%的功耗。Ii0esmc

在连接方面,天玑9000通过将吞吐量提高一倍至160MHz来改善Wi-Fi连接,同时也可支持Wi-Fi 6E或6GHz频段。还配置了蓝牙5.3版本,这将能够给智能手机及配套的硬件产品带来更多的功能。Ii0esmc

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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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