聯發科天璣9000深度挖掘,它如何做到了超高能效

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不久前,我們三易生活已經為大家帶來了關於聯發科天璣9000工程機的理論效能分析。在當時的內容中我們曾提到,天璣9000這款全新的旗艦SoC不僅能在多款測試軟體裡達到目前的頂級水準,更為重要的是,與同期競品相比其在多核場景下的效能顯著領先,同時在低負載長時間測試中也表現出了幾乎不升溫的驚人熱控能力。

天璣9000工程機的安兔兔評測成績

很顯然,這樣的跑分成績與此前天璣9000在能效比方面有著巨大優勢的各種傳言是完全吻合的,但問題在於,可能許多朋友並不清楚,聯發科此次到底是如何實現高效能低發熱、如何做到了“超高能效比”。

既然如此,那麼我們今天就根據目前已知的公開資訊,以及此前與聯發科方面在溝通中獲悉的一些資訊,來為大家解析天璣9000高能效比背後的祕密。

  • 積極採用最新技術,為高能效比打下了堅實的基礎

聯發科在5G時代的崛起,可以追溯到2019年11月釋出的天璣1000,當時這款5G SoC一經亮相,就引發了外界的眾多關注。而它之所以能夠“一炮而紅”,很大一方面的原因就在於天璣1000+無論在架構、製程,還是效能水準上,都追平了當時的行業頂尖水準。

而從天璣1000+到後來天璣1200,再到如今的天璣9000,縱觀這三代旗艦產品不難發現,“積極採用最新的技術和設計思路”,顯然已經成為了聯發科的成功之道。

當然,這種對於“新技術”、“新設計”的積極採用並非盲目,而是有著很明確目的性,甚至可以說是一環緊扣一環。

以此次的天璣9000為例,其所使用的是Cortex-X2超大核+Cortex-A710大核+Cortex-A510小核的CPU架構設計,同時這也是目前ARM最新、也最旗艦的架構方案。但如果僅僅只是這樣,那麼在其他競爭對手也是同樣CPU架構的情況下,豈不是就沒有差距了嗎。

很顯然,聯發科在面對這種情況時,是有著深入思考的。要知道,縱觀如今的消費電子行業,不管是Intel的Alderlake、AMD的Zen3、還是蘋果的M1系列晶片,增大快取和增大記憶體頻寬都已經被證明是能夠有效提升多媒體應用效能的設計方案。

或許正因如此,我們在天璣9000上看到了目前Android旗艦SoC裡最大的快取設計,同時天璣9000也成為了行業內首款應用LPDDR5X-7500記憶體的旗艦SoC。事實上,無論在快取容量、還是記憶體頻寬上,它都做到了相比同期競爭對手的大幅領先。

但是更大的快取並不是只有好處,還意味著晶片製造成本的提高。同時由於快取本身屬於高能耗部件,所以要想靠它來提高能效比,就必須要讓“大快取”帶來的效能改善幅度明顯大於快取本身帶來的功耗增幅才行。

有的朋友可能還沒有意識到,在天璣9000之前,其實Android陣營已經很長時間沒有頂級旗艦SoC使用臺積電的最新制程了。因此在天璣9000之前,臺積電其實是沒有代工過ARM公版架構的超大核SoC。但與此同時,隔壁一向被認為能效比出色的蘋果,近年來都使用了最新的臺積電製程,而且往往是不惜重金去搶“最大單”的份額。

這說明了一個什麼問題?雖然我們並不能直接下定論,但至少從結果來看,天璣9000的超大快取設計、更激進的新型記憶體方案,以及比競爭對手明顯更高的Cortex-A710大核主頻,都沒有為其帶來更高的功耗。事實上,在高負載測試場景下,它們明顯能夠更好地“全力輸出”,充分發揮出了新技術、新設計的優勢。

  • 務實的“全域性能效優化技術”,或成為了聯發科的祕密武器

到目前為止,我們說天璣9000採用了目前業內一系列最先進的架構、設計、技術、製程,而這些最先進的細節相輔相成,則帶來了顯著的加成作用。

但是到了這一步,所涉及的還僅僅只是硬體的原始設計,而將這些先進的原始設計真正“轉化”為天璣9000在實際應用中高效能、低功耗表現的,顯然還有另外的因素。

這,就是聯發科此次的全域性能效優化技術。那麼何謂“全域性能效優化”?要理解這個概念,我們需要將其拆分為兩個層面來看。

首先,根據此前在與聯發科方面的溝通中我們獲悉,他們此次在決定天璣9000每一個部件的具體規格的時候,基本都是以“實際應用中的能效比”作為第一齣發點去考量。

比如在前文中提及,天璣9000的CPU比競爭對手有著更新的記憶體支援、更大的快取。根據鎂光此前釋出、基於天璣9000的測試資料顯示,LPDDR5X的延遲比LPDDR5能減少多達20%。這也就意味著,CPU等待記憶體完成讀寫操作的時間更短,在計算量相同的情況下,CPU能更早地完成計算,可以更早把頻率降下來,從而變相減少了需要持續高頻運作的時間。

同理,更大的快取能夠顯著降低CPU需要訪問記憶體的次數,這又進一步降低了記憶體控制器的單位時間功耗,同時進一步提高了運算效率。

除此之外,根據聯發科方面此前透露的資訊顯示,在GPU設計上天璣9000之所以選擇Mali-G710 MC10,一方面是因為ARM最新的GPU架構本身有一個特殊設計,可以大幅降低CPU參與協同計算時的負載;另一方面,在測試資料中顯示,MC10在高負載執行時的效能已經完全足夠滿足當前所有主流手遊的需求,同時在低負載下,其能效比是所有核心數量組合裡最高的,所以最終決定採用這樣的一款GPU設計方案。

其次,在每一個部件單獨考量功耗之餘,天璣9000這次在很多場景下都進行了異構計算與協同運作的設計。通過事先設計好的優化體系,天璣9000能夠選擇效率更高的“核心”來完成最適合的工作,從而起到降功耗和降溫的作用。

其中一個很典型的例子,就是天璣9000的拍照計算流程。要知道,天璣9000此次的ISP設計算力非常強悍,其畫素吞吐能力幾乎達到了競爭對手的三倍之多(90億畫素/秒)。但是在能效比這一部分,天璣9000的APU能效比相比上代設計大漲400%,顯然更有優勢。

於是乎,當天璣9000在進行夜景拍攝的時候,所呼叫的其實是APU,用AI演算法來進行夜景降噪處理,而不是基於ISP的多幀合成。當天璣9000在拍攝或回放影片內容時,其APU也有參與進行影片實時渲染、甚至是影片實時超分,而不是光靠ISP或CPU來“硬算”。

除此之外,聯發科方面還透露,在一些遊戲場景裡,天璣9000的CPU、GPU和APU也能協同工作,並通過APU的畫面超分能力實現類似PC上“深度學習超取樣”這類低解析度計算、高解析度輸出的功能,從而在不影響遊戲最終體驗的前提下,直接降低CPU和GPU的實際負載。

  • 高能效比需要優化支撐,但這對於聯發科來說正是強項

不難看出,積極採用先進技術和製程,在規格制定階段就以能效作為優先考量,再加上多場景下的異構協同計算設計,是天璣9000此次能夠兼顧“高效能”和“高能效比”的“祕密”。

但是在這之中其實有一點格外值得關注,那就是多場景的異構計算設計,這項設計已成為晶片提高效能、降低功耗的必備技法,在天璣9000晶片上我們也有看到AI與GPU、ISP的緊密協同。聯發科旗下的手機SoC產品已經連續五個季度穩坐“全球市場份額第一”的交椅,無論手機廠商、還是開發者,都必定要考慮與其新款SoC的適配問題。

另一方面,在技術協同優化這件事上,聯發科本身也有著非常積極的態度。針對手機廠商,他們的“天璣5G開放架構”可以提供個性化的演算法、硬體定製調校,在不同的裝置上發揮出各有特色的功能側重。而針對遊戲,聯發科也已經有一個名為“天璣之星”的遊戲生態聯盟,主要就是聯合各生態夥伴進行先進技術的合作和產品聯調。

事實上,目前聯發科方面已經透露,天璣9000“很有機會”具備首發新遊戲或首發合作相關技術。而這一現象,在兩年多前天璣1000登場的時候,幾乎是無法想象的。

換而言之,無論是從本身的硬體設計思路、多場景的功能設定,還是與行業夥伴的聯合優化方面來看,天璣9000都會很有機會成為2022年效能與能效雙雙登頂的旗艦平臺。而這不僅對於消費者來說會是一件大好事,同時也將為整個移動SoC市場注入更為激烈的競爭氛圍,從而有望引發未來手機SoC相關技術的進一步快速躍升。

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