Pendekatan SoC Ganda, Modem 5G Terpadu

Selama 3 tahun terakhir, Huawei telah mengumumkan SoC generasi berikutnya pada acara teknologi IFA di Berlin. Dalam setiap kesempatan, perusahaan mempromosikan perangkat kerasnya, menggunakan teknologi proses terbaru, desain inti terbaru, dan opsi konektivitas terbaru. Prosesor andalan Kirin yang diumumkannya berakhir di setiap smartphone utama Huawei dan Honor untuk tahun depan, dan keluarga Kirin 990 yang diumumkan hari ini tidak berbeda. Dengan peluncuran Mate 30 yang terjadi pada tanggal 19 September, Huawei mengangkat tutupnya pada chipset andalannya yang baru, dengan beberapa putaran.

Pendekatan SoC Ganda: Kirin 990 (4G) dan Kirin 990 5G

Seiring kami memasuki era 5G, kami memiliki pasar bercabang dua. Di satu sisi, kami memiliki wilayah yang tidak siap untuk 5G, dan konsumen di sana tidak ingin membayar $$ ekstra atau daya atau potensi kompromi dalam perangkat untuk mendukung 5G. Wilayah lain mengendarai gelombang 5G, dan berada di ujung tombak, dan karenanya mungkin membayar premi. Daripada menawarkan solusi tunggal untuk kedua pasar, Huawei untuk pertama kalinya memecah strateginya, dengan dua versi Kirin 990.

Versi ini secara resmi akan dikenal sebagai Kirin 990 dan Kirin 990 5G. (4G) yang diletakkan di sini hanya untuk menambahkan pembeda untuk membedakan mereka. Dua chipset Kirin adalah, dan level dasar standar, hampir sama. Konfigurasi inti yang sama, dukungan kamera yang sama, memori yang sama, penyimpanan yang sama. Namun, di beberapa area utama di luar modem, ada perbedaan, seperti kinerja NPU dan frekuensi inti. Kami akan membahas ini sedikit. Namun perlu ditekankan bagaimana versi Kirin 990 5G adalah visi masa depan.

The Kirin 990 5G: SoC of the Future

Kami secara konsisten menggedor sekitar 5G, karena di situlah banyak infrastruktur dan investasi bergerak. Kembali di Mobile World Congress pada bulan Februari, kami membahas setiap perusahaan yang telah mengumumkan modem 5G tersendiri – sebuah chip yang ditambahkan ke perangkat untuk mengaktifkan 5G. Ini biasanya berarti bahwa kami memiliki chip pemrosesan standar dengan 4G, dan kemudian chip dukungan 5G tambahan di atasnya. Pada akhirnya untuk mendapatkan kinerja terbaik, chip 5G harus diintegrasikan pada silikon yang sama, memungkinkan efisiensi yang lebih baik dalam mode 5G dalam pertukaran untuk area die dan kompleksitas desain.

Sesuai bentuk, Huawei (dan lengan desainnya, HiSilicon), adalah yang pertama melakukannya untuk pasar ponsel cerdas.

Kirin 990 5G adalah desain terpadu yang sebenarnya, mendukung jaringan Sub-6 GHz 5G pada arsitektur SA dan NSA. Untuk menjaga agar ukuran die tetap terkontrol, Huawei menggunakan proses manufaktur 7+ terbaru TSMC dengan EUV, yang membantu memungkinkan ukuran die yang lebih kecil untuk jenis perangkat yang akan digunakan chip ini.

Sampai saat ini, baik Qualcomm, maupun Samsung, (atau Apple), memiliki desain chip unggulan terpadu yang hampir komersialisasi. Kami mengharapkan mereka untuk merilis perangkat keras saat mereka memperbarui secara generasi, tetapi hingga hari ini, Huawei adalah yang pertama mengumumkannya.

Jadi walaupun memiliki satu smartphone SoC yang dapat melakukan 4G dan 5G tanpa perangkat keras tambahan, Huawei tetap percaya akan lebih baik untuk memproduksi chip terpisah tanpa 5G di dalamnya, terutama karena adopsi 5G masih berlangsung secara global, dan masih beberapa tahun lagi untuk beberapa pasar tempat Huawei bersaing. Ini juga membantu Huawei membagi beberapa fitur-fiturnya, menghemat yang terbaik untuk perangkat keras 5G.

Seri Kirin 990: Detail

Seperti yang disebutkan, salah satu elemen kunci dari Kirin 990 5G adalah penggunaan 7SM + TSMC dengan EUV, yang memungkinkan chip memiliki ukuran die yang kecil. Kami diberitahu bahwa chip lebih dari 100mm2, yang naik dari 74,13 mm2 pada Kirin 980 (TSMC 7nm) dan 96,72 mm2 pada Kirin 970 (TSMC 10nm), mungkin menjadikannya SoC smartphone terbesar Huawei hingga saat ini. Ini dibandingkan dengan versi 4G Kirin 990, yaitu sekitar ~ 90 mm2, tetapi dibangun pada proses 7nm yang sama dengan Kirin 980, membuatnya sedikit lebih besar. Hitungan transistor untuk kedua chip menempatkan 990 5G pada 10,3 miliar, sedangkan 990 4G ~ 8 miliar.

CPU

Konfigurasi inti pada kedua SoC adalah sama – dua core A76 frekuensi tinggi, dua core A76 frekuensi sedang, dan empat core A55 yang lebih efisien. Ini dibagi menjadi daya dan domain frekuensi mereka sendiri, memungkinkan fleksibilitas yang lebih baik berdasarkan beban kerja. Namun, 990 5G dan 990 4G keduanya akan memiliki frekuensi yang sedikit berbeda, berdasarkan perbedaan antara proses 7 dan 7+.

Untuk cache, keempat core A76 memiliki 512 KB L2, sedangkan core A55 masing-masing 128 KB.

Secara teknis Huawei menyebut inti A76 sebagai 'berbasis A76', karena perangkat tambahan tertentu telah dibuat pada inti sistem cache untuk meningkatkan latensi memori. Huawei menentukan lebih dari sekadar mengatakan bahwa implementasi 'SmartCache', yang membantu GPU, juga membantu CPU dan NPU juga. Kami percaya ini pada dasarnya adalah cache level berikutnya di atas DynamiQ DSU, mirip dengan implementasi Qualcomm dan Samsung.

Catatan di sini: kami mengharapkan Huawei meluncurkan Kirin baru dengan core A77 terbaru Arm, seperti yang diumumkan awal tahun ini. Meskipun menjadi anggota mitra Arm yang diprioritaskan, tim teknis perusahaan menjelaskan kepada kami dua hal: pertama, keputusan inti dibuat hampir dua tahun lalu untuk chip ini, tetapi selain itu, mereka tidak melihat frekuensi yang diharapkan dari A77 pada TSMC's. Proses 7nm.

Huawei menyatakan bahwa meskipun A77 mencapai kinerja puncak yang lebih tinggi, efisiensi daya A77 dan A76 pada 7nm secara praktis identik, namun karena pengalaman yang lebih baik dengan A76 pada 7nm, mereka mampu mendorong frekuensi inti lebih tinggi. Disebutkan bahwa perusahaan lain dengan mengumumkan produk A77 hanya mencapai 2,2 GHz pada teknologi proses serupa di pabrik lain. Dikatakan bahwa A77 kemungkinan akan datang pada produk masa depan, kemungkinan besar ketika 5nm menjadi lebih banyak tersedia.

Pada topik dukungan LPDDR5, kami diberitahu bahwa LPDDR5 masih merupakan teknologi yang mahal, dan Huawei sedang mencari produk masa depan.

Graphics

Untuk grafis, bagian Kirin 990 akan memiliki implementasi Mali-G76 16-inti, naik dari Mali-G76 10-inti pada Kirin 980. Ini adalah sebagian alasan peningkatan ukuran: Huawei percaya bahwa tegangan lebih rendah, frekuensi lebih rendah tetapi GPU yang lebih luas akan menawarkan chip yang lebih baik secara keseluruhan.

Kinerja GPU telah meningkat saat kami beralih dari desain 10-core 750 MHz ke desain 16-core 700 MHz.

NPU

Selain menerapkan modem 5G, perubahan terbesar pada Kirin 990 akan menjadi NPU, atau Neural Processing Unit. Sebagai perusahaan, kami melihat Huawei mempromosikan perubahan ini sebanyak itu, karena pada akhirnya itu akan transparan bagi konsumen, tetapi untuk sisi teknis, hal ini merupakan langkah besar.

Dalam perangkat keras Kirin 970 dan Kirin 980, Huawei mensublisensikan desain perangkat keras pembelajaran mesin dari Cambricon Technologies, yang dipisahkan dari proyek penelitian universitas di Cina. Huawei akhirnya berinvestasi di perusahaan, meskipun lisensi perangkat kerasnya eksklusif, tetapi Huawei memperoleh akses ke desain terdepan dan diberikan opsi penyesuaian. Dengan Kirin 990, kemitraan dengan Cambricon menghilang, dan perusahaan menerapkan arsitektur internal Da Vinci.

Kami membahas arsitektur Da Vinci di Hot Chips beberapa minggu yang lalu, di mana perusahaan mengangkat tutup pada sejumlah detail teknis di balik desain. Huawei telah mengumumkan bahwa arsitektur ini akan ditemukan dalam segala hal mulai dari 300W kartu server tambahan hingga perangkat tertanam berukuran kartu kredit. Chip smartphone pertama dari Huawei dengan NPU berbasis Da Vinci adalah Kirin 810, tetapi sekarang hadir dengan SoC unggulan untuk generasi 2019/2020.

Apa tepatnya yang dibawa Da Vinci? Dua elemen, keduanya penting ketika menerapkan algoritma pembelajaran mesin.

Pertama, inti Da Vinci 'besar' mendukung kuantisasi jaringan INT8 dan FP16. Dalam Kirin 980 dengan desain Cambricon, NPU ganda terpecah, dengan kedua core mendukung FP16, tetapi hanya satu yang mendukung INT8 karena alasan teknis. Pembatasan itu menghilang, dan semua inti Da Vinci besar mendukung keduanya. Dukungan kuantisasi menjadi penting untuk menawarkan solusi daya yang lebih cepat dan lebih rendah untuk masalah inferensi ML.

Perubahan kedua adalah penambahan NPU 'Tiny Core' baru. Baik model 4G dan 5G akan memilikinya, dan ini adalah versi yang lebih kecil dari arsitektur Da Vinci yang berfokus pada efisiensi daya (Huawei menyebutkan efisiensi 24x lebih baik) yang terhubung melalui bus AXI. Kinerja Tiny Core secara alami lebih rendah, tetapi tempat di mana ML yang tidak kritis atau rendah poling dapat terjadi, seperti wake-on-voice, atau pengisian karakteristik. Bahkan dapat memproses foto individu, tetapi masih cukup cepat untuk mencocokkan pola pada video langsung. Untuk itu, Anda perlu core besar.

Salah satu fitur kunci tentang Da Vinci yang patut dicatat adalah bahwa Huawei telah menyatakan bahwa ia telah mengoptimalkan tumpukan perangkat lunak untuk 90% jaringan saraf berbasis visi komputer yang paling populer di pasaran. Salah satu keunggulan desain Da Vinci dibandingkan desain Cambricon adalah bahwa Da Vinci sepenuhnya sesuai NNAPI, sedangkan versi yang lebih lama merupakan perpaduan fitur yang berlaku.

Dengan perubahan NPU, tetapi juga perbedaan antara 990 5G dan 990 4G. Salah satu kontribusi terhadap perbedaan ukuran die, selain dari modem, GPU, dan proses pembuatan, adalah bahwa 990 5G memiliki dua kali lipat jumlah inti NPU. 990 5G akan memiliki dua inti NPU 'besar', mendukung proses ML ganda secara kompetitif, bersama dengan NPU Tiny Core. 990 4G sebagai perbandingan hanya akan memiliki satu inti NPU 'besar', ditambah Tiny Core.

Ini berarti kita cenderung melihat fitur-fitur tertentu yang datang ke perangkat Kirin 990 5G yang mungkin tidak dimungkinkan pada perangkat Kirin 990 4G. Akan menarik untuk melihat bagaimana Huawei sebagai perusahaan mengelola pengiriman pesan itu, terutama jika pada akhirnya menawarkan perangkat andalannya dalam rasa 4G-only dan 5G saja.

The Balong Modem

Selain sebagai desain 5G smartphone terintegrasi pertama, pada akhirnya Huawei tidak memberikan banyak detail tentang modem 5G yang baru, atau pembaruan apa pun pada desain 4G. Disebutkan bahwa Kirin 990 5G adalah modem frekuensi full-band pertama yang mendukung arsitektur NSA dan SA (Meskipun Exynos Modem 5100 secara teknis memiliki judul ini).

Mereka mengutip kecepatan puncak dengan modem akan mencapai unduhan 2,3 Gbps dan unggahan 1,25 Gbps, dengan teknologi beamforming berbasis ML tambahan yang membantu mendukung kecepatan lebih cepat selama perjalanan berkecepatan tinggi. Desain juga akan memungkinkan untuk koneksi ke 5G dan 4G secara bersamaan, untuk area sinyal lemah. Kami mengkonfirmasi bahwa perusahaan masih menggunakan DSP Tensilica, dengan tim teknis menyatakan bahwa meskipun ada kekhawatiran internasional, lisensi untuk Tensilica masih berlaku.

Klaim Performa Huawei pada Kirin 990 5G

Seperti yang mungkin diharapkan, Huawei ingin menunjukkan kinerja SoC yang lebih besar terhadap pesaing saat ini di pasar. Model 4G di banyak grafik kami ditunjukkan.

Angka utama adalah untuk peningkatan + 9% kinerja ulir tunggal dari Kirin 980 ke Kirin 990 5G, kebanyakan didorong melalui frekuensi yang lebih tinggi. Kinerja multithreaded secara keseluruhan tercatat naik 10%. Namun, efisiensi daya didorong hingga 35% pada inti A76 tengah dibandingkan tahun lalu, dan Huawei mengharapkan sebagian besar beban kerja terkait kinerja yang tidak menuntut dijalankan pada core tengah ini. (Untuk kelengkapan, Huawei menyatakan core berkinerja tinggi + 12% lebih efisien daripada generasi sebelumnya, dan core yang lebih kecil + 15% lebih efisien.)

Di sisi GPU, kami mengharapkan peningkatan kinerja, namun Huawei menjauh dari mengutip angka-angka dalam kerangka waktu yang masuk akal bagi kami untuk mencatatnya dalam briefing kami (dalam keynote, mereka menunjukkan kinerja GPU + 6% terhadap S855). Kami dapat memperoleh perincian tentang bagaimana 'Cache Cerdas' meningkatkan kinerja: dalam hal ini Kirin 990 (kedua versi) melihat pengurangan 15% pada bandwidth GPU-ke-DDR, dan pengurangan konsumsi daya DDR 12% (karena itu digunakan kurang dalam beban kerja yang sama).

Performa utama adalah AI, meskipun angka-angka di sini akan dipisah antara 990 4G dengan desain inti NPU 1 + 1, dan 990 5G dengan desain inti NPU 2 + 1. Huawei menempatkan kinerja Kirin 990 5G sebagai 2,5x di atas Kirin 980, dan jumlah yang sama di atas Snapdragon S855 dan Exynos 9825, hanya di bawah 2x dibandingkan dengan Apple A12. Efisiensi daya juga ditingkatkan dengan jumlah yang serupa. Semua ini membandingkan skor inferensi pada kuantisasi FP16 dan INT8.

The Kirin 990 dan Kirin 990 5G: Time Frame

Chip baru ini diharapkan akan menyebar secara bebas di seluruh flagship Huawei dan Honor untuk sisa tahun 2019 dan hingga 2020. Huawei memiliki acara pers di Munich pada tanggal 19 September, di mana kami mengharapkan flagship Huawei Mate 30 dan Mate 30 Pro ponsel akan diumumkan – dan kemungkinan model 5G juga, yang mungkin hanya Pro 5G.

Kami telah diberitahu bahwa chipset Kirin 990 4G siap dan tersedia. Karena faktor-faktor lain yang mungkin terkait dengan segmentasi dan strategi pasar, perangkat Kirin 990 5G mungkin sedikit lebih lambat.