高通(Qualcomm)推出針對旗艦智慧型手機的全新系統單晶片(SoC),以及其首款瞄準Windows PC的驍龍(Snapdragon)晶片。雖然面對前所未有的業務、市場和技術挑戰,高通7奈米(nm)晶片的發佈展示該公司卓越的工程執行能力。

Snapdragon 855及X50數據機晶片將使高通成為第一波5G設備的主導者。然而,第一波風潮可能不大,因為通訊網路是逐漸延伸擴大的。更何況,高通挺進Windows PC市場的行動到目前為止也並未引起多大的關注。

從長遠來看,該公司面臨著一個成長逐漸放緩的智慧型手機市場,而且由於與蘋果(Apple)的專利糾紛而失去一個大客戶。在博通(Broadcom)和恩智浦(NXP)「剪不斷理還亂」的三角併購關係受阻後,高通在物聯網(IoT)和汽車市場的發展方向依舊雲霧重重,該公司也放棄了在資料中心市場的投資,以降低成本並安撫股東。

而在技術前端,高通將不得不考慮在新的製程節點幫不上什麼忙的情況下,如何提高2019年的晶片性能。增強的7nm製程將在2019年及以後進入量產,這要歸功於超紫外光(EUV)微影技術的應用,大大提高了製造效率,但主要受益者仍是代工廠。

好消息是,高通在Snapdragon 855晶片上的努力為其確立了下一波手機浪潮的領導地位,該公司可望在此市場再次崛起。

今年前三季,高通在智慧型手機應用處理器市場的市佔率再次回升至40%。根據IDC的資料,高通又重新贏回了2016~2017年失去的陣地,當時華為(Huawei)和三星(Samsung)等OEM開始使用他們自己設計的手機晶片,而競爭對手聯發科(MTK)獲得更多中國新興手機製造商的導入設計。

IDC研究總監Phil Solis表示:「過去幾年,高通的產品線已經從200系列擴展到400和600系列,並增加了700系列。這有助於該公司贏回中國的Oppo、Vivo和小米的業務,這情況導致高通與聯發科在中階手機市場簡直是狗咬狗的競爭態勢。」

蜂巢基頻晶片是高通的重磅武器。該公司聲稱有20家電信營運商和18家OEM將使用其最新的5G數據機晶片。

Snapdragon 855晶片整合了先前的X24 Category 20 LTE數據機,可支援7x載波聚合(carrier aggregation)。它還支援兩種類型的Wi-Fi,包括60GHz 802.11ay和預標準11ax,兩者均聲稱能夠支援10Gbps的資料速率。

20190123TA31P1 高通總裁Cristiano Amon展示其配備Snapdragon 855的5G手機參考設計。(圖片來源:EE Times)

揭秘Snapdragon 855

高通Snapdragon 855 CPU晶片的性能比其前代10nm 845要高出45%,這是有史以來最大的飛躍。這一聲明令人吃驚,因為新晶片的頻率並沒有因為7nm製程而增加很多,不像高通的一位工程師預測的那樣。

855採用由Arm協助定制的Cortex-A76和A55核心。8核心集群分為1個2.84GHz主核心、3個2.42GHz效能核心,以及4個1.80GHz效率核心。每組核心可以單獨設定時脈,但主核心和效能核心共用一個電源層。高通表示,最終的結果是一個能夠在持續運作表現中擊敗競爭對手的模組。

855 SoC的真正亮點是一系列用於加速神經網路推理的增強功能,它們包括:

˙GPU模組中的ALU增加50%,性能提升20%。

˙DSP中4倍的向量擴展。

˙由DSP控制的一個新張量(tensor)加速器核心。

˙專用於語音助理功能的DSP模組。

˙CPU核心中新的點積指令(dot product instruction)。

這些擴展涵蓋從32位元和16位元浮點運算到8位元整數運算的各種格式。高通產品經理Gary Brotman指出:「這不僅僅是一個核心,而是一個完整的系統。」

張量核心(tensor core)據了解是一個矩陣數學陣列。語音支援針對越來越多的智慧音箱系統,比如亞馬遜(Amazon)Alexa、微軟(Microsoft)Cortana和其他語音助手,推動了對遠場麥克風和雜訊消除技術的興趣。

分析師表示,將AI任務分派給多個核心處理是有道理的,這似乎已經成為一個趨勢,最初由Nvidia的GPU開始嘗試。最終的結果是AI處理的性能比845提高了3倍,比最接近的「7nm Android」競爭對手提高了2倍。

20190123TA31P2 高通稱Snapdragon 855的性能優於智慧型手機SoC競爭對手。(資料來源:高通)

就8位元整數張量處理而言,該晶片能夠達到7萬億次操作/秒,但「最重要的是用戶體驗……要看它在手機上能執行多少AI軟體,以及它的功耗有多大。」高通負責產品管理的Keith Kressin說道。

最後,兩名Google工程師討論了如何降低延遲和功耗,透過使用Android的神經網路API在該晶片上運作文本辨識和其他智慧攝影演算法。另外,還有高通其他軟體AI合作夥伴,其中,有致力於為視訊聊天降低雜訊的,有做影像編輯的,還有透過3D人臉辨識增強支付系統安全性的。

855還包括針對智慧型手機的一大堆功能清單,其中有:

˙影像處理器中的電腦視覺流水線(pipeline)。

˙支援60幀/秒的4K視訊。

˙H.265/VP9解碼器的硬體加速。

˙支援Vulkan 1.1 API、HDR 10+、高效影像格式和低延遲音訊。

這些增強功能可增加各種應用的功能並降低功耗,包括攝影鏡頭,以及從遊戲到虛擬實境(VR)的各種APP。作為這款頂級晶片的點綴,高通還升級了一個獨立晶片,這是一款利用3D超聲波映射(ultrasound map)進行指紋辨識的晶片,目前至少有一家OEM將在2019年採用。

Snapdragon 855的獨立基準測試還沒有發佈。儘管如此,該晶片已經贏得一加(OnePlus)、三星和聯想(Lenovo)摩托羅拉(Motorola)子公司的首批5G手機設計。

Windows 10也有自己的Snapdragon

除智慧型手機外,高通還推出了首款專為Windows可攜式PC量身訂做的SoC,並表示還有幾個設計正在進行中。其中第一款產品是Snapdragon 8cx,內建擴展的GPU和I/O模組,旨在趕上英特爾(Intel)和AMD的行動x86晶片的性能和靈活性。

根據IDC資料表示,這款專用PC晶片凸顯著這項為期兩年的「Always Connected PC」計畫邁出了一大步,迄今為止,該計畫僅銷售了幾千套系統。高通表示,8cx是第一款用於PC的7nm處理器,藉以挖苦英特爾在10nm節點上面臨的難題。

相較2017年推出的第一代系統中使用的Snapdragon 835,這款新晶片所採用的GPU電晶體和記憶體頻寬都提高一倍。它是迄今為止高通最大的圖形核心,比835快3.5倍,且比850高效60%,是2018年6月推出的835速度升級版。

這款8核心CPU複合體採用與Snapdragon 855相同的改良Arm Cortex-A76和A55核心,但將它們置於更傳統的big.LITTLE 4×4架構佈局中,並使用快取(cache)記憶體載入它們。4個效能核心將L2快取記憶體加倍至512KB,所有核心共用4MB L3快取記憶體,還有共用的6MB L4或系統快取記憶體。另外,8cx還用比855更高的頻率驅動性能核心。

高通表示,該晶片具有與英特爾15W Core i5 U系列行動處理器類似的高峰性能,而功耗卻低50%。而且,它的持續性能是英特爾7W Y系列的兩倍。但是,與Snapdragon 855一樣,該公司沒有提供獨立的基準測試結果。

20190123TA31P3 高通宣稱,相較英特爾行動處理器,8cx的性能和功耗更優。(資料來源:高通)

該處理器使用2,133MHz LPDDR4x記憶體。在周邊方面,8cx支援4個PCIe Gen 3介面、USB 3.1、兩個外部4K顯示介面,以及NVMe和UFS 3.0固態驅動器。

總體而言,高通稱這種系統在性能方面與x86機器相當,但運作時間和電池續航更長,並且保持Always-on連接蜂巢通訊網路,8cx晶片恰逢PC筆記型電腦也要求越來越薄、功耗越來越低的時期。英特爾2017年年初表示,該公司也將為筆記型電腦提供5G數據機。

美國營運商目前正在考慮推出資料計畫,從最早的Sprint為第一批系統提供補貼,到50美元/月無限量「吃到飽」方案。有趣的是,聯想報告指出,在其基於835和850系統的早期客戶中,只有不到一半啟動了蜂巢通訊功能。

早期的系統現在售價約為699美元,比主流筆記型電腦價格高出約200美元。此外,據了解,高通的晶片收費與英特爾相當。

據高通PC項目負責人Sanjay Mehta稱,高通明白價格需要下調。規劃中的部分晶片將針對中階或低階型號,高通也在考慮支援其他作業系統。Mehta原本是高通事業部財務長(CFO)和中國區總經理。

市場分析師觀點

Linley Group分析師Linley Gwennap表示,縮小與英特爾晶片的性能差距是一個挑戰,原因有兩個。

「從根本上說,Arm核心不如英特爾核心強大,所以只要高通繼續使用標準的Arm核心,就很難釐清它們如何能夠縮小差距...如果沒有為Arm編譯的程式碼,那只能在模擬模式下運作,這樣性能提高無疑會走進死胡同。」Gwennap說。

Mozilla正在開發針對Arm可攜式電腦的原生版Firefox,但目前尚不清楚有多少其他協力廠商開發商會跟進。該公司2018年初發佈了Windows平台的64位元Arm處理器編譯器和SDK。「這仍是雞生蛋蛋生雞的問題。當大家都在x86陣營時,為什麼軟體公司會投入資源開發Arm版本?」Gwennap質問。

另一方面,Gwennap補充:「高通顯然花了很多錢定制針對PC市場的晶片。儘管IP利用率很高,但8cx晶片單單流片就要花費數百萬美元,累積可能達到數千萬美元,他們顯然希望獲得一些回報。」

20190123TA31P4 8cx增強了Snapdragon GPU、CPU快取和I/O性能。(資料來源:高通)

另一位分析師測試了5台Snapdragon筆記型電腦,其續航時間比x86可攜式電腦長2~3倍。

Moor Insights & Strategy總裁暨首席分析師Patrick Moorhead表示:「高通幾乎排除了連網PC的所有異議。連線速度更高、整體運算性能現在達到了標準筆記型電腦的水準,用戶可以獲得真正的多天電池續航力。」

SoC競爭對手聯發科的一位高階主管對此表示了懷疑。聯發科資深銷售和業務發展總監Russ Mestechkin表示:「我在大學畢業後的第一份工作是用兩個PowerPC來執行x86指令。這是一場耗資數百萬美元的大慘敗,最大的問題是要與x86相容,這比構建硬體更具挑戰性。」

對於一個巨大而成熟的市場來說,挑戰PC是一個大膽的策略。從長期來看,「現在」高通執行長Steve Mollenkopf表示,5G和AI的結合將引領人們進入智慧汽車和物聯網的新興市場,對該公司正在尋求智慧型手機之外的發展空間,將更具戰略意義。

(參考原文: 5G, PC Sire Two-Headed Snapdragon,by Rick Merritt)