MTK重回高端戰場，發佈4nm天璣9000_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自anandtech，謝謝。聯發科過去幾年一直被普遍認為是移動SoC供應商的第二選擇，因為大多數媒體和消費者的注意力都集中在蘋果、高通、三星和海思等公司的旗艦SoC產品上。而事實上，聯發科上一次嘗試真正的旗艦 SoC 是在幾年前的 Helio X20 和 X30 上，之後他們在高端市場上幾乎沒有取得成功，而是重新專注於中端和“高端”細分市場。

如今，聯發科正在尋求改變這一定位。在看到市場上新的成功之後，尤其是看到了 2020 年和 2021 年的夢幻般的景象後，這家台灣供應商決定捲土重來。

數據顯示，聯發科現在以 40% 的市場份額佔據移動SoC第一名的位置，並且公司的 5G SoC 的市場份額增長了 28%，該公司現在還致力於在旗艦 SoC 市場中獲得認可和領導地位——這就是新天璣 9000 的用武之地。

Dimensity 9000 是聯發科在打造不折不扣的旗艦 SoC 方面的最新努力，在規格方面，設計師傾其所有，給其帶來了許多行業第一，例如第一款採用 Cortex-X2 的 Armv9 SoC 、A710 和 A510 的 CPU、新的 Mali-G710 GPU、第一款兼容 LPDDR5X 的 SoC、令人震驚的相機 ISP ，以及業界第一款公開宣佈的 TSMC N4 芯片設計。

該芯片的特性和功能列表非常廣泛，今天的發佈也無疑代表了聯發科幾代和多年來最大的努力。

我們從工藝節點開始這顆新芯片的介紹，如上所述，聯發科這個芯片在多方面可以稱得上是業界第一。

首先，天璣9000是全球首款台積電N4芯片。

過去幾年，我們一直習慣於蘋果或海思成為台積電最新前沿節點的首批客户。後來，隨着 HiSilicon因為美國的原因而被台積電切斷後，蘋果成為台積電新一代工藝節點的明顯主要合作伙伴——然而，這裏的時機對 A15 來説並不合適，因為 N4 節點還沒有準備好。又由於高通目前在其旗艦產品上與三星代工廠聯繫在一起（雖然並沒有取得很大的成功），這給海思曾經的位置留下了空白，而聯發科現在正在尋求填補這一空白。

事實上，我認為這將是該公司自 20nm 時代以來第一次真正處於領先節點。

台積電的 N4 節點應該比 N5 節點的微縮更小，從而使密度增加僅有 6%，性能和效率也有類似的個位數改進。台積電已宣佈 N4 的風險生產將於 2021 年第 3 季度開始，而天璣 9000 計劃於 22 年第 1 季度推出商用設備，該芯片可能是這個工藝節點的主導產品。

關於天璣 9000 有很多要説的，聯發科也將其宣傳為首款 Armv9 SoC，那就讓我們從 CPU 配置和這裏使用的各種 IP 開始。

不妥協的 CPU 設置

作為一款基於Armv9的SoC，這意味着聯發科正在更新所有 CPU IP，他們採用來自 Arm 的新 Cortex-X2、Cortex-A710 和 Cortex-A510 IP。

在處理器上，天璣 9000 採用 1+3+4 的CPU 設置，自從高通首次在驍龍 855 中採用該設置以來，該設置就在市場上廣受歡迎. 在性能核心方面，聯發科使用了新的 Cortex-X2 核心，改核心配備了完整的 1MB 二級緩存，時鐘頻率高達 3.05GHz，這比我們今天在 X1 內核（例如 Snapdragon 888 或 Exynos 2100）上看到的2.86 和 2.9GHz 略高，但那些競爭 SoC 也採用性能一般的三星 5LPE 工藝節點。我們還不知道下一代 Snapdragon 和 Exynos 芯片在時鐘方面的確切數字，但我認為它們不太可能超過 3GHz 大關，這讓新的天璣 9000 具有可能的頻率優勢，因此也在 Android SoC 供應商中可能處於單線程性能領先地位。

Dimensity 9000 的中型核心是 3 個 Cortex-A710 核心，配備 512KB L2，主頻高達 2.85GHz。在這方面，聯發科的方法更類似於 Exynos 2100，因為它使用了相當高的頻率中核，與高通採用的較低的 2.4GHz 設計點形成對比。

除了中型內核，我們還看到了新的 Cortex-A510 小內核，與我們對 IP 的第一次迭代的預期相比，聯發科在這方面的表現截然不同。聯發科沒有使用 Arm 新的“合併核心”方法，其中 Cortex-A510 複合體可以由共享 SIMD/FP pipeline 和共享 L2 的兩個核心組成，聯發科完全忽略了 IP 的這一設計方面，而是採用傳統的每個複合體僅使用一個核心的路線，因此每個核心都有自己的 SIMD/FP pipeline 和私有 L2 緩存。這裏的緩存為 256KB，也相當大，低於 512KB 的最大值。實際上，聯發科在這裏所做的就是將 A510 內核配置為接近最大性能的設置。雖然我們對核心仍有保留，很高興看到聯發科沒有在新設計上吝嗇。

天璣9000由於配置強勁的中核，以及配備精良的小核，標榜的多核性能也超越了目前的Android競爭，與蘋果在A15上的表現不相上下。

在集羣層面，聯發科還為DSU配備了8MB的L3——這很可能也是新一代的DSU-110。

在 CPU 方面，天璣 9000 基本上以最佳方式配置——聯發科在頻率和緩存方面全力以赴，通常很難想象比芯片目前設置的性能更高的配置，在至少在 Arm Cortex CPU IP 的上下文中。

首款 LPDDR5X，大型系統緩存

Dimensity 9000 的另一個世界首創是它是第一款宣佈與 LPDDR5X 兼容的芯片。JEDEC在今年7月份才發佈了該標準，所以芯片已經支持，意味着聯發科正在起草草案，應該完全兼容新標準。雖然宣傳完整標準最高支持 8533Mbps，但這裏的芯片確實將自身限制在 7500Mbps，因此與當前一代 LPDDR5-6400 解決方案相比，這意味着帶寬增加了 17%。儘管如此，直到明年年底我才預料到 LP5X SoC，所以這絕對是一個驚喜。

當然，如果供應商選擇使用不同的內存模塊，內存控制器仍然完全支持高達 6400Mbps 的 LPDDR5。

Dimensity 9000 是聯發科首款採用 6MB 系統緩存的 SoC。聯發科在發佈會上指出，更大的緩存和帶有系統緩存的 SoC 設計絕對是前進的方向，也是未來所有人的目標。

系統級緩存，或者我們喜歡將它們簡稱為 SLC，能夠放大 CPU 以外的 SoC 塊的性能，並減少到 DRAM 的內存流量，也對能效有積極的好處。

GPU：Mali G710MP10

在 GPU 方面，聯發科天璣 9000 也是第一款部署全新 Mali-G710 GPU 的 SoC。

今年早些時候，當我們談到 IP 時，我們提到聯發科是唯一一家預計將發佈具有更大 Mali GPU 實現的 SoC 的供應商，因為海思的問題和三星採用了 AMD RDNA GPU。

Dimensity 9000 上的配置是 10 核。這裏我們必須記住，在每核性能方面，一個新的 G710 內核大致相當於兩個 G78 內核，因此在尺寸和性能方面，新芯片的 GPU大致可與 Google Tensor G78MP20 GPU 相媲美，加上可能是預期的由於世代 IP 的改進，性能提升了 20%。聯發科GOU可能的峯值頻率應該在 850MHz 左右（確切的時鐘有待確認）。

在性能數據方面，該公司的材料比目前的 Android 旗艦產品高出 35%，而效率提高了 60%。今年的所有旗艦產品在遊戲效率方面都相當令人失望，我們看到領先的 Exynos、Tensor 和 Snapdragon 芯片的絕對功率數字達到了 +7.5-9W。聯發科指出，他們的效率優勢遠大於性能飛躍，這也表明他們使用的峯值功率水平低於我們今天看到的水平，這絕對是一個值得歡迎的變化。

該公司還談到了光線追蹤功能，但這這只是一個軟件 API 實現而不是硬件，因為 G710 尚不支持此功能。

聯發科有一張幻燈片展示了與配備 A15 的 iPhone 13 相比的長期性能，天璣 9000 能夠略微超過 iPhone 的性能。我們看到新款 iPhone 的功率大約為 3-3.5W，據報道，在蜂窩網絡條件下，由於散熱不佳，這些手機的性能甚至更差。

聯發科指出，比較是在類似的熱預算下進行的，因此希望在這裏的比較是有效的。需要注意的是，正如我們在 A15 評論中所寫的那樣，比較真實世界的遊戲（例如 Genshin Impact 進行 GPU 分析）並不是很好，因為遊戲總是以不同的內部分辨率或細節級別運行，尤其是在 Android 和 iOS 之間。

話雖如此，聯發科 GPU 的效率確實將其定位得非常好，並且可能使其能夠有效地與即將推出的 Snapdragon 和 Exynos 芯片競爭，這些芯片仍預計將到達效率較低的工藝節點。

低功率領導力聲明

聯發科的一個有趣説法是，由於新的 TSMC N4 節點以及 SoC 和平台設計的智能電源管理，他們正在實現低功耗領先地位。

上圖為平台總功率對比，不包括顯示面板供電。這意味着我們看到了 SoC、DRAM、PMIC、蜂窩 RF 和 Wi-Fi 系統的功率比較——本質上是 SoC 供應商通常響應的“平台”組件，他們將其產品捆綁在一起。

這裏值得注意的數字是媒體播放和錄製數量，據説天璣 9000 在這方面的功耗比競爭對手低得多。據説遊戲功率也較低，但考慮到 GPU 效率和較低的功率要求，這是可以預料的。

我發現最有趣的一個數據點是家庭閒置電量。在硅設計中最難實現的事情之一是以有效的方式不做任何事情，這實際上代表了很大一部分能源消耗並影響設備的基準功率，從而影響您的日常電池壽命。在這裏的競爭中獲得 -20% 是相當可觀的。

APU/NPU AI/ML 升級

除了 CPU 和 GPU外，我們還發現了聯發科的新“APU”，或 AI 處理單元，或者更確切地説是 NPU，因為我們現在更普遍地傾向於稱之為 NPU。聯發科一直是此類 IP 最早的內部實現之一，而天璣 9000 現在實現了此類 IP 的第5代。

聯發科承諾，在新一代產品上獲得比上一代 Dimensity 1200 高400% 的性能和能效提升，這是一個相當大的進步，但應該與其他性能更高的競爭對手平台相關聯。

該公司製作了一張展示 MLPerf 與 Apple A15 對比的幻燈片，指出與 iPhone 芯片相比，公司產品獲得 +108% 和 +75% 的電源效率，該公司實際上引用了我們發佈的 MLPerf 數據，但是我們將避免使用幻燈片作為比較不是很好，因為應用程序的 iOS 變體沒有完全優化，也沒有利用 CoreML 加速。

一個更全面的比較是跨 Android 設備的 ETHZ Ai Benchmark，這裏的芯片應該利用所有加速器塊，包括 CPU、GPU 和 NPU，並且天璣 9000 被宣傳擊敗谷歌 Pixel 6 和 Tensor SoC，最近的表現明顯優於競爭對手。聯發科在這方面做得更好似乎對 SoC 的 ML 性能很有希望。自然，我們必須看到更詳細的基準測試才能更徹底地分析 ML 性能，但似乎聯發科在這裏開發了一個非常可靠的競爭者。

媒體pipeline 和大型 ISP

轉向媒體方面，聯發科還l也投入了一切。在視頻編碼和解碼方面，聯發科支持當前所有流行的編解碼器。目前還沒有AV1編碼，但該公司表示該芯片是業界第一款支持8K AV1解碼的芯片——上一代天璣和競爭對手的SoC目前只能進行4K解碼。

顯示pipeline 支持 WQHD+ 到 144Hz，或 FHD+ 到 180Hz，具有完全 HDR+ 自適應（10 位），因此該芯片應該為最高分辨率和刷新率的屏幕提供動力。

回到 ISP，聯發科聲稱相機子系統在這一代進行了大規模改造。天璣 9000 具有三重 ISP，具有併發操作能力，芯片能夠突破 9 Gigapixels/s。我們不確定這些數字是否與供應商聲稱的完全一致，但高通的驍龍 888“僅”支持 2.7GPixel/s。有趣的是，聯發科表示，與天璣 1200 相比，這只是 2 倍的吞吐量增加。

Imagiq790 ISP 聲稱是世界上第一個支持 320MP 傳感器的公司，聯發科聲稱他們正在與傳感器供應商密切合作以實現此類功能。去年，當高通公司宣佈推出 Snapdragon 888 時，我們聽説過有關 200MP 傳感器的消息，而三星在 9 月份宣佈了具有此分辨率的 HP1，儘管我們還沒有看到配備它的設備。

在三攝操作中，ISP 支持併發 32+32+32MP 傳感器操作。我們已經看到這種操作在傳感器融合中變得越來越流行，例如計算攝影或多個傳感器上的併發視頻錄製場景。

新的 ISP 還大大提高了其在位深度方面的能力，因為聯發科現在將其升級為完整的 18 位流水線。儘管今天的移動圖像傳感器在其 ADC 位深度方面最多隻有 10 位或 12 位，但多重曝光圖像堆疊已成為常態，尤其是現在傳感器也獲得了更先進的 HDR 技術，例如交錯 HDR 捕獲. 新的更高位深度 ISP 現在能夠更好地跨多個幀進行曝光合並，Dimensity 9000 能夠在其三個 ISP 上的三個傳感器上每秒處理 270 幀（大概是 4K 分辨率）。

這裏的原始吞吐量和處理能力將是巨大的，並且是市場上任何其他當前 SoC 所沒有的巨大飛躍。

聯發科表示，他們也改進了視頻pipeline ，能夠以內存一致的方式與 APU 緊密交互，繞過通過 DRAM 複製數據的需要，提高性能並降低帶寬要求和延遲。據推測，供應商將能夠利用該架構利用基於 ML 的圖像處理模型即時實現視頻錄製，這與 Google 在其最近的 Pixel 6 手機和 Google Tensor 芯片上展示的技術基本相同。

升級版 5G 調制解調器

在調制解調器方面，聯發科最近的 5G 調制解調器實施取得了很大的成功。新的天璣 9000 調制解調器進一步升級，首次宣傳具有高達 300MHz 的 Sub-6 帶寬的 3CC 載波聚合，允許高達 7Gbps 的下載速度。

該調制解調器與 3GPP 第 16 版完全兼容，其中一個較大的變化是 UL Tx 切換，它允許在多頻段 5G NR 部署中實現更好的上行鏈路能力和頻譜利用。

聯發科技指出，與競爭對手的產品相比，其調制解調器具有極高的能效，而天璣 9000 將通過提供先進的節能技術繼續支持這一補丁。

儘管調制解調器具有 Sub-6 5G 的所有功能，但它仍然缺少毫米波支持。聯發科指出，這只是市場需求和公司當前以客户為中心的結果。目前，美國仍然是唯一一個毫米波真正仍然是關鍵特性的市場，因為大多數供應商甚至選擇不為他們的全球設備變體配備毫米波模塊。

該公司承認，由於這一點，我們不太可能看到由 Dimensity 9000 驅動的美國設備，該公司對這種妥協表示滿意，因為它試圖迎合並專注於為世界其他地區服務的供應商。聯發科指出，明年我們將看到針對美國市場的毫米波產品發佈，但這些產品首先會出現在中低檔陣容中。

最後，在 Wi-Fi 方面，聯發科的天璣 9000 平台也自帶了自家解決方案，現在支持 Wi-Fi 6E 支持 6GHz 頻段，160MHz 信道帶寬，以及藍牙 5.3。GNSS 解決方案現在通過 B1C 信號增加了 BDS-3 連接。

結論和第一印象

聯發科憑藉天璣 9000 重新進入旗艦 SoC 領域，恰逢市場機遇期。該公司在 2021 年取得了非常成功的市場份額增長，我們甚至看到這轉化為市場上更明顯的設計勝利的更多曝光，例如 OnePlus Nord 2 系列或小米 11T。

天璣9000在看到了巨大的市場份額增長並能夠填補過去華為和海思在市場上的巨大空白後，似乎來得正是時候，因為越來越多的廠商希望能夠將他們的最高產品區分開來。終端設備並多樣化他們對高通驍龍系列的依賴。

Dimensity 9000 在紙面上和規格上看，必然是 2022 年中極其強大的 SoC。在 CPU 方面，聯發科為 SoC 配備了接近最大可能的配置——高頻率、大緩存，以及對我們今天來説足夠令人驚訝的新 Cortex-A510 內核的完整性能配置。8MB L3 得益於新的 6MB 系統緩存，進一步提高了內存性能，天璣 9000 是目前第一個也是唯一一個支持新 LPDDR5X 的芯片。

在 GPU 方面，該芯片可能是 2022 年唯一配備大型 Mali GPU 的設計。宣傳的性能數據不錯，但最重要的是電源效率和持續性能。雖然這裏的指標仍然有點模糊，但芯片的 N4 工藝節點，同樣是同類中的第一個，很可能會將該芯片定位在與 2021 年設備相比的出色位置，如果高通和三星沒有重大飛躍在他們即將推出的設計中，天璣 9000 在 2022 年的競爭中也處於非常有利的位置。

聯發科的攝像頭和 ISP 的飛躍也是巨大的。在過去的幾年裏，我們真的沒有多少由聯發科芯片驅動的以攝像頭為中心的手機，所以供應商是否能夠利用芯片的新攝像頭架構還有待觀察，但至少高級規格是肯定的值得2022年的旗艦。

該芯片缺乏毫米波可能會限制其在非美國市場和設備上的成功，但多年來我們通常已經習慣了這種情況。

天璣 9000 是聯發科多年來最強勁的表現，其規格和分量足以撼動高端市場。我看到它與高通公司明年排隊的任何產品競爭，甚至擊敗它，這是一個非常令人震驚的轉變。現在重要的是，聯發科是否真正贏得了備受矚目的旗艦設備設計，從而能夠充分合理化對此類 SoC 的投資。幸運的是，我們被告知該芯片已經向客户提供樣品，我們預計將在 2022 年第一季度推出商用設備。

在移動 SoC 領域，激動人心的時刻即將到來。