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麒麟8000 vs 麒麟9020架构拆解对比:两款芯片差一倍面积,藏着海思破局的秘密

04/10 15:43
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1. 畅享换掉了高通680,用上了麒麟8000

最近畅享90  Pro Max持续刷屏,大家都知道海思麒麟芯片8000回来了。

但很多人不清楚,同为国产N+2制程的麒麟8000和麒麟9020,为什么一个做中低端一个做旗舰,设计思路差在哪?

这不是简单堆料或者缩水的区别,两款芯片面积差了近一倍,背后是海思在外部限制下,非常清晰的产品策略和技术权衡。

今天就裸片拆解数据,给大家讲透这两款芯片的本质区别。

2.   麒麟8000:70mm²的中端成本优化范本

麒麟8000走的是「成本优化、中低端走量」路线。

麒麟9020走的是「面积换性能、堆出顶级旗舰」路线。

两款芯片都用中芯国际N+2制程,但定位、架构、成本完全不同,共同撑起了华为当前的手机芯片产品线,是受限制程下非常成功的产品布局。

在半导体设计里,裸片面积直接决定了晶体管数量、功能复杂度和制造成本,我们先看硬数据

麒麟8000是针对中端市场设计的芯片,裸片步进版本为A0A0,第一次流片就达到了不错的成熟度。

实际测量尺寸为7.55mm×9.27mm,计算下来总面积约69.99mm²,不到70平方毫米。

从设计溯源来看,麒麟8000可以看作2020年麒麟985的制程收缩版本,麒麟985原本是台积电7nm,现在放到中芯N+2工艺重新设计,既适配了当前供应链,也把面积做小,换来了更高的良率和更低的成本。

对中端机型比如华为Nova 12 Pro来说,这个尺寸刚好,单颗芯片制造成本低,每个晶圆能切出更多合格芯片,也能支撑中端机型的利润空间。

2.   麒麟9020:136.6mm²的旗舰性能扩张

作为顶级旗舰芯片,麒麟9020的面积就要大得多,TechInsights从华为Mate 70 Pro+提取的裸片测量结果显示,它的总面积达到了136.6mm²,比前代麒麟9010的118.4mm²增长了15%,面积几乎是麒麟8000的两倍,比例约1.95:1。

这个面积增长不是瞎堆料,是没办法的选择:因为没有EUV极紫外光刻,要集成更多计算单元、更大缓存、更复杂的基带,只能靠扩大硅片面积来实现,本质是用面积换性能,弥补制程的局限性。

我们把麒麟几代的面积做个汇总,就能看出清晰的产品阶梯:

芯片型号 制造工艺 裸片面积 (mm2) 物理特性与市场定位
麒麟8000 SMIC N+2 69.99 中端主流,麒麟985的制程优化版
麒麟9000S SMIC N+2 107.0 国产旗舰基准,Mate 60系列搭载
麒麟9010 SMIC N+2 118.4 旗舰迭代,Pura 70系列搭载
麒麟9020 SMIC N+2 136.6 顶配旗舰,Mate 70系列搭载,15% 面积增长

对比中可以看出,麒麟9020的面积几乎是麒麟8000的两倍(比例约为 1.95:1)。

这种接近一倍的物理差异,直接决定了两款芯片在算力、多任务、集成度上的层级差距,从根上就不一样。

3. 制程工艺的共同瓶颈:没有EUV,只能这么选

很多人好奇,两款芯片为什么面积差这么大。

其实它们用的是同一款制程——中芯国际的N+2,也就是第二代7nm类工艺,这个制程本身的局限性,决定了两款芯片的设计选择。

N+2工艺的物理瓶颈

N+2工艺没有EUV光刻,只能靠DUV深紫外多重曝光来实现,它的核心参数比如栅极间距、鳍片间距、后端金属间距都已经摸到了DUV的物理极限。

比如最关键的Metal 1金属层间距,已经接近浸没式DUV不用极端多重曝光的技术红线,从N+1到N+2,栅极间距只缩小了4%,也就是说,制程本身没法帮你把芯片做小了,要加功能就只能扩大面积。

这个瓶颈对两款芯片的影响完全不同:

麒麟8000本来就不需要太多功能,把旧架构收缩到更小面积,刚好利用了小尺寸的成本优势;而麒麟9020要做顶级旗舰,要加更强的核心、更大的GPU、新的基带,只能扩大面积来堆料,这就是「面积换取功能」的逻辑。

4. 面积对良率和成本的影响

这里给大家补个常识:半导体制造里,裸片面积越小,单颗芯片遇到制造缺陷的概率越低,每个晶圆能切出的合格芯片越多,成本自然就越低。

麒麟8000不到70mm²的面积,在N+2工艺下良率很容易做高,刚好适合中端市场大规模出货,还能保持不错的利润,这完全是精准的市场定位设计。

反过来,麒麟9020接近140mm²的面积,对N+2工艺来说制造难度陡增,哪怕一点点对准误差或者杂质,都会让整颗芯片报废,良率肯定比小芯片低,成本也高得多。

所以麒麟9020只用在Mate 70系列的高端型号上,靠高端机型的溢价来覆盖成本,这个布局非常清晰。

5. CPU架构选择:公版成熟方案 vs 自研泰山SMT

物理面积的差异,直接体现在核心架构的选择上,两款芯片走了完全不同的路线。

麒麟8000:ARM公版,成熟稳输出

麒麟8000用的是传统的ARM公版架构,这种选择的好处是设计风险低,上市速度快,非常符合中端芯片的需求。

它的CPU是标准的1+3+4八核心设计:

1颗Cortex-A77大核心,3颗Cortex-A77中核心,4颗Cortex-A55小核心,是中端芯片平衡性能和功耗的经典配置。

GPU用的是ARM的Mali-G610 MP4,这是ARM Valhall架构的中端GPU,虽然堆不了太多核心,但在N+2工艺下,足够支撑中端机型的日常使用和普通游戏需求。

NPU也做了简化,保留基础AI功能,但砍掉了端侧大模型需要的额外单元,刚好适配小面积的限制。

麒麟9020:自研泰山V130,加SMT补性能

麒麟9020敢做这么大面积,很大一部分是给了自研的泰山架构CPU,和依赖ARM公版的麒麟8000完全不同,海思深度定制就是为了绕过ARM公版在制程受限情况下的效能瓶颈。

很多人都知道麒麟9020在软件里显示12线程,这是因为它的大核心加了同步多线程也就是SMT技术,具体配置是:

2颗泰山V130架构大核心,每个核心支持2线程,总共4线程,主频达到旗舰级别;再加6颗泰山架构中核心,4颗效率小核心,总共2+6+4的组合,开启SMT后总线程数12。

架构优化的效果非常明显,实测数据显示,麒麟9020的小核心能效平均提升了50%,中核心提升20%,大核心高频下的能效改进更明显,这种优化刚好弥补了制程没法提主频的缺陷。

大量的裸片面积都分给了定制核心和配套的大缓存,从裸片图就能看出来,CPU核心区域占的空间比麒麟8000大得多。

6. GPU、AI、基带:堆料的差距全在面积上

除了CPU,其他模块的差距也完全是靠面积堆出来的,我们一个一个说。

GPU:公版中端Mali vs 自研马良920

麒麟8000用ARM公版Mali-G610,满足中端需求,而麒麟9020用的是海思完全自研的Maleoon马良920 GPU,性能提升了40%,都是靠加计算单元堆出来的,占了不小的面积。

AI计算:基础AI vs 端侧大模型优化

麒麟9020集成了新一代达芬奇架构NPU,算力大幅提升,专门对端侧大模型做了优化,华为Mate 70系列的各种AI功能,比如图像增强、实时翻译,都靠这块大NPU支撑,占了不少硅片面积。

麒麟8000虽然也有NPU,但为了控制面积,在神经元密度和计算精度支持上都做了简化,满足日常基础AI需求没问题,不支持复杂的端侧大模型,这也是定位决定的。

连接基带:标准5G vs 集成5G-A

麒麟9020面积比前代麒麟9010涨了15%,最大的原因之一就是集成了Balong 6000调制解调器,它是行业第一个支持3GPP R18标准的5G-A移动SoC,把这么复杂的基带集成在主芯片上,全世界都很少见——哪怕苹果到现在都没把自研5G基带集成进A系列芯片,还是用外挂。

5G-A比普通5G复杂得多:要支持更高峰值速率更低延迟,基带逻辑门数量大增;还要集成卫星通信功能,需要专门的信号处理单元和射频接口;还要管理更多的通信频段,这些都要占面积。

把整个5G-A基带塞进主SoC,虽然把面积推到了136.6mm²,但换来了极高的集成度,能省下主板空间给更大电池或者更大散热,整体体验是提升的。

而麒麟8000只保留标准5G功能,不需要5G-A和卫星通信的额外功能,无线模块占的面积就小得多,完全符合中端定位。

7、总结:受限制程下的中国芯片智慧

讲完所有对比,我们回头看,麒麟8000和麒麟9020的面积差,本质上是海思在制程受限的情况下,非常清晰的两步走策略:

对麒麟9020来说,既然没法靠制程微缩提升密度,那就用面积换代差,靠深度自研泰山架构、自研GPU、集成5G-A基带,在落后一两代制程的情况下,做出了能和国际旗舰正面竞争的产品,这个「以面积换性能」的策略是非常成功的,打出了国产旗舰的竞争力。

对麒麟8000来说,利用成熟架构优化,做小面积提高良率,快速填补中端市场的空缺,保证在供应链受限的情况下,依然能有足够大的出货规模,稳住市场基本盘,这个策略也非常务实。

两款芯片,一个做量一个做峰,面积差一倍,目标完全不同,但共同撑起了国产移动芯片的完整产品线,这就是海思在当前环境下,最合理的破局路径。

8. 未来展望

从目前透露的信息来看,海思后续的麒麟9030、9040应该还会沿着小步快跑的路线迭代,如果多重曝光工艺和良率能进一步优化,未来要么能在相同面积下集成更多功能,要么能在保持性能的前提下缩小面积降低成本,我们可以持续关注国产芯片的迭代进度。

海思

海思

海思面向智能终端、显示面板、家电、汽车电子等行业提供感知、联接、计算、显示等端到端的板级芯片和模组解决方案,覆盖PLC、8K、NB-IoT、SoC和XR等技术领域,是全球领先的Fabless半导体芯片公司。

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