從小米11到驍龍888,2021年旗艦手機體驗探究

新SoC的發佈節點,直接左右旗艦手機的發佈周期。剛在12月發佈的驍龍888,不但打破了歷史規律,還帶着CPU、GPU和AI性能的顯著提升,和小米11一起拉開了小米新十年的序幕。

小米11首批35萬台之後,已多次連續放量,不少人已經體驗到2021年的新旗艦。「一人內測,全民公測」的酷安上,小米11的關鍵詞已霸榜許久。

驍龍888註定會是2021年旗艦手機的標配,在它的身上可以觀測到高通對未來的構想,也能預測未來一年移動端的趨勢。

暴漲的GPU和單核性能

高通今年從台積電7nm N7P工藝切換到三星5nm LPE工藝。對比三星上一代的7LPP,三星承諾同性能下的功耗降低20%,同功耗下性能提高10%,面積減少20%。

構架方面,驍龍888更新到Kryo 680,超大核是2.84GHz Cortex-X1構架,配備了1MB的L2緩存;大核是3個2.24GHz類A78核心,每核L2緩存翻倍到512KB;而小核仍然是4顆1.8GHz的類A55構架。

 

Cortex-X1是安卓陣營迎來的第一個公版超大核:6條整數流水線,5解碼8發射的前端,有真•PC級的四條帶FMA的NEON,是移動端浮點堆料的極致。相應的,X1的芯片面積是A78的2.3倍,峰值性能是A77的1.3倍,機器學習性能提升2倍。

和X1同代的御用搭檔A78,IPC比A77提升7%,主要負責「提升能效比、節省芯片面積」,以達到更好的面積和功耗均衡。CPU集群維持4MB的L3緩存,高通官方解釋,這是難度和緩存配置之間的平衡。此外,驍龍888支持最高支持4*16bit 3200MHz的滿血LPDDR5內存。

 

我們通過對比小米11(驍龍888)和小米10 Ultra(驍龍865),可以看到驍龍888在GeekBench和RAR的單核測試上,給出了安卓陣營多年沒出現過的25%單核性能提升。高通更在乎持續輸出,所以在頻率設定上相對保守,多核提升在11%-18%之間。

在安卓陣營,單核性能一直沒有得到應有的重視。但實際上,在當今的情況下,提升單核性能的效果和「性價比」都明顯更高,會更加影響應用加載、切換、超大型遊戲的體驗。

對比需要深度優化的多核性能,單核性能的影響簡單直接。在應對很多(其實是大部分)多線程優化不佳的日常APP和遊戲時,單核性能的提升效果遠高於多核性能。遊戲中大量的遊戲畫面元素、移動、NPC動作等,都需要CPU運算后再交給GPU。而《原神》等跨平台的大型遊戲的出現,讓移動端的CPU壓力空前絕後。

強大的單核性能,除了降低開發人員的壓力,還無需額外優化就能直接提升大部分應用的基礎使用體驗。但在功耗敏感的移動端,無法像PC端那樣提升頻率,所以超大核的出現是必然的。

 

反映到這一代旗艦手機的基礎體驗,驍龍888單核25%的提升,即便是出廠MIUI 12.0系統,依然讓小米11的系統操作出奇地流暢。監控頻率可以看到發現,驍龍888的X1調度比較積極。

小米11在微博、貼吧、淘寶這些傳統「巨型」APP的流暢度都上了一個台階。應用開啟、應用多開、切換等多種場景的感知,都出乎預料地明顯。這時候再回來看,2.3倍的芯片面積,彷彿又顯得有「性價比」了。

GPU方面,高通Adreno系列在安卓陣營獨孤求敗了很多年,在驍龍888上又帶來了高通GPU史上最大的性能提升。840MHz的Adreno 660,性能提升35%,能效比提升20%,且性能和能效比的提升能同時實現。

 

同樣使用小米11(驍龍888)和小米10 Ultra(驍龍865)對比參考,低壓力場景的提升在27%到35%左右,提升最大的是3D Mark的Wild Life大壓力測試,幅度達到53%,Vulkan模式下的GFXBench Aztec場景也有43%的提升。

而驍龍865的Adreno 650,就算超頻到905MHz,GFX曼哈頓場景也「只有」110fps(默頻驍龍865是90fps)。但驍龍888的Adreno 660,在840MHz就已經有118fps,部分用戶都跑到125fps以上了。驍龍888 GPU的同頻性能,依然比超頻到905MHz Adreno 650高15%以上。

性能之外,驍龍888還有隱藏技能。Adreno 660是首個在移動端引入可變速率陰影(VRS)技術的GPU。VRS是桌面平台剛上的新增特性,能在VR/XR等場景中,降低非注視區域的着色精度,大大降低GPU的壓力。在VR/AR還在構建發展的階段,看到高通積極地提供相關特性,無論是遊戲廠商還是用戶,大家都是非常歡迎的。

第六代AI引擎:60%的算力提升

和其他芯片廠商不同,在CPU、GPU和調製解調器之外,高通每年都會「花很多筆墨」聊Hexagon DSP。而高通的AI構架,也是各個廠商中最特殊的。從AI部分的提升,能看到高通在方向和策略上的考量,以及未來一年移動AI的發展趨勢。

遙想2017年,主流旗艦隻有0.6TOPS的AI算力,獨立的NPU也才2TOPS不到。但後來從驍龍855的7TOPS,到驍龍865的15TOPS,再到驍龍888的26TOPS,移動端對AI算力的渴求依然見不到盡頭。

和常見的獨立NPU不同,高通是CPU+GPU+DSP等多部件的異構AI,宣稱可以比獨立的DSP+機器學習推理引擎方案,提供更高的性能和靈活性。而當中的Hexagon 780,其實是驍龍888上提升最大的部分。

 

以前Hexagon 600系列中的標量,張量(Hexagon Tensor Accelerator,HTA)和向量(Hexagon Vector eXtensions,HVX)功能,在Hexagon 780被融合在一起,成為一個整體式IP。

融合后,不同執行引擎間的工作負載切換時間也更短,性能和能效都提升巨大,標量執行能力提高了50%,張量執行吞吐量直接翻倍翻。SRAM增加16倍后,狂漲的內存池,能運行更大的機器學習推理模型。

幾乎推倒重構的構架,配合X1超大核2倍的機器學習性能和暴漲的浮點性能、AI性能提升43%的Adreno 660,每瓦性能提升3倍的Hexagon 780,讓驍龍888可以提供遠高於前代的26TOPS算力。


驍龍888官方測試成績

在機器學習基準測試MLPerf中,驍龍888的性能最高提升4倍,遠超IP塊在執行單元的理論計算吞吐量改進(新內存體系的優勢?)

誇張的AI性能,有什麼用呢?高通技術公司產品管理副總裁Ziad Asghar提到,AI性能大幅提升的主要來自客戶的需求。現在移動AI一大部分應用場景都是圖像處理,是近年來手機拍照水平突飛猛進的重要原因之一。

雖然被吹得很玄學,但移動AI可籠統理解為「為各種AI算法設計的硬件加速器」。而這些AI算法,早就應用到拍照(成像處理、拍照輔助、圖像識別等)、語音通話降噪、語音識別、翻譯、人臉解鎖、手寫識別、遊戲和XR體驗支持等大量領域。

高通的異構AI設定,是高通移動平台「關注均衡和功耗的設計思路」的產物。在驍龍865首次集成的傳感器中樞,也已經升級到第二代,並集成性能提升5倍,但功耗不到1毫安的專用低功耗AI處理器。後者可以提供低功耗的全天候AI待命能力,並分擔Hexagon 780 80%的工作負載。

其在「Ok,Google」偵測算法上,可以降低38%的負載,並為陀螺儀、麥克風等需要全天候實時收集數據的傳感器,提供更多的可能性(已被用在汽笛聲、嬰兒哭聲的低功耗監測等場景上)。

計算攝影:AI+拍照

AI是「計算攝影」的基礎,小米11發佈會重點說的夜景視頻拍攝和眾多拍照提升,背後是驍龍888全新的三ISP和Hexagon 780。

在小米11上,除了驍龍865時代就有的AI換天功能,現在夜景模式也能用來拍攝視頻,大幅提升夜景視頻的畫面亮度和降噪表現。夜景視頻可理解為每秒拍攝超過24張超級夜景照片,是ISP和AI算力暴力提升的直接效果。

在拍照過程中,AI也負責提供非常基礎的HDR+硬件加速能力,能進行畫面降噪、重新着色、自動校色(讓色彩表現更加真實或更加吸引眼球)等操作。像把單攝玩出花的Google,就已經依靠AI,提供了背景虛化、全景、Motion動圖(類似iOS平台的Live Photo)、AR實時追蹤貼圖、超分辨率放大、超級夜景等多種功能。

 

驍龍888融合AI 3A算法的快速對焦

 

虹軟「傻瓜相機」

除了效果提升,也有很多是關於拍照易用性和趣味性的提升。例如驍龍888融合AI的3A算法,能提高對焦速度。虹軟基於Spectra 580和第六代高通AI引擎推出「傻瓜相機」功能,可以自動跟蹤人物,自動進行畫面縮放變焦等。

 

4K 30FPS的實時背景摳圖

在高通AI Engine的支持下,驍龍888可以做到4K 30FPS的實時背景摳圖,CV-ISP硬件計算視覺加速器也能提供60fps實時景深識別的人像、背景分割和替換,人體追蹤、物體識別/追蹤的效果。

一億像素樣張,細節放大對比

  

夜景樣張,細節放大對比

而相同CMOS、同樣是MIUI的小米11和小米10 Pro,是非常適合用來對比ISP和AI對拍照影響的樣本。得益於驍龍888的ISP和AI性能,小米11,不論取景框預覽畫面、1億像素模式、HDR、夜景等多幀合成場景,畫面的高光壓制、鬼影、偽像、顏色還原等部分,都有明顯提升。

總結:安卓陣營大跨越的一年

這是小米多年來,首次在1年內發佈兩台數字系列旗艦,驍龍888機型的量產時間遠比以前早,為下一代產品留下了充足的準備時間,不禁讓人猜想,高通是不是在憋着什麼大招。

高通做的是SoC移動平台,在他們眼中,除了絕對性能,均衡也是核心指標。驍龍888在CPU單核性能和GPU性能上的提升,直接抬升了安卓旗艦日常操作的流暢度,以及應對跨平台大型遊戲的能力。而AI和DSP的倍數級提升、傳感器中樞上的低功耗AI處理器,則成了高通新的護城河。

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