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从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

本文作者:量衡 2021-01-15 11:00
导语:骁龙888带着CPU、GPU和AI性能的显著提升,和小米11一起拉开了小米新十年的序幕

新SoC的发布节点,直接左右旗舰手机的发布周期。刚在12月发布的骁龙888,不但打破了历史规律,还带着CPU、GPU和AI性能的显著提升,和小米11一起拉开了小米新十年的序幕。

从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

小米11首批35万台之后,已多次连续放量,不少人已经体验到2021年的新旗舰。“一人内测,全民公测”的酷安上,小米11的关键词已霸榜许久。

骁龙888注定会是2021年旗舰手机的标配,在它的身上可以观测到高通对未来的构想,也能预测未来一年移动端的趋势。

暴涨的GPU和单核性能

高通今年从台积电7nm N7P工艺切换到三星5nm LPE工艺。对比三星上一代的7LPP,三星承诺同性能下的功耗降低20%,同功耗下性能提高10%,面积减少20%。

构架方面,骁龙888更新到Kryo 680,超大核是2.84GHz Cortex-X1构架,配备了1MB的L2缓存;大核是3个2.24GHz类A78核心,每核L2缓存翻倍到512KB;而小核仍然是4颗1.8GHz的类A55构架。

 从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

Cortex-X1是安卓阵营迎来的第一个公版超大核:6条整数流水线,5解码8发射的前端,有真•PC级的四条带FMA的NEON,是移动端浮点堆料的极致。相应的,X1的芯片面积是A78的2.3倍,峰值性能是A77的1.3倍,机器学习性能提升2倍。

和X1同代的御用搭档A78,IPC比A77提升7%,主要负责“提升能效比、节省芯片面积”,以达到更好的面积和功耗均衡。CPU集群维持4MB的L3缓存,高通官方解释,这是难度和缓存配置之间的平衡。此外,骁龙888支持最高支持4*16bit 3200MHz的满血LPDDR5内存。

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我们通过对比小米11(骁龙888)和小米10 Ultra(骁龙865),可以看到骁龙888在GeekBench和RAR的单核测试上,给出了安卓阵营多年没出现过的25%单核性能提升。高通更在乎持续输出,所以在频率设定上相对保守,多核提升在11%-18%之间。

在安卓阵营,单核性能一直没有得到应有的重视。但实际上,在当今的情况下,提升单核性能的效果和“性价比”都明显更高,会更加影响应用加载、切换、超大型游戏的体验。

对比需要深度优化的多核性能,单核性能的影响简单直接。在应对很多(其实是大部分)多线程优化不佳的日常APP和游戏时,单核性能的提升效果远高于多核性能。游戏中大量的游戏画面元素、移动、NPC动作等,都需要CPU运算后再交给GPU。而《原神》等跨平台的大型游戏的出现,让移动端的CPU压力空前绝后。

强大的单核性能,除了降低开发人员的压力,还无需额外优化就能直接提升大部分应用的基础使用体验。但在功耗敏感的移动端,无法像PC端那样提升频率,所以超大核的出现是必然的。

 从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

反映到这一代旗舰手机的基础体验,骁龙888单核25%的提升,即便是出厂MIUI 12.0系统,依然让小米11的系统操作出奇地流畅。监控频率可以看到发现,骁龙888的X1调度比较积极。

小米11在微博、贴吧、淘宝这些传统“巨型”APP的流畅度都上了一个台阶。应用开启、应用多开、切换等多种场景的感知,都出乎预料地明显。这时候再回来看,2.3倍的芯片面积,仿佛又显得有“性价比”了。

GPU方面,高通Adreno系列在安卓阵营独孤求败了很多年,在骁龙888上又带来了高通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时实现。

 从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

同样使用小米11(骁龙888)和小米10 Ultra(骁龙865)对比参考,低压力场景的提升在27%到35%左右,提升最大的是3D Mark的Wild Life大压力测试,幅度达到53%,Vulkan模式下的GFXBench Aztec场景也有43%的提升。

而骁龙865的Adreno 650,就算超频到905MHz,GFX曼哈顿场景也“只有”110fps(默频骁龙865是90fps)。但骁龙888的Adreno 660,在840MHz就已经有118fps,部分用户都跑到125fps以上了。骁龙888 GPU的同频性能,依然比超频到905MHz Adreno 650高15%以上。

性能之外,骁龙888还有隐藏技能。Adreno 660是首个在移动端引入可变速率阴影(VRS)技术的GPU。VRS是桌面平台刚上的新增特性,能在VR/XR等场景中,降低非注视区域的着色精度,大大降低GPU的压力。在VR/AR还在构建发展的阶段,看到高通积极地提供相关特性,无论是游戏厂商还是用户,大家都是非常欢迎的。

第六代AI引擎:60%的算力提升

和其他芯片厂商不同,在CPU、GPU和调制解调器之外,高通每年都会“花很多笔墨”聊Hexagon DSP。而高通的AI构架,也是各个厂商中最特殊的。从AI部分的提升,能看到高通在方向和策略上的考量,以及未来一年移动AI的发展趋势。

遥想2017年,主流旗舰只有0.6TOPS的AI算力,独立的NPU也才2TOPS不到。但后来从骁龙855的7TOPS,到骁龙865的15TOPS,再到骁龙888的26TOPS,移动端对AI算力的渴求依然见不到尽头。

和常见的独立NPU不同,高通是CPU+GPU+DSP等多部件的异构AI,宣称可以比独立的DSP+机器学习推理引擎方案,提供更高的性能和灵活性。而当中的Hexagon 780,其实是骁龙888上提升最大的部分。

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以前Hexagon 600系列中的标量,张量(Hexagon Tensor Accelerator,HTA)和向量(Hexagon Vector eXtensions,HVX)功能,在Hexagon 780被融合在一起,成为一个整体式IP。

融合后,不同执行引擎间的工作负载切换时间也更短,性能和能效都提升巨大,标量执行能力提高了50%,张量执行吞吐量直接翻倍翻。SRAM增加16倍后,狂涨的内存池,能运行更大的机器学习推理模型。

几乎推倒重构的构架,配合X1超大核2倍的机器学习性能和暴涨的浮点性能、AI性能提升43%的Adreno 660,每瓦性能提升3倍的Hexagon 780,让骁龙888可以提供远高于前代的26TOPS算力。


从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

骁龙888官方测试成绩

在机器学习基准测试MLPerf中,骁龙888的性能最高提升4倍,远超IP块在执行单元的理论计算吞吐量改进(新内存体系的优势?)

夸张的AI性能,有什么用呢?高通技术公司产品管理副总裁Ziad Asghar提到,AI性能大幅提升的主要来自客户的需求。现在移动AI一大部分应用场景都是图像处理,是近年来手机拍照水平突飞猛进的重要原因之一。

从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

虽然被吹得很玄学,但移动AI可笼统理解为“为各种AI算法设计的硬件加速器”。而这些AI算法,早就应用到拍照(成像处理、拍照辅助、图像识别等)、语音通话降噪、语音识别、翻译、人脸解锁、手写识别、游戏和XR体验支持等大量领域。

高通的异构AI设定,是高通移动平台“关注均衡和功耗的设计思路”的产物。在骁龙865首次集成的传感器中枢,也已经升级到第二代,并集成性能提升5倍,但功耗不到1毫安的专用低功耗AI处理器。后者可以提供低功耗的全天候AI待命能力,并分担Hexagon 780 80%的工作负载。

其在“Ok,Google”侦测算法上,可以降低38%的负载,并为陀螺仪、麦克风等需要全天候实时收集数据的传感器,提供更多的可能性(已被用在汽笛声、婴儿哭声的低功耗监测等场景上)。

计算摄影:AI+拍照

AI是“计算摄影”的基础,小米11发布会重点说的夜景视频拍摄和众多拍照提升,背后是骁龙888全新的三ISP和Hexagon 780。

在小米11上,除了骁龙865时代就有的AI换天功能,现在夜景模式也能用来拍摄视频,大幅提升夜景视频的画面亮度和降噪表现。夜景视频可理解为每秒拍摄超过24张超级夜景照片,是ISP和AI算力暴力提升的直接效果。

在拍照过程中,AI也负责提供非常基础的HDR+硬件加速能力,能进行画面降噪、重新着色、自动校色(让色彩表现更加真实或更加吸引眼球)等操作。像把单摄玩出花的Google,就已经依靠AI,提供了背景虚化、全景、Motion动图(类似iOS平台的Live Photo)、AR实时追踪贴图、超分辨率放大、超级夜景等多种功能。

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骁龙888融合AI 3A算法的快速对焦

 

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虹软“傻瓜相机”

除了效果提升,也有很多是关于拍照易用性和趣味性的提升。例如骁龙888融合AI的3A算法,能提高对焦速度。虹软基于Spectra 580和第六代高通AI引擎推出“傻瓜相机”功能,可以自动跟踪人物,自动进行画面缩放变焦等。

 

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4K 30FPS的实时背景抠图

在高通AI Engine的支持下,骁龙888可以做到4K 30FPS的实时背景抠图,CV-ISP硬件计算视觉加速器也能提供60fps实时景深识别的人像、背景分割和替换,人体追踪、物体识别/追踪的效果。

 

从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

一亿像素样张,细节放大对比

  从小米11到骁龙888,2021年旗舰手机体验探究

夜景样张,细节放大对比

而相同CMOS、同样是MIUI的小米11和小米10 Pro,是非常适合用来对比ISP和AI对拍照影响的样本。得益于骁龙888的ISP和AI性能,小米11,不论取景框预览画面、1亿像素模式、HDR、夜景等多帧合成场景,画面的高光压制、鬼影、伪像、颜色还原等部分,都有明显提升。

总结:安卓阵营大跨越的一年

这是小米多年来,首次在1年内发布两台数字系列旗舰,骁龙888机型的量产时间远比以前早,为下一代产品留下了充足的准备时间,不禁让人猜想,高通是不是在憋着什么大招。

高通做的是SoC移动平台,在他们眼中,除了绝对性能,均衡也是核心指标。骁龙888在CPU单核性能和GPU性能上的提升,直接抬升了安卓旗舰日常操作的流畅度,以及应对跨平台大型游戏的能力。而AI和DSP的倍数级提升、传感器中枢上的低功耗AI处理器,则成了高通新的护城河。

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