【何文高 每週專欄】著眼多元應用 聯發科要當5G市場霸主

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以北斗七星中的「天璣」(英文名稱則為Dimensity)為名,聯發科(MediaTek)第一款旗艦級5G系統單晶片(SoC)於11月26日正式亮相,當天除了在中國大陸深圳舉辦由該公司總經理陳冠州領銜的盛大發表會,在台北亦有執行長蔡力行坐鎮的記者會,並罕見地邀請到台積電、日月光、京元電子、矽品、工研院資通所、中華精測與經濟部5G辦公室等產業鏈夥伴的高層代表站台,宣示台灣IC廠商將在5G市場扮演領先關鍵角色的企圖心。

而在發表天璣1000單晶片的前一天,聯發科才宣佈將與大廠英特爾(Intel)合作,要將5G晶片導入PC市場,Dell、HP等筆電大廠可望成為率先採用雙方合作開發之5G方案的的公司,首批產品則預計於2021年初問世。一再表示對新款5G單晶片順利誕生感到「滿心喜悅」的蔡力行在記者會中指出,5G的應用不會只侷限在手機,還有其他涵蓋PC、汽車、物聯網(IoT)等等廣泛的應用,聯發科期望以天璣1000為起點,在剛起飛的5G市場站穩領先地位,拓展在各種應用領域與全球各區域的版圖。

蔡力行表示,天璣1000發表選在宣佈與Intel合作5G PC的時間相近純屬巧合,而他也透露其實聯發科與Intel決定合作並未花很長的討論時間,雙方可說是「一拍即合」。針對此合作案,大多數產業觀察者都抱持樂觀態度,如市場研究機構Arete Research資深分析師Brett Simpson在接受EE Times表示:「Intel沒有可用的5G數據機,Apple也沒有(編按:Apple在今年7月宣布收購Intel的手機數據機晶片部門),所以這樣的舉措是合理的;而Qualcomm已經與Microsoft聯手,推出以Arm處理器執行的Windows平台筆電用5G SoC,因此Intel不太可能會與Qualcomm在PC方面合作。」

Linley Group資深分析師Linley Gwennap則表示,Intel仍是PC市場的關鍵推手,儘管目前採用蜂巢式通訊技術的筆電佔整體筆電市場比例不到5%,但著眼於未來5G網路的更高速度,該比例可望持續擴大。VLSI Research 執行長Dan Hutcheson表示,Intel把手機數據機晶片部門賣掉卻轉向與聯發科合作並不矛盾,想想開發5G數據機晶片所需的龐大投資,以及在高度競爭的市場中可能取得的報酬就可以理解;他補充指出,Intel與聯發科合作,還為了能提供客戶完整的參考設計。

「能擁有即時的連網性能,數十年來都是筆電消費者的夢想,市場需求是存在的,只是PC廠商與蜂巢式通訊業者一直沒取得共識;」Hutcheson解釋,PC業者不想負擔為不同的服務業者提供不同數據機晶片衍生的成本與複雜性,而通訊服務供應商則不希望自家網路流量被PC可能產生的大量數據佔用。「現在已經有消費者把手機當成讓筆電上網的Wi-Fi熱點,這並不是一種方便的做法;」他認為:「5G將改變這種局面,因為具備能處理大量數據的能力。」

天璣1000揭密

回到天璣1000 (MT6889)的技術細節,其實聯發科早在今年Computex期間就透露將發表首款整合式5G SoC,只是名稱與時程都未定;而這款終於誕生的晶片採用7奈米製程,整合5G數據機,與其他分離式5G解決方案相比可顯著節省功耗,與友商旗艦5G晶片相比,最高可節省超過40%的功耗,在重載模式下,可以省將近50%功耗。

天璣1000支援5G雙載波聚合(2CC CA)技術,高速5G訊號覆蓋增加30%,同時也是全球第一款支援5G+5G雙卡雙待機的晶片,包括NSA與SA雙卡雙待;大部分友商旗艦產品,包括單晶片產品,只做到單載波,一次連一個頻段。同時該款晶片號稱擁有全球最快5G網路輸送量,在Sub-6GHz頻段達到4.7Gbps下行和2.5Gbps上行速度。而從對比資料來看,友商晶片目前只能做到這個數字的一半。

在無線連接方面,天璣1000整合Wi-Fi 6,速度相較於競爭產品提升52%的下行峰值,對比Samsung和Appple產品的Wi-Fi 6,天璣1000吞吐率在同樣環境下突破千兆,接近5G的傳送速率,並且在同樣的速度下把整體功耗降低70%。

天璣1000支援最新藍牙5.1+標準,可實現快速高效的本地無線連接,在下行與上行速度方面均提供超過1Gbps的網路輸送量。除了Wi-Fi 6、藍牙5.1+,在導航方面則支援全球最多衛星系統,包括GPS、北斗以及日本的衛星系統,支援L1和L5雙頻。與友商A相比多25顆衛星,比友商B多了18顆,衛星更多好處表現在實際的用戶體驗上,以往在路橋下行駛收不到訊號,在多衛星的加持下都能收到。

另外就是是無縫定位,以往我們過隧道或者是到地下停車場,導航很快就斷了。聯發科表示,天璣1000內建的導航定位演算法,即使開到地下,導航軌跡還是持續存在,在地下一層兩層三層的都可以知道具體位置。

衡量手機SoC的好壞,離不開跑分。MediaTek無線通訊事業部產品行銷處處長何春樺表示,天璣1000的安兔兔跑分超過510,000,這是之前榜上從沒有出現過的高分,當然也對比了友商的旗艦級晶片。「從這麼好的安兔兔跑分可以看出,我們的CPU和GPU組合是非常強悍的;」何春樺表示,「我們是第一個使用四大核Cortex-A77 @2.6Ghz的,性能和架構可以有非常好的表現。」使用Geekbench測單核心和多核心,與競爭產品相較也處於領先位置。而好的CPU在消費者手上最直接的體驗,就是啟動日常用的APP速度上,尤其在冷開機下的表現會特別明顯。

天璣1000也是全球首款使用Arm Mali-G77 GPU的5G晶片,一次用了9個核心;G77與前一代G76相比性能提升40%。GPU最常用的測試是曼哈頓測試,何春樺介紹,天璣1000在3.0和3.1版本上的得分均為世界最好。

GPU的好壞直接影響遊戲體驗,聯發科用目前市面上最重載的遊戲和市面上旗艦競爭產品比較,在部分90幀和120幀的設定下,能做到的只有包括天璣1000在內的兩款。除此之外,天璣1000還在四種常用的AI運算網路上做了一些優化,與競爭產品相比,最多可以領先2點多倍。而目前手機中最吃AI算力的功能,就是拍照和遊戲了。聯發科無線通訊事業部技術行銷處處長李俊男介紹了天璣1000最新影像處理引擎Imagiq5.0,目標就是打造最聰明的AI相機。現在手機已經可以在大部分場合取代相機,除了幾個關鍵的場景手機還沒有相機做的好。而APU和AI可以把這些場景做好,比如拍照遇到最難的就是高動態範圍場景,在明亮的窗戶前想要拍照,既要拍到人很漂亮,也想拍到窗外的景也漂亮,對現在的手機相機挑戰很大。首先是手機感光原件的能力有限,需要通過很多不同長度的曝光,取不同亮度的景再結合起來,才可以做到很高的動態範圍,現在大概可以做到6張和9張以上。還有一個大部分手機沒有做到的,就是同時做多張降噪和HDR。現在大部分手機是先做多張降噪再做HDR,或者多張HDR合成一起做降噪,這樣會漏失掉很多的場景。李俊男表示:「天璣1000最厲害的地方可以同時做這兩件事,同時可以有多張HDR和同時降噪。」在拍移動物體、AI智慧白平衡還原真實色彩(Ground Truth)、零延遲AI-景深引擎(Video Bokeh)上,天璣1000的強算力也做得很好。總結天璣1000旗艦機多媒體規格有五核ISP,支援三攝、四攝,以及AI或者是AI+HDR等等。

至於遊戲部分,專門為遊戲開發的HyperEngine2.0之前在G90介紹過,不過是在4G平台上,如今5G跟Wi-Fi 6的加入也帶來了體驗提升,四大引擎分別是網路優化引擎、智慧調控引擎、操控優化引擎、顯示引擎。

在網路優化引擎方面, 5G+5G可以在玩遊戲的時候,有電話來了遊戲不會被掉網中斷。遊戲的卡頓有兩個來源,最重要的是網路卡頓,天璣1000採用的智慧網路架構可以帶來低延遲體驗。此外,在負載調控、操控和畫質優化上,MediaTek也做了很多工作,比如提供業內最快30ms的螢幕回應,110ms的藍牙即時傳輸,以及電視等級的MiravisionPQ引擎。

關於市場定位,聯發科無線通訊事業部協理李彦辑李彥輯表示,天璣1000是旗艦級的晶片,無論是整合5G基頻和Wi-Fi來講,在7奈米製程產品中是目前世界上最好的,所以無論跟客戶和市場上的定位都是高階的手機。

而針對另一家競爭對手三星近期放棄自研SoC架構、轉用Arm公版,是否會成為聯發科(MediaTek)的另一個大對手的問題,李彥輯表示:「三星在4G時代一直有自己的晶片,只是很多的東西沒有成熟到可以讓手機品牌廠商大面積採用,但三星是可敬的對手,我們各自有擅長的地方也有努力的方向,市場是公開公平的,我們還在持續觀察中。」而這款晶片推出的時間點,李彥輯認為一個晶片的推出有很多綜合考量的因素,包括最重要網路成熟度,今年年底、明年年初是比較好的時間點,太早推出的沒有5G網路,使用者感受不到5G的好處,太晚則失去了機會。天璣1000晶片將於12月份量產出貨,首款搭載的終端將於2020年第一季上市;天璣將成為聯發科5G晶片家族名稱,未來將陸續推出其他系列產品。

    在AI方面,天璣1000搭載了全新架構的MediaTek 獨立AI處理器——APU3.0,擁有4.5 TOPS的AI算力,比上一代 APU2.0性能提升兩倍以上,功耗降低了40%,這裡面有新架構的功勞,也有7奈米製程帶來的優勢。APU3.0基於2.0做了幾個改變,第一個改變是導入了類似大小核心的概念,AI的運算會越來越複雜,必須做一些分工,有的用大核心、有的要用小核心,效率才會最好。何春樺介紹:「6核心架構中有兩個大核、三個小核還有一個微小核,微小核非常省電,可以幾乎忘了它的存在,它會在那邊持續工作。」對AI處理器來講,最直接的評判方式是看蘇黎世跑分,繼去年的P90之後,天璣1000又拿下蘇黎世界第一。分數相比競爭產品A領先4000分,競爭產品B則還不到一半的水準。

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