7 nm, EUV

Huawei Kirin 990: Smartphone-Power-CPU mit 5G & Dual-SIM

Dual-SIM-Unter­stüt­zung auch in der 5G-Version, zwei Verar­beitungs­einheiten für Künst­liche Intel­ligenz (NPUs)
Von der IFA in Berlin berichtet
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Tradi­tionell hat Huawei die große Bühne der IFA genutzt, um die neueste Version des Smart­phone-Prozes­sors Kirin vorzu­stellen. Beson­ders stolz war Huawei-CEO Cheng­dong Richard Yu darauf, dass der neue Kirin 990 in der 5G-Vari­ante erst­malig auch das komplette 2G/3G/4G/5G-Modem enthält. Die Zahl der Tran­sistoren des in einem 7-Nano­meter-Prozess mit EUV-Litho­grafie herge­stellten SoCs (System-on-a-Chip) ist dadurch noch einmal deut­lich gewachsen: auf über 10,3 Milli­arden. Trotzdem ist der Chip kaum größer als mein Finger­nagel, scherzte Yu.

Huawei kommt mit der Ankün­digung des voll inte­grierten Kirin 990 der Konkur­renz zuvor, deren 5G-Smart­phone-Chip­sätze noch aus zwei SoCs bestehen: Dem Qual­comm Snap­dragon 855 und dem 5G-Modem X50, bzw. dem Samsung Exynos 9825 eben­falls samt sepa­ratem Modem. Von Apple gibt es dieses Jahr gar noch keinen 5G-Chip, auch das voraus­sicht­lich schon kommende Woche vorge­stellte neue iPhone muss noch mit 4G/LTE auskommen.

Die Performance der NPU des Kirin 990Die Performance der NPU des Kirin 990: Huawei sieht sich um den Faktor drei vor der Konkurrenz Der Kirin 990 unter­stützt die beiden 5G-Betriebs­arten NSA ("non stand-alone") und SA ("stand-alone"). NSA greift für Basis­funk­tionen, insbe­sondere die Signa­lisie­rung, auf ein 4G-Netz zurück, 5G-SA-Netze können hingegen auch unab­hängig betrieben werden. Insbe­sondere viele City-Carrier, die 5G als Fest­netz­ersatz (FWA, "fixed wire­less access") anbieten wollen, können 5G mangels 4G-Netz nur im SA-Modus betreiben.

Dual-SIM: Zwei Daten­verbin­dungen gleich­zeitig

Der Kirin 990 unter­stützt zwei SIM-Karten (Dual-SIM), von denen aller­dings nur eine im 5G-Netz einge­bucht sein kann. Die zweite SIM-Karte ist auf 2G/3G/4G limi­tiert. Aller­dings kann von beiden SIM-Karten aus eine Daten­verbin­dung aufge­baut werden. Insbe­sondere ist es Smart­phones auf Basis des Kirin 990 also möglich, einen VoLTE-Anruf mit der einen Karte zu führen, und einen einge­henden VoLTE-Anruf auf der anderen SIM-Karte zu signa­lisieren, so dass der Nutzer dann entscheiden kann, ob er den Anruf annimmt oder nicht.

Dual-SIM-Fähigkeiten des Kirin 990 5G
Dual-SIM-Fähigkeiten des Kirin 990 5G im Vergleich zur letzten Generation des 5G-Modems der Konkurrenz

Noch schnel­lere neuro­nale Netze

Stark gestiegen ist auch die Leis­tungs­fähig­keit der NPUs, mit denen Berech­nungen im Rahmen der "künst­lichen Intel­ligenz" (kurz KI) durch­geführt werden. Huawei sieht sich hier gar um einen Faktor drei vor der Konkur­renz. Erst­malig hat Huawei zudem das von den CPUs bekannte Big-Little-Konzept auch bei der NPU implm­entiert: Der "kleine" NPU-Kern ist für Standby-Aufgaben opti­miert, die nur eine mitt­lere KI-Leis­tung benö­tigen. Als Para­debei­spiel für die Nutzung des kleinen NPU-Kerns nannte Yu die Gesichts­erken­nung zum Unlock des Smart­phones.

Stromersparnis durch den Tiny-NPU-Core
Stromersparnis durch den Tiny-NPU-Core

Kern­auftei­lung 4 - 2 - 2

Wie schon bei der letzten Kirin-Genera­tion verbaut Huawei beim Kirin 990 5G insge­samt drei veschie­dene Typen von CPU-Kernen: Zwei große ARM Cortex A76 mit je 2,86 GHz, zwei etwas klei­nere ARM Cortex A76 mit je 2,36 GHz Takt und vier kleine ARM Cortex A55 bei je 1 ,95 GHz. Beim Kirin 990 ohne 5G-Unter­stüt­zungs liegen die Takt­raten der "mitt­leren" A76-Kerne mit 2,09 GHz und der A55-Kerne mit 1,86 GHz jeweils etwas nied­riger. Hinter­grund hierfür ist der etwas andere Herstel­lungs­prozess, der zwar eben­falls eine Struk­turgröße von 7 Nano­meter verwendet, aber ohne die beson­ders hoch­auflö­sende EUV-Litho­grafie.

Durch den Verzicht auf die Logik zur Umsor­tierung der Maschi­nenbe­fehle ("out-of-order-execu­tion") benö­tigen die vier kleinen A55-Kerne zusammen in etwa dieselbe Chip­fläche wie einer der großen. Die Verar­beitung ist in den kleinen Kernen aber deut­lich lang­samer, weil sie deut­lich mehr Takt­zyklen mit dem Warten auf Daten zubringen: Die großen Kerne können in dem Fall, dass einzelne benö­tigte Werte noch nicht bereit­stehen, andere Berech­nungen vorziehen, die sich auf bereits verfüg­bare Daten beziehen, die kleinen Kerne hingegen nicht. Im Vergleich zu einem Snap­dragon 855 soll Huaweis Achter­gespann sowohl Single- als auch Multi-Core etwa zehn Prozent mehr Perfor­mance liefern.

16 Kerne für die GPU

Im Vergleich zum Vorgänger Kirin 980 wurde die Graphik­einheit (GPU) von 10 auf 16 Mali-G76-Kerne erwei­tert. Huawei spricht auch hier von einem "World's First". Die Perfor­mance liegt laut den Huawei-eigenen Bench­marks trotz des großen Sprungs bei der Zahl der Kerne dennoch nur 6 Prozent über dem Snap­dragon 855, die Perfor­mance pro Watt (Effi­zienz) immerhin um 20 Prozent. Offen­sicht­lich ist auch die Konkur­renz nicht untätig.

Zentraler L4-Cache

Alle genn­anten Prozes­soren - NPU, CPU und GPU - greifen über jeweils eigene Caches auf den Haupt­spei­cher zu. Um letz­teren zu entlasten, hat Huawei einen weiteren "Smart Cache" dem System hinzu­gefügt, dessen Inhalt für alle Einheiten sichtbar ist. Hier­durch verrin­gert sich die Zahl der Zugriffe auf den Haupt­spei­cher um 15 Prozent, wodurch dessen Strom­verbrauch wiederum um 12 Prozent sinkt.

Alle Effi­zienz­maßnahmen zusammen führen zu nied­rigerem Stom­verbrauch und längerer Akku­lauf­zeit. Huawei zeigte eine Spiele-Demo mit im Vergleich zur Konkur­renz noch etwas besserer Frame­rate (das Optimum von 60 Hz wurde seltener verfehlt) und ca. 10 bis 20 Prozent nied­rigerer Leis­tungs­aufnahme.

"Sofort lieferbar"

Huawei bezeichnet den Kirin 990 als "ab sofort verfügbar", was frei­lich dahin­gehend einge­schränkt ist, dass Huawei die Kirin-Prozes­soren nur für die eigenen Smart­phones verwendet und nicht an die Konkur­renz liefert. Die größten Fort­schritte wurden mit dem 7-Nano­meter-EUV-Prozess erzielt, der im Vergleich zum 7-Nano­meter-Prozess ohne EUV höhere Takt­raten bei glei­chem Strom­verbrauch ermög­licht. Durch die Inte­gration weiterer Einheiten konnte die Perfor­mance noch­mals kräftig gestei­gert werden, aber auf Kosten einer deut­lichen Stei­gerung der Zahl der Tran­sistoren. Letz­tere drückt Erfah­rungs­gemäß auf die Ausbeute - der Kirin 990 dürfte daher kein billiger Prozessor sein.

Erstes Smart­phone mit dem Kirin 990 bzw. dem Kirin 990 5G wird das Mate 30 werden, das am 19. September in München vorge­stellt wird.

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