从小米11到骁龙888，2021年旗舰手机体验探究
作者 | 量衡
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。
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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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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0.6TFOPS的AI算力，独立的NPU也才2TFOPS不到。但后来从骁龙855的7TOPS，到骁龙865的15TOPS，再到骁龙888的26FTOPS，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。
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26 TOPS算力。
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。
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）。
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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。
骁龙888融合AI 3A算法的快速对焦
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。
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。
一亿像素样张，细节放大对比
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。
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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。