自第一代iPhone在2007年發布以來，智能手機這個概念橫空出世，產業也在過去十五年間經歷了夢幻般的發展。這一方面體現在手機外形、應用的革命性轉變；另一方面，智能手機芯片性能在過去的這些年里也實現了指數級的增長。
然而，受限于智能手機本身尺寸、重量和電池技術等多個方面的優勢，智能手機SoC在通過制造工藝改進和IP改善來提升性能的同時，也促使作為當中關鍵組成的CPU架構從過去多年的單核高頻率、多核、大小核和最近幾年的三簇式（大核+中核+小核）設計。在這些改變的背后，主要是為了實現智能手機SoC PPA（Performance、Power、Aera）的平衡。
但在全球領先的芯片設計商聯發科看來，智能手機SoC又要變了。
手機芯片CPU，亟待“革新”
在介紹CPU的“革新”之前，，我們先回顧一下智能手機早些年的手機芯片發展歷史。
資料顯示，為了滿足智能手機廠商日益增長的性能需求，智能手機SoC廠商在早期的工作方向之一就是推動手機芯片CPU的頻率提升。以聯發科為例，公司在2009年發布的首款智能手機解決方案MT6516是使用單核心的設計，其CPU主頻為416MHz；到2011年發布的MT6573，其CPU主頻則到了650MHz。
后來，為了進一步提高性能，這些SoC廠商推動多核 CPU的發展。這些CPU內核都具有相同的內核，能夠處理相同的指令并達到相同的時鐘速度，其所有任務，無論大小，也都在這些核心之間處理和分配。
但是，在對智能手機處理器高性能需求與日俱增的同時，用戶還希望能夠有足夠的續航來完成低強度的任務，如發短信，郵件以及聽音樂。這就促使了Arm big.LITTLE架構的產生。和傳統的多核設計不一樣，基于 big.LITTLE 的 CPU 設計具有兩個核心“集群”，其中針對不同任務具有不同設計的核心——專為執行要求較高的任務而設計的“高性能”內核，以及處理更常規任務的“節能”內核。
過去十年里，包括聯發科在內的智能手機芯片廠商都在遵循這樣的設計，他們也從一開始的“大小核”發展到近年來的“大中小核”設計，這在前面有提及。如聯發科的前一代旗艦芯片天璣9200就采用了“1+3+4”的八核設計。
到了現在，伴隨著AI時代的到來，終端對芯片性能產生了更強的需求。聯發科也認為手機芯片也需要繼續進化——推動CPU進入“全大核”時代，這也正是他們在新推出的天璣9300上采用了4 個最高頻率可達 3.25GHz的Cortex-X4 超大核，以及 4 個主頻為 2.0GHz 的 Cortex-A720 大核設計的原因。
聯發科技無線通信事業部產品規劃總監張耿豪表示，進入先進制程時代，因為漏電電流的增大和無可避免，導致過去芯片上節能的小核在功耗表現上其實并沒有比大核好多少。而且這個問題會在后續的發展中越來越嚴重，這也是促使聯發科在天璣9300上砍掉CPU上的“小核”，通過打造更強，更高效地完成任務的“全大核”處理器的重要原因。
在張耿豪看來，全大核架構雖然是一個革新，但也不是完全從零到有。因為另一家手機芯片大廠蘋果之前就有相似的概念，其A系列芯片的小核雖然也叫“小”，但事實上它并不小，而是比一些安卓芯片的的大核還要再大一點。
為此，他認為，這是智能手機芯片架構的發展方向。
天璣9300，“全大核”創新出擊
事實上，從聯發科提供的參數看來，他們的這個“全大核”的創新設計也的確不負眾望。
測試數據顯示，聯發科天璣9300的峰值性能相較上一代提升 40%，其工作速度快、效率高，具有高能效特性，能夠在資源擁擠時滿足計算需求。其強勁多線程性能，更是可以讓終端的多任務處理更加流暢，例如同時進行游戲和視頻直播，或是在進行游戲的同時播放視頻。例如在重載應用上，天璣9300能夠輕松實現雙開。
能達成這樣的成就，與聯發科在這顆芯片的全大核CPU上采用了亂序執行設計有著重要的關系。
對CPU工作原理有了解的讀者應該清楚，當前的處理器執行方式有兩種，分別是順序執行和亂序執行。其中，順序執行的處理器在實際工作中就是按照取指順序，一條一條的執行。遇到數據相關性就停下等待。這樣的設計需要的硬件開銷是比較小的，但對于處理器的性能會有一定的限制；在亂序執行中，指令可以不按程序指定的順序執行，減少阻塞，提升處理器的執行效率，其對外表現的行為還是和順序執行的處理器一樣，但是能效卻更好了。
聯發科正是通過在天璣9300中全面使用亂序執行(out-of-order)的內核，以實現了增加應用執行的效率、減少卡頓的發生，實現做得快、休息快和更低功耗的目的。據透露，新芯片的功耗同比節省了33%，無論在輕載還是重載應用場景中，都能降低功耗、延長續航時間，這掃除了大家對新設計能否平衡PPA的擔憂。
從聯發科方面的介紹我們得知，天璣9300的這個全大核設計也并不是一蹴而就的。在過去三年里，聯發科不但持之以恒地推動硬件的設計發展，還在軟件的設計、系統的設計中去找到一些關鍵的場景，并優化它。同時，還盡力把所有的應用都聚集在一起，快速地把它執行完畢，快速地深層的“睡”下去，實現高性能低功耗的目標。
如張耿豪所說，這不是一個簡單的事情，因為這必須要把端到端、硬件到軟件到系統都串在一起。其中很多很深度的事情底層甚至需要跟所有的生態鏈一起去完成。為此，聯發科正在聯手上游的合作伙伴谷歌，針對8大核的架構，在安卓AOSP上面調優。
在這些領先設計的加持下，聯發科天璣9300的CPU的多核跑分也是名列全茅，超過了其他友商，成為目前的多核性能第一。
AI、GPU和通信，新旗艦全面出擊
除了在CPU上創新以外，聯發科天璣9300在芯片的AI處理能力上也實現了重磅升級——集成了性能和能效都得到顯著提升的全新第七代 APU 處理器——APU 790。據介紹，APU 790 內置了硬件級的生成式 AI 引擎，這也讓天璣9300成為業界首款搭載硬件生成式 AI 引擎的智能手機芯片，可實現更加高速且安全的邊緣 AI 計算，深度適配 Transformer 模型進行算子加速。
針對大語言模型對內存需求暴增，但手機內存又有限的現狀。聯發科更是開發了混合精度 INT4 量化技術，結合公司特有的內存硬件壓縮技術 NeuroPilot Compression，可以更高效地利用內存帶寬，大幅減少AI 大模型對終端內存的占用，支持終端運行 10 億、70 億、130 億、最高可達 330 億參數的 AI 大語言模型。聯發科更是透露，公司已然成為首個在 vivo 旗艦手機端側落地 70 億參數 AI 大語言模型的芯片廠商。公司同時還突破行業極限，與 vivo 成功在端側運行 130 億參數 AI 大語言模型。
除此以外，APU 790 還支持生成式 AI 模型端側“技能擴充”技術 NeuroPilot Fusion，可以基于基礎大模型持續在端側進行低秩自適應（LoRA，Low-Rank Adaptation）融合，進而賦予基礎大模型更加全面的能力。
為了簡化開發者的開發，聯發科還憑借其 AI 開發平臺 NeuroPilot 構建了豐富的 AI 生態，并支持 Meta LIama 2、百度文心一言大模型、百川智能百川大模型等前沿主流 AI 大模型，完整的工具鏈助力開發者在端側快速且高效地部署多模態生成式 AI 應用，為用戶提供文字、圖像、音樂等終端側生成式 AI創新體驗。
來到手機SoC的另一核心組成GPU方面，聯發科在天璣9300中率先采用了Arm新一代旗艦 12 核 GPU Immortalis-G720。與上一代相比，新GPU 峰值性能提升 46%，相同性能下功耗節省 40%，給終端用戶帶來持久流暢的旗艦移動游戲體驗。聯發科同時還為天璣 9300 引入了公司第二代硬件光線追蹤引擎，支持 60FPS 高流暢度的光線追蹤，并帶來游戲主機級的全局光照特效。
至于大家關心的通信方面，天璣9300搭載了支持 Sub-6GHz 四載波聚合（4CC-CA）和多制式雙卡雙通的5G 調制解調器；來到WiFi方面，則支持 Wi-Fi 7，最高理論峰值速率可達 6.5Gbps；天璣 9300 最高還可支持 3 個藍牙天線，特有雙路藍牙閃連技術，帶來超低時延的藍牙音頻體驗。
在天璣9300中，聯發科還集成了自研的旗艦級 ISP 影像處理器 Imagiq 990，支持 180Hz WQHD和 120Hz 4K 顯示的MiraVision 990 移動顯示處理器以及為手機數據保駕護航的雙安全芯片。
值得一提的是，天璣9300還是全球首個支持 LPDDR5T 9600Mbps 內存，這讓其在執行數據處理時，擁有了無與倫比的體驗。
寫在最后
觀察過去多年智能手機芯片旗艦的迭代，無論是哪個供應商，似乎都將集成最新的IP和使用最新的制造工藝當作追逐的目標。這就導致智能手機廠商以“跑分”當作衡量手機旗艦水平的重要標準。
不過，正如張耿豪所說，旗艦手機走了那么多年，是時候拋棄過去的“跑分”思維，而是轉向關注未來需要怎樣的手機？我們可以創造什么？這才是發展的根本。天璣9300的全大核設計，也是這種思維轉變的產物。
“從今年開始，有可能全大核就成為一個新的標準規格，未來就是一個全大核的世代，聯發科正在引領這種潮流”張耿豪信心滿滿地說。
而vivo X100即將在11月13日全球首發搭載天璣9300，或許，我們距離全大核世代的正式到來，僅僅只需要等待最后的幾天。
