麒麟9050 Pro拆解：两颗Die“折叠”，当一颗用！

近日，半导体分析机构 Kurnal Insights 发布了华为麒麟9050 Pro（Hisilicon Hi36E0）芯片裸片照片（Die Shot），展示了这款基于华为“韬定律”逻辑折叠（LogicFolding）技术的全新SoC的内部结构。

逻辑Die+SARM Die折叠设计

Kurnal Insights公布的华为麒麟9050 Pro芯片的裸片照片显示，其并未采用传统的将计算单元与SRAM在同一个2D Die结构上的设计，而且分成了两个Die，即一颗计算Die（CPU/GPU/NPU/ISP/DSP等计算单元都在这个裸片上）与一颗SRAM Die（SRAM/Cache都在这个裸片上）通过“逻辑折叠”技术键合而成，这种方法缩短了信号链路，并利低至微米级间距的垂直互连，使两个Die在功能上作为一个单片单元运行。

据华为半导体业务负责人何庭波此前披露的论文阐述，所谓“逻辑折叠”，并非传统意义上的芯片堆叠：传统堆叠是将现成模块在封装层面连接，而逻辑折叠是将原本在平面上展开的完整逻辑系统，放到三维空间中重新设计、重新布线、重新定义时序，其不仅提升了芯片密度和性能，还优化了芯片的信号链路和电气链路，降低了功耗和时延。

从Kurnal公布的两个裸片的标注图来看，这两颗裸片尺寸均为11.13mm × 10.84mm，面积均为120.65mm²，虽然单个裸片的面积甚至略小于前代麒麟9030S的122mm²，但由于是两个裸片“逻辑折叠”而成，因此其整体的晶体管密度得到了大幅提升。

据爆料人@Taog_1575透露，麒麟9050 Pro的计算Die采用N+3工艺，SRAM Die则采用N+2工艺，这样的工艺组合，在麒麟芯片当中尚属首次。

根据华为半导体业务部总裁何庭波此前公布的论文数据显示，麒麟9050 Pro的晶体管密度达到每平方毫米2.38亿颗，较麒麟9030 Pro的每平方毫米约1.55亿颗晶体管提升了55%。不过，华为最新发布会披露的数据显示，如果只看计算Die的逻辑单元晶体管密度，则提升了约28%。

此外，麒麟9050 Pro通过创新的逻辑折叠架构，压缩关键路径时延，能将新芯片时钟缓冲器的数量降低55%，关键路径时延也减少30%。与此同时，麒麟9050 Pro还实现了500万个信号传输键合，跨Die传输带宽高达125TB/秒，这也助力了信号传输时延的降低。

根据华为官方的数据，麒麟9050 Pro相比上代麒麟9030 Pro的CPU多核性能提升了23%；该芯片还集成了一颗超低功耗微核，息屏显示、消息推送等低负载场景由微核运行，有效降低待机功耗；GPU图形渲染性能提升了40%；NPU性能提升了140%，可以在端侧运行30B MOE 大模型；集成的第十代ISP，可以将长焦清晰度提升34%；通信方面，集成了全新的巴龙基带，支持超5.5G通信。

计算Die：9核CPU+6核GPU+4核NPU

Kurnal公布的计算Die的标注图来看，麒麟9050 Pro的逻辑计算单元全部集中在这一层。

其中，左上方的区域是Maleoon 955 GPU，拥有6个GPU核心，主频为1056MHz，占据了相当大的裸片面积。

Maleoon 955 GPU的下方和右侧则是LinXi CPU区域。在具体CPU架构方面，麒麟9050 Pro搭载自研灵犀9核16线程CPU，采用1+6+2架构，包含一个主频3.1GHz的LinXi-Big大核和6个主频2.2GHz的LinXi-Mid中核和2个1.75GHz LinXi-Small小核。

需要指出的是，从裸片照片来看，麒麟9050 Pro的CPU分拆成了不同位置的两个独立的集群：一个集群位于Maleoon 955 GPU右侧，拥有1个LinXi-Big大核+2个LinXi-Mid大核+2个LinXi-Small小核；另一个集群位于Maleoon 955 GPU下方，拥有4个LinXi-Mid中核。

计算Die右侧是面积相当大的Kirin ISP，并且该ISP还配备了专用的双核CPU核心；计算Die的下方中央是四核心的达芬奇（Da Vinci）NPU，左下方是DSP/Dispaly单元，右下方是巴龙（Balong）5G基带。

此外，计算Die内部还分布着多个Cach Controller，边缘还分布着多个Memory Controller和I/O Controller & Buffer等模块。

SRAM Die：与计算Die垂直耦合的有源多级缓存层

Kurnal公布的SRAM Die标注图显示，这一层并不是一片简单的“缓存仓库”，而是与计算Die高度对应的有源存储层。

其中，麒麟9050 Pro的六个Maleoon 955 GPU，不仅每个核心都配备了独立的一级缓存，同时还有4MB的共享二级缓存。

在CPU缓存方面，位于Maleoon 955 GPU右侧的5核CPU集群中，LinXi-Big大核配备了独立的3MB二级缓存，2个LinXi-Small中核分别配备了256KB的缓存，2个LinXi-Small小核则配备了2MB的共享二级缓存，这5个CPU核心还拥有共享的8MB三级缓存。

位于Maleoon 955 GPU下方的拥有4个LinXi-Mid中核的CPU集群，则配备了共享的8MB二级缓存。

在NPU方面，4个芬奇架构的NPU核心，每个核心均拥有独立的1MB缓存。

Kirin ISP专用的双核CPU，也配备了512KB的二级缓存；DSP/Display计算单元，配备了512KB缓存；巴龙5G基带也配备了2304KB缓存。

此外，麒麟9050 Pro还配备了12MB的SLC系统缓存，整个SoC的计算单元都能够进行调用。

其中，各个计算单元内部的Cache是解决局部、高频、低延迟数据访问；12MB SLC则承担更高一级的系统级数据共享；外部的LPDDR负责更大规模的数据存取。

需要指出的是，在SoC当中，计算单元和存储单元之间存在大量、高频、低延迟的数据交换，如果能够缩短互连距离，那么将能够大幅降低RC延迟、动态功耗和布线资源占用，因此将计算单元和存储单元进行垂直集成价值更高。

但是，麒麟9050 Pro的SRAM Die并不是一个简单的大容量共享Cache层，而是为CPU、GPU、NPU等计算单元配备了紧密耦合的独立多级Cache，并与SLC一起纳入了这个垂直缓存体系当中。逻辑Die上的各个计算单元和SRAM Die上的缓存之间，实际上构成了一组跨硅层的逻辑-存储垂直耦合关系，这比单纯的计算Die与DRAM进行3D堆叠更加复杂。

此外，SRAM Die上还有安全核心和NPU Controller，周围还分布着多个PCIe、LPDDR PHY、CSI、DSI、USB PHY、RF等相关单元。

小结：

虽然麒麟9050 Pro通过“逻辑折叠”设计将逻辑Die和SRAM Die垂直整合，确实在带宽、时延、功耗和晶体管密度等方面带来了显著收益，但是这并非没有代价。

一方面，两颗Die若要稳定协同工作，必须依赖高精度晶圆减薄、混合键合（Hybrid Bonding）以及极高精度的对准与互连工艺。另一方面，传统单Die设计中，若Die出现损坏，通常只影响一颗Die；而在Logic Die + SRAM Die + Bonding的架构下，任一环节出现问题，都可能拖累最终封装良率，甚至导致两颗Die同时报废。

因此，麒麟9050 Pro的“逻辑折叠”方案在换取性能与能效提升的同时，也对制造工艺、键合精度和良率控制提出了更高要求。

编辑：芯智讯-浪客剑