芯片三连发，雷军有芯事
“我跟团队承诺，我们至少做十年，至少投入500亿以上。” 雷军关于玄戒芯片的这句承诺，正在不断地用产品兑现。
8月24日，小米一次性发布三颗玄戒芯片：第二颗3nm旗舰SoC玄戒O3、全球第一颗6nm晶圆级三层堆栈近存AI加速芯片玄戒O100、中国第一颗3nm智驾级大算力芯片玄戒D100。
其中首批搭载玄戒O3的小米 18 Fold将在接下来的9月亮相。O100和D100两颗AI算力芯片则要到明年上机。
3nm的性能对标2nm的竞品、独特的晶圆级封装、国产LPDDR6存储、芯模型联合研发，都是这一次的玄戒芯片“全家桶”的看点。
需要注意，三款芯片的发布，建立在玄戒O1不错的成绩单之上。此前，二季度业绩会上，卢伟冰透露，玄戒O1出货量已经达到100万颗。
更值得关注的是O1到O3的迭代节奏。
根据公开资料，玄戒团队成立到玄戒O1发布，耗时4年多，但从玄戒O1到O3以及另外两款AI芯片，只用了1年的时间，效率远超预期。要知道，小米虽然也能做3nm芯片，但依旧处于先进制程部分受限的情况下。所以，玄戒芯片三连发，可以说是团队在设计端上的“加速进化”。
01、榨干3nm的O3能否与2nm一战？
玄戒O3采用的还是台积电3nm，Die Size 133mm²，晶体管总数240亿。作为对比，同样采用台积电3nm的O1，Die Size 109mm²晶体管总数190亿。Die Size提升了22％，晶体管数量提升了26%。
换句话说，更小的面积提升，换来了更多的晶体管数量，这需要在设计端充分压榨3nm工艺的能力，实际上反映了玄戒团队的设计能力。
那么怎么做的呢？
根据小米披露的数据，玄戒团队对晶体管底层最小逻辑单元Standard Cell进行了重构，从O1的480个提升至当前O3的2400个。
同时，玄戒O3采用了称之为Channelless的沟道消除技术，取消了过去SoC为了布置BUF单元来加强供电而预留的沟道，同时将BUF单元移动至其他模块，实现5%的晶体管密度提升。
晶体管数量提升，实际上对应的就是性能提升。
“玄戒O1的安兔兔跑分是300万分。”小米集团VP、芯片业务负责人朱丹说，“玄戒O3的安卓跑分高达 520万分，大家知道现在整个的安卓阵营旗舰最高分也就在460万。”
朱丹表示，玄戒O3对应的的计算子系统、存储子系统、总线子系统、多媒体到系统调度全部进行了重构。“我们要持续提升芯片计算能力。在有限的一个功耗约束下，完成更多的任务。”
架构设计上，玄戒O3的CPU采用了6+4的全大核设计，最高主频4.35GHz，GeekBench 6.5单核3945分，多核心15221分，全面领先苹果A19 Pro和玄戒O1。
玄戒O3的GPU首发了小米自研的16核-Ultra NX图形处理器，整体性能相比O1提升幅度达到85%，Aztec Ruins 1440P单项基准测试为213分。作为对比，A19 Pro和玄戒O1在这项测试中得分分别为96和110。
那么，今年量产的3nm，性能和跑分上大幅度超越去年同样工艺的竞品，意义在哪里？
这个答案其实在提升幅度上。
玄戒O3的CPU性能相比O1提升超过60%，而这就是小米O3借着3nm工艺，与接下来陆续上市的2026年度的2nm旗舰芯片竞争的空间。
“传统的SoC，每一代相比上一代 GPU 的平均指标大概提升20%到30%，”朱丹说，“玄戒O3的CPU提升60%，功耗降低25%， GPU提升85%，功耗降低64%，属于一个跨代式的升级。”
为了发挥玄戒O3计算性能的提升，设计团队在存储和总线子系统上都做了改造。其中存储子系统的目标是缩短数据和计算的距离，总线子系统则要加快数据的搬运。据了解，O3的片上缓存高达60MB，包括12MB的L2 Cache、16MB的L3 Cache以及16MB的SLC等。
值得注意的是，玄戒O3也是全球首个标配LPDDR6存储的SoC，这也与8月初长鑫LPDDR6研发进度披露形成了呼应。
上述升级外，玄戒O3在访存时延控制、存储和计算资源调度上，都进行了升级改造，共同为3nm工艺的玄戒O3，与接下来2nm的旗舰竞争提供了冗余空间。
在沟通会现场，朱丹还将玄戒O3定义为一颗“AI旗舰SoC”，所有的模块都部署了AI计算单元，其中CPU包含了两个新的矩阵计算引擎单元，采用SME2指令集，提供3.5TOPS的算力，处理轻量级的AI工作负载。GPU子系统中采用了8核心NX神经加速单元，总算力36TOPS，可实现在GPU内部对图像渲染的AI超分和插帧的能力。
据介绍，玄戒O3 NPU可以提供200TOPS的Tensor算力，以及3.3TFLOPS的Vector算力。朱丹还介绍，在O3这款芯片上，玄戒和MiMo团队还进行了联合研发，定制训练5值模型（传统int4为16个值表示一个权重），并通过无损压缩技术对权重的带宽进行压缩。MiMo 3B模型的Prefill和Decode的性能分别提升40%、45%，而功耗下降26%。
02、小米的One more thing：两颗AI芯片
玄戒O3是预期中的产品，O100和D100两颗与AI算力有关的芯片则是意料之外的产品。
如果单从工艺来看，6nm的玄戒O100并不先进，但是在这款产品上反映出来的3D FinFET架构和晶圆级堆叠（Wafer on Wafer）设计理念，却是非常超前的。
玄戒O100的晶圆级堆叠简单理解就是将逻辑Die和DRAM Die堆叠起来，底层逻辑Die上分布了14个计算核心，均与上层的DRAM Die直连，实现数据在芯片之间垂直传输，一方面提高连接密度，另一方面提升带宽。
“就像我们这个楼层，我们原来只有4个电梯，现在我们相当于在每一个工位都打了一个电梯，相当于拥有一个专属的传输通道。”朱丹表示。
如果从概念上来看，这种晶圆级堆叠方案颇有“韬定律”的逻辑折叠的概念。
朱丹透露，晶圆间的键合也跳过了传统成熟的Micro Bump微凸点技术，而是采用Hybrid Bonding混合键合，这有点类似下一代HBM所采用的方案，通过无限的缩小，甚至消除间距，来提升连接密度。
“Hybrid Bonding技术，它的原子级的键合，间距可以做到 10微米以下，”朱丹说，“我们实际做到了1.4微米的物理间距，TSV硅通孔的直径也做到了0.7微米”。作为对比，Micro Bump微凸点技术的间距在20-50微米之间。
性能上，根据小米提供的数据，采用晶圆级堆叠的O100，底层逻辑芯片与顶层的DRAM之间连线达到了28672根，是传统解决方案的300倍以上，进而实现了1.2TB/s的超高带宽。
而这个超高带宽，其实就是玄戒O100追求的核心目标——努力消除内存墙。
朱丹表示：“内存带宽的增长远远落后于AI 算力的增长和模型尺寸的增加。最新的LPDDR6，传统的方案也只有 96 个数字IO，要想带宽再上一个数量级，就必须突破传统的这些限制。”
效果上面，叠加小米自研的支持拓扑动态切换的高带宽矩阵组件技术——Prefill阶段采用环形架构，数据逐核流转，而在Decode阶段转为广播拓扑结构，充分利用片上计算单元，3B模型下可以实现330 token/s的能力。
从这个角度来看，玄戒O100其实是小米这个半导体设计“新人”在向半导体行业输出在特定工艺下，利用先进封装技术来消除内存墙，在算力之外，提升访存带宽的方法论。
6nm的玄戒O100是一个端侧近存算力解决方案的敲门砖，围绕人车家生态，玄戒D100则是一款针对智驾的大算力解决方案。
和玄戒O1一样，D100也采用了3nm工艺，20核CPU+16核NPU的搭配，小米也强调这是大陆厂商拿出来的首个3nm智驾芯片。基于先进的工艺和算力，D100支持部署200B参数大模型。
对于D100的详细信息小米并未做过多介绍，但有意思的是，现场讲解的时候提到了一款基于D100芯片来开发的桌面工作站AI CUBE。
也就是说，D100虽然标称是智驾芯片，但未来的应用场景，也可能会拓展到AI工作站，成为本地模型部署推理的端侧生产力工具。
03、雷军的“芯事”
今年的玄戒芯片全家桶，O3继续挖掘3nm的剩余价值，O100则开创性的探索了晶圆级堆叠的技术，D100则是小米首次在端侧AI大算力芯片上的尝试。
三款产品同台亮相，是小米芯片设计“加速进化”的体现，或者说这是一个关于中国芯片诗和远方的故事：建立一个自主可控的护城河。这也可以理解为小米和雷军的“芯事”。
不过，我们也要回到现实上来——10年500亿元的成本是实打实的。要解决这个问题，就要回到自研芯片的逻辑上来。
国产厂商下场自研芯片，核心的出发点是利用规模化的出货来摊薄成本。在存储价格普涨侵蚀毛利率的背景下，对小米来说利用自研来压缩成本开支，显得至关重要。
与此同时，高通已经于7月下旬的财报业绩会上预告了芯片涨价的消息。数据显示，自今年9月1日起，旗舰芯片涨价10%—15%，高通Gen6 Pro涨幅达18%、单颗突破320美元（约2100元）。“成本涨价，价格也就自然跟进。”高通CEO安蒙在业绩会上表示。
如果小米没有自研芯片来对冲SoC和内存的涨价，毛利率还会不断地被侵蚀。只是这种对冲建立在出货量大规模扩张的基础之上，这需要小米更多的产品线，导入新的玄戒O3芯片，而不能只限于小米18 Fold这种出货量有限的顶级旗舰产品以及少量的平板产品线。
另一方面，不仅是SoC、存储在涨，晶圆代工的成本也在同步上升，玄戒O3的晶圆上量也会带来成本上涨。也就是说，利用自研来压缩成本，将会是一个长期战役，短期内未必能快速见效。
这里还有一个问题：玄戒O3利用设计、制造上的探索，将3nm的性能压榨到了极致，但也会引发一个问题——为什么行业都开始导入2nm工艺了，小米却在“死磕”3nm？
这其实是雷军的另外一个“芯事”。
成本是玄戒全家桶没有上2nm的一个重要的变量。公开资料显示，2nm晶圆3万美元/片，比3nm贵50%—66%。同时，N2逻辑密度较N3E提升15%—20%，但良率仍低于3nm成熟水位。对于O3来说，导入3nm在财务上更划算，这其实与玄戒O1尝试3nm的逻辑基本一致。
另一方面，台积电的2nm现在的产能供不应求，即便是在涨价的背景下，依旧被苹果、高通、AMD、英伟达、谷歌等在内的客户“瓜分完毕”，小米当前的需求体量，未必有产能竞争优势。
更关键的是2nm对应的“300亿晶体管”的管制红线。
玄戒O3的Die Size 133mm²，采用3nm工艺，晶体管数量是240亿，但如果采用GAA架构的2nm，按照台积电2nm的晶体管密度来换算，晶体管数量大致落在280亿-416亿之间，取中性估计约350亿，这个数据已经超规。
但不排除未来会有一种新的可能——缩小Die Size，以控制晶体管数量的绝对值，但这又会影响到SoC内部各种核心单元的数量，考验着芯片设计团队的极限。
当然，还有一种路径：继续极致的压榨3nm的性能，通过系统性重构和优化，来探索整体性能的抬升，探索小米自己的“逻辑折叠”。
而这，需要更多时间。
本文来自微信公众号“腾讯科技”，作者：苏扬，36氪经授权发布。
