2025年5月22日，我们发布了小米自主研发设计的第一代旗舰芯片，玄戒O1。作为中国大陆首款3nm先进制程SoC，搭载在小米15S Pro以及两款Pad7旗舰平板上，高性能、低功耗的优秀表现，收获了朋友们的一致好评。还有玄戒T1，通信能力和续航都很不错，标志着我们已经建立起Modem的全栈自研能力。SoC和基带双线突破的背后，是小米死磕底层技术的决心。小米重启大芯片研发，已经五年多的时间了，累计投入的研发经费超过了210亿，芯片团队，也有将近3000人的专家队伍。能取得今天这样的成绩，要感谢每一位小米芯片工程师，更要感谢每一位用户朋友的支持！玄戒O3，小米为最高端产品打造的「AI旗舰SoC」；玄戒O100，1.22TB/s的「高带宽AI加速芯片」；玄戒D100，国内首款3nm「智驾高算力AI芯片」。三颗芯片贯穿小米人车家全生态端侧AI算力需求，构筑先进AI算力底座。三颗芯片均完成回片验证，其中玄戒O3即将在我们最高端、最旗舰的折叠新品小米18 Fold上首次亮相，而玄戒O100和D100，也将于明年正式商用。
玄戒O3采用先进的3nm工艺制程，面积仅133mm²，晶体管数量增至240亿，相比上一代O1提升26%。
为了进一步提升晶体管密度，节省面积资源，我们在玄戒O3上全面采用了 Top Channelless 沟道消除技术。传统设计怎么做？不同模块之间要预留沟道，专门给供电走线用，空间浪费很严重。我们换了个思路——不绕了，直接从模块中间穿过去，把预留沟道“干掉”，晶体管密度提升5%。同时，我们自主设计的标准单元也从O1的480个扩展到了2400多个，整整5倍。什么是标准单元呢？打个比方，如果把芯片看作是“摩天大楼”，标准单元就是筑起这座大楼的“砖块”。我们把这2400多块特殊砖块，用在了最需要的地方，让玄戒O3性能更高、功耗更低。极致的规模，带来更极致的性能。玄戒O3相较前代性能表现大幅提升，安兔兔极限跑分高达522万，大幅领先现有旗舰SoC。
CPU采用「十核全大核」设计，最高主频4.35GHz，拥有6颗超大核与4颗大核。Geekbench 6.5 跑分：单核3945，多核直接突破15000。单核提升31%，多核暴涨60%。CPU能效，一直是玄戒芯片的传统优势，特别是覆盖80%的日常使用场景的中低负载区间。去年玄戒O1的日用能效已经让大家眼前一亮，玄戒O3在此基础上更进一步，功耗再降25%，日用续航大幅提升。图形性能，在玄戒O3上迎来了近乎翻倍的提升。16核超大规模、最新一代G2-Ultra NX图形处理器，支持最新光追技术。传统测试项——GFXBench Aztec Ruins 1440P 提升94%，3DMark Steel Nomad Light 提升85%。更狠的是光追性能，3DMark SolarBay Extreme 暴涨182%，在支持光追的移动游戏中，画面更流畅、品质更高。GPU性能暴涨的同时，功耗控制我们也下了狠功夫。相比玄戒O1，功耗降低了64%。这是什么概念？芯片行业，一代IP叠一代工艺，综合提升也就20%到30%。从玄戒O1到O3，我们几乎做到了跨代的性能飞跃。行业首发支持LPDDR6内存，82ns超低访存时延首先，玄戒O3在缓存配置上给足堆料，CPU内部L2缓存共12MB、L3缓存达16MB，再加 16MB SLC系统缓存，核心计算效率和能效同步拉满。外部内存更猛。玄戒O3是行业首款支持LPDDR6的移动SoC，单通道位宽从LPDDR5X的16bit提升至24bit，内存带宽直接干到113.8GB/s，暴涨近50%。更快的内存意味着什么？日用更流畅、端侧AI更快、功耗更低。简单说，CPU从发出指令到内存返回数据，耗时越短，计算越快、功耗越低。玄戒O3通过系统级优化，把访存时延做到了82ns，领先目前主流旗舰手机SoC。CPU访问内存的延迟，主要受三个因素影响：协议转换开销、物理距离、资源冲突。玄戒O3针对这三个问题，逐一击破。第一，降低协议转换开销。玄戒O3采用全新的自研统一融合总线架构，一套协议打通CPU访问内存的整条链路。打个比方，原来要先中译英、英译德、德译俄……现在大家都说普通话，效率自然就高了。就这一项，协议转换开销直接降低了75%。第二，建“高架桥”。我们从芯片布局布线层面，专门为SLC和内存控制器之间建了一条专属通道。走高层金属层，阻抗更小，避免多级驱动，数据传输速度大幅提升。光这一个设计创新，就省出了15ns的访存时延。第三，全新的数据预取技术。常规做法是CPU从内存读取数据时，各级缓存逐级查，查不到才去内存取。玄戒O3换了个思路——L2缓存没命中，一边继续往下查，一边同时向内存控制器发预取指令，把数据提前拿过来，时间就省下来了。
影像方面，玄戒O3搭载小米第五代ISP，基础规格全面拉满——单摄最大支持4.32亿像素，支持6400万+6400万+5000万三摄组合。重点来了，ISP内部数据处理位深最高达24bit，远超行业水平。AI降噪夜景视频也升级到4K@60fps，基于RAW域智能降噪，夜景视频纯净度再上一个台阶。
多媒体方面，全新优化送显管线，对送显前的图像信号进行分区色调映射，根据每个区域的显示内容动态调整效果，再配合细节增强、色彩管理硬件模块，HDR显示效果大幅提升。同时支持最新的H.266硬件解码，主流视频平台适配后，在线视频功耗大幅降低，网络较差时的卡顿问题也会明显改善。安全方面，玄戒O3首次采用自主设计的RISC-V安全核心，升级自研安全隔离区，生物识别特征、密钥信息全部隔离加密。安全模块已获得国密和CCRC EAL5+认证。玄戒O3本次最大升级，是专门为大语言模型深度优化的NPU架构。Tensor算力高达200TOPS（A8W4），能更好满足大语言模型中的大规模矩阵运算需求。但大模型不光吃矩阵算力，还有大量通用计算需求。为此我们专门设计了3.13TFLOPS的Vector计算单元，规模相比上代提升6倍，也是行业旗舰SoC的三倍还多。
同时，自主设计的芯片与模型，可以更好发挥软硬融合的优势。我们的芯片团队和模型团队联合设计，为玄戒O3专门定制 Xiaomi MiMo 5值量化模型，用5值的方式替代传统INT4量化模型的16值。
配合NPU内置的硬件霍夫曼无损压缩技术，将计算过程中高频数据用低比特表示，低频数据用高比特表示，进一步节省权重数据的内存占用。两项技术叠加，效果很直接：模型推理效果和传统INT4相当，但压缩率更高，内存带宽节省30%。最终，玄戒O3端侧AI计算，相比传统旗舰SoC，首词速度提升40%，推理速度提升45%，运行功耗还降低了26%。
全模块增加AI加速硬件，全面拥抱AI
作为小米首款AI旗舰SoC，玄戒O3在底层架构直接All in AI，所有主要模块全部部署了硬件AI加速单元。
在CPU中我们加入了两个矩阵计算单元，支持SME2可伸缩矩阵扩展技术，算力3.5TOPS，图形编码、音视频理解等轻量级AI算法在CPU内部就能搞定，性能提升30%以上。GPU里更是首发8个NX神经网络加速器，总计算力36TOPS，在GPU内部直接完成AI超分和插帧。相比传统NPU或外挂独立显示芯片的方案，省掉了跨模块、甚至跨芯片传输数据的功耗开销和时延，一举两得。实际使用中的好处是什么呢：要省电，可以降低原始渲染分辨率和帧率，画质无损；要画质，直接拉到3.2K分辨率和120fps同开，更清晰、更流畅。除此之外，每个模块都有AI加持：ISP内置神经网络降噪单元，在RAW域对夜景视频进行降噪处理；DPU内置AI加速单元，在显示链路进行智能分辨率优化，非游戏场景界面渲染有效减轻GPU压力；ADSP内部AI引擎，支持AI降噪和AI去回声，线上会议收音效果大幅提升。一句话总结：能加AI的地方，全加了，全面应对AI时代的全新需求。玄戒O100，一款大模型专用的AI加速芯片，更是全球首款6nm 3D晶圆级堆叠的AI加速芯片。
通过先进的3D堆叠工艺，实现了1.22TB/s的超高带宽，这一速度是目前主流旗舰手机的16倍之多，可以让移动端设备的AI性能实现质的突破。玄戒O100与玄戒O3是AI终端的“最佳CP”，最高可以实现本地AI推理速度高达330Tokens/s。传统计算架构下，计算单元与存储单元物理分离，数据必须在两者之间反复搬运。但内存数据通路受限于物理引脚数量，遇到了增长瓶颈。当AI算力以指数级增长时，内存访问速度与算力之间已经严重脱节，成为性能的关键阻碍，业界称之为“内存墙”。玄戒O100，则是小米“推倒内存墙”的破局之法。区别于以往晶圆→切割为裸片（Die）→逐片封装互联的方式，玄戒O100采用先进的 Wafer on Wafer 封装技术，也就是将多片完整的晶圆直接高精度对准与键合，继而再切割成独立的3D芯片。这彻底摆脱了传统引脚数量对带宽的物理限制，将数据通路从“平面走线”变为“垂直穿透”，实现真正的近存计算（Near-Memory Computing）。首款6nm晶圆级堆叠的AI芯片，带宽高达1.22TB/s了解大体逻辑后，我们看看玄戒O100到底如何做的。先进的 Hybrid Bonding 混合键合，键合间距仅1.4μm首先将两层AI专用高速DRAM晶圆与一层高性能NPU晶圆垂直堆叠，然后在垂直方向“钻隧道”让数据可以高速流转。所以，只要隧道越多，也就可以实现越高的带宽。为此，玄戒O100采用了先进的 Hybrid Bonding 混合键合工艺，摒弃了传统微凸点（Micro Bump）结构，直接将物理通路的间隔缩短至1.4μm，让数据通路密度大幅提升。创新 Face to Face 金属直连结构，缩短连接物理距离为了进一步缩短DRAM与NPU计算层的物理距离，玄戒O100还采用了 Face to Face（简称F2F）金属层直连结构。简单来说，每一层晶圆内部，其实底部是逻辑晶体管，上层有密布多层的金属走线层。F2F，就是让DRAM与NPU的金属走线“面面相对”，如此可以实现更短的物理互联距离，实现更快的信号传输。当然，这说起来简单，在6nm如此高工艺节点下，要解决散热、电磁干扰等诸多难题，玄戒团队逐一攻坚，实现最终量产，并申请了15项专利，其中已获批4项发明专利。与此同时，玄戒O100配备了14颗高算力NPU，通过玄戒高带宽矩阵总线，让数据可以在NPU与内存、与其他NPU核心之间等高速流转。创新的矩阵总线支持拓扑动态切换，Prefill阶段采用环形拓扑，数据逐核流转、顺序同步；Decode阶段切换为广播拓扑，所有结果统一汇聚到指定核心。总线控制上的灵活拓扑，让片上计算资源得以充分应用。
最终，玄戒O100的带宽达到了惊人的1.22TB/s。大家对这个数字可能没什么概念，以目前主流旗舰手机LPDDR5X内存作为对比，它的带宽76.8GB/s，而玄戒O100是其16倍之多，彻底释放端侧AI性能。
为了方便大家理解这颗芯片的先进，我们来看一条视频：还有一款玄戒O100原型机，让端侧模型推理速度「起飞」为了验证玄戒O100的高带宽表现，我们的工程师还做了一款原型机，搭载玄戒O3和O100，双芯协同计算。我们还引入了风冷主动散热，充分发挥芯片的全部性能。配合Xiaomi MiMo端侧模型，实现了超高速端侧推理性能。
最后还有一颗“大家伙”，这是玄戒高算力路线的扛鼎之作——玄戒D100。
它是国内首款3nm高算力智驾芯片，拥有20核高性能CPU和16核高算力NPU，最大可支持160GB统一内存，最高可本地部署200B参数量的超大模型。目前玄戒D100已完成所有验证，将于明年正式商用。但为了让大家先睹为快，我们提前装载在了小米AI Cube「Prototype」之上。这是一款桌面AI高算力终端原型机，外观非常漂亮，采用航天铝一体成型设计，通过CNC精密镂空了超过33874个蜂窝散热孔。本地部署了120B和3B双模型，支持快慢系统切换。今天，玄戒已成为小米全生态的AI算力底座。从口袋到座舱、从客厅到工厂，一套玄戒算力基座，贯穿人车家全场景AI。玄戒不只是小米的芯片战略，更是小米AI战略的物理基础。三款芯片均已完成全部验证。其中，玄戒O3即将在我们的旗舰折叠新品小米18 Fold上首次亮相，玄戒O100和D100还需要一点时间，明年正式商用。
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