小米玄戒三芯齐发：3nm、1.4μm键合间距，200B模型上车

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）平地起惊雷，小米在8月24日举办了玄戒技术沟通会，直接甩出了三颗芯片，而更令人意想不到的是，这次小米不限于智能手机旗舰SoC，而是将自研芯片的布局拓展到AI加速以及智驾芯片。

先来快速看看这次小米发布的三颗芯片：

玄戒O3——AI旗舰SoC：3nm工艺、240 亿晶体管，2+4+4全大核CPU，GPU安兔兔522 万分，行业首发支持LPDDR6，将在9月上市的小米18 Fold上首发。
玄戒O100——高带宽AI加速芯片：行业首款6nm Wafer on Wafer 的AI 芯片，键合间距仅1.4μm，带宽高达1.22TB/s，端侧推理速度330TPS。
玄戒D100——国内首款3nm智驾高算力AI芯片：20核CPU + 16 核NPU，最高支持160GB统一内存、可本地部署200B大模型，明年正式商用。

按照小米的说法，这三颗芯片，是构建小米“人车家全生态”AI 战略的物理底座。

玄戒O3：AI算力跃升，能效有惊喜

玄戒O3的定位，是小米最高端产品的AI旗舰SoC。与上一代O1相比，除了常规的性能升级之外，在底层架构上带来了更强的AI能力支持，小米在沟通会上表示玄戒O3底层架构“ALL in AI”，所有主要模块全部部署了硬件AI加速单元。

图源：小米

首先，规模上相比上一代更大了，玄戒O3在3nm工艺下，O3面积133mm²，晶体管数量从O1的 190 亿增至 240 亿，提升26%。沟通会上小米直接放出O1与O3的die shot对照，O1面积为109mm²，O3在面积只增加22%的情况下把晶体管数多塞进26%。

这当然不只是单纯换制程带来的升级，一方面是玄戒O3上全面采用了Top Channelless沟道消除技术，让供电走线直接穿过模块中间、干掉预留沟道，晶体管密度再提升5%；二是自研标准单元从O1的480个扩展到2400 多个。

一般来说，晶圆厂给的通用单元库是固定的，但自研可以针对自己的架构和关键路径做定制，比如高速版、低功耗版、高密度版等，在相同工艺节点下再榨出几个点的性能和能效。

在CPU方面，玄戒O3采用了“2+4+4”全大核的架构：2×C1-Ultra超大核@4.35GHz+ 4× C1-Premium超大核@3.68GHz+ 4×C1-Pro大核@3.15GHz，合计6超大核+ 4大核。Geekbench 6.5单核3945分、多核首次突破15000 分，单核提升31%、多核提升60%。

值得一提的是能效，O3在中低负载区间的功耗相比O1再降25%。在UP主“小白评测”的开发板实测中，玄戒O3的Geekbench 6 CPU能效曲线在全范围都高于目前市面上其它旗舰手机SoC，包括骁龙8 Elite Gen5、天玑9500、苹果A19 Pro。

GPU方面可以说是跨代式升级，玄戒O3 首发16核G2-Ultra NX图形处理器，支持第三代光线追踪、Vulkan 1.4、Shader Tile 与硬件虚拟化。GFXBench Aztec Ruins 1440P提升94%、3DMark Steel Nomad Light 提升85%，光追场景3DMark SolarBay Extreme直接暴涨182%。更关键的是功耗，同性能下功耗相比O1降低64%。

内存上O3也非常激进，这是行业首款支持LPDDR6的移动SoC，速率高达10667Mbps，4×24bit 位宽，带宽干到113.8GB/s，相比O1提升48%。缓存方面CPU L2 共 12MB、L3 16MB，再加16MB SLC。访存时延做到82ns，小米称统一融合总线把协议转换开销降了75%、为SLC与内存控制器省出 15ns、再加并行预取实现超低时延。

作为“ALL in AI”的关键，玄戒O3的NPU架构全面重构，提供200TOPS A8W4 张量算力+ 3.13TFLOPS Vector 算力，并专门为端侧LLM调度引入SIMT架构，把Transpose matmul、Silu、W4 matmul等高频算子直接硬化，配合28MB L2+SLC超大近存，端侧AI性能提升45%。

值得一提的是，为配合这颗NPU，芯片与小米模型团队联合定制了Xiaomi MiMo 5值量化模型。即用5值替代INT4的16值，配合硬件霍夫曼无损压缩，在效果与INT4相当的前提下内存带宽再省30%。最终首词速度提升 40%、推理速度提升 45%、功耗降 26%。

而在底层架构上，CPU、GPU、NPU、ISP、显示、低功耗、音视频、安全、外设接口九大子系统，全部挂在一根SLC + Fabric统一总线之下，每个处理器模块内嵌独立的AI加速单元，由RISC-V CPU与加解密引擎构成的安全子系统收口，再通过LPDDR5X/LPDDR6通道与外部存储对接，实现底层的AI能力。

作为旗舰手机SoC，影像方面也没有落下，玄戒O3搭载的第五代ISP，单摄最高支持4.32亿像素，三摄最大能力64M + 64M + 50M，支持4K@60fps AI 夜景降噪等；显示侧支持智能分辨率、越级 HDR 与暗光可读，H.266 硬解；安全侧首次采用自研玄戒 RISC-V 安全核心 + 加解密引擎（玄戒 GS），拿到国密 & CCRC EAL5+ 双认证。

玄戒O100：真正“秀肌肉”的芯片，键合间距压缩到1.4μm

作为一颗高带宽AI加速芯片，玄戒O100的定位其实是面向端侧AI本地部署，支持 1.22TB/s超大带宽，是主流旗舰手机LPDDR5X（76.8GB/s）的16倍，数值上已经超过苹果M4 Ultra的1.1TB/s（当然两者有所区别，不能直接对比），端侧推理速度最高 330 Tokens/s（Xiaomi MiMo 3B）。

图源：小米

那么小米是怎样在O100上实现1.22TB/s的超大带宽？答案是Wafer on Wafer晶圆级堆叠+Hybrid Bonding混合键合。把两层AI专用高速DRAM晶圆与一层高性能NPU晶圆直接高精度对准、键合，再切割成独立的3D芯片，也就是所谓的“3D封装”，实现近存计算。

其中最关键的部分是Hybrid Bonding。传统3D封装靠微凸点（Micro Bump）互连，悍球尺寸大，互连密度低。玄戒O100上键合间距（DRAM和NPU之间的物理通路）压到1.4μm，TSV直径做到0.7μm（提升通路密度），同时配合Face to Face（F2F）金属层直连结构，让DRAM 与NPU的金属走线面对面，物理互联距离进一步缩短。

小米称，为攻下6nm节点下的散热、电磁干扰等难题，O100申请了15项专利，其中4项发明专利已获批。

可能会有人想起几个月前华为提出的“韬定律”，从出发点来看，其实有点类似，都是利用超细间距混合键合来缩短物理通路，降低延迟。

不过实际上两者从实际的产物上还是有很大区别的，核心是堆叠的对象不同，没有高下之分。玄戒O100是近存计算，主要是存储+算力的堆叠，在工程上率先将6nm的WoW+Hybrid Bonding AI加速芯片落地；“韬定律”的目标是将整个逻辑电路进行“折叠”，包括数字、模拟、存储电路都进行垂直堆叠，范围更广。

玄戒D100：把200B大模型塞进座舱

正如蔚来自研的神玑NX9031、小鹏的图灵芯片、理想的马赫M100、比亚迪璇玑A3，小米汽车未来要持续扩大产业蓝图，自研智驾芯片也是构建护城河、降本路上躲不开的路径。

玄戒D100是国内首款3nm智驾高算力AI芯片。搭载20核高性能CPU + 16核高算力NPU，最高支持160GB统一内存，可本地部署200B参数量的大模型。作为对比，小鹏单颗图灵芯片支持30B的大模型，Thor-U只支持3B左右的本地大模型。

图源：小米

在沟通会上，小米透露D100 已完成全部验证，明年正式商用。同时小米把它提前装进了AI Cube上，这是一台桌面AI高算力终端原型机，也是玄戒三芯首次在同一台机器上协同计算，玄戒O3负责前端调度，O100提供高带宽近存带宽，D100承担桌面级高算力。整机航天铝一体成型，CNC 精密镂空33874个蜂窝散热孔以保证150W持续高性能释放；本地部署120B+3B双模型，支持快慢系统切换。

小结

这次沟通会上，展现出来小米造芯的目标已经不再局限于手机SoC，而是将玄戒定义为小米人车家全生态AI战略的物理底座。从O3面向旗舰手机的端侧AI算力、到O100的近存计算超高带宽、再延伸到智驾高算力场景，一整套芯片自研能力将怎样为小米未来的生态带来体验跃升？可以期待接下来小米基于这套算力基座，会打造出怎样的产品。‌

小米玄戒三芯齐发：3nm、1.4μm键合间距，200B模型上车图4

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