手機(jī)soc廠商自研架構(gòu)成趨勢(shì)

作者：鵬程

最近，因?yàn)槿昵暗囊黄鹗召彴福瑯I(yè)內(nèi)最重要的芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)公司Arm與合作多年的大客戶高通關(guān)系破裂。

而雙方矛盾的導(dǎo)火索源于高通在2021年收購的一家初創(chuàng)公司Nuvia。Nuvia是由前蘋果工程師2019年創(chuàng)辦的芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)公司。這家公司產(chǎn)品對(duì)標(biāo)Arm，主攻服務(wù)器、PC市場(chǎng)，曾宣稱其Phoenix CPU核相同功耗下可以提供比Arm CPU核高出50%至100%的峰值性能。

有媒體報(bào)道稱，Arm正在取消其與高通之間的芯片設(shè)計(jì)許可協(xié)議。該許可協(xié)議允許高通基于Arm的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)自己的芯片。但無論Arm是否同意授權(quán)ALA給到Nuvia，都不能阻擋高通自研架構(gòu)的決心。就在今年10月，高通推出了第二代Oryon架構(gòu)。實(shí)際上，近年來手機(jī)soc廠商都逐漸在探索自研架構(gòu)。

?01、手機(jī)SoC發(fā)展史

在手機(jī)誕生之初，手機(jī)的功能還僅限于簡(jiǎn)單的通訊，還不需要強(qiáng)大的處理器驅(qū)動(dòng)。但隨著手機(jī)功能的豐富，對(duì)處理器的要求逐漸提高，各式各樣的手機(jī)SoC開始出現(xiàn)。

OMAP 是由德儀所推出的開放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)，使用低功耗的 ARM 架構(gòu)處理器，可適用于移動(dòng)式平臺(tái)。如諾基亞的 N70、N95、N900、N9 就是分別使用的德儀 OMAP 1710、OMAP 2420、OMAP 3430 和 OMAP 3630 處理器。

諾基亞手機(jī)的另一家主要的 SoC 供應(yīng)商是飛思卡爾。飛思卡爾同樣是美國(guó)半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商，它的前身是摩托羅拉的半導(dǎo)體部門，2004 年的時(shí)候從摩托羅拉剝離出來。飛思卡爾（摩托羅拉）在功能機(jī)時(shí)代也是重要的手機(jī)處理器供應(yīng)商，諾基亞的一代街機(jī) 5320、N81、E62 等就是采用的飛思卡爾 MXC300-30。

三星則在2000 年的時(shí)候推出自己的首款 SoC S3C44B0，基于 ARM7 架構(gòu)，采用 250nm 工藝制造，主頻 66MHz。2002 年的時(shí)候它被用于全球首款真正意義上的智能手機(jī) Danger Hiptop 上。在功能機(jī)時(shí)代，TI OMAP 和飛思卡爾這兩個(gè)品牌的處理器具有統(tǒng)治地位。此時(shí)的SoC主要集成CPU等基本的處理功能，并開始嘗試將基帶和應(yīng)用處理器集成到一塊芯片上。

隨著iPhone手機(jī)和智能手機(jī)的興起，智能手機(jī)發(fā)展迅猛，開始進(jìn)入全民智能移動(dòng)手機(jī)時(shí)代，手機(jī)的功能需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了功能機(jī)，需要更強(qiáng)大的處理器和更高效的圖形處理能力，手機(jī) SoC 市場(chǎng)也發(fā)生了巨大的變化。

新的供應(yīng)商如高通、聯(lián)發(fā)科等迅速崛起，并推出了自己的手機(jī)SoC。同時(shí)，原有的供應(yīng)商如德州儀器、飛思卡爾等也繼續(xù)投入研發(fā)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。甚至英偉達(dá)（Tegra系列）、英特爾也推出了自己的soc芯片產(chǎn)品。2011年，蘋果A系列處理器在智能手機(jī)市場(chǎng)上脫穎而出。2013年，首款64位SoC誕生，標(biāo)志著手機(jī)SoC技術(shù)的重要突破。

此外，高通憑借其出色的性能和強(qiáng)大的通訊功能以及捆綁基帶的經(jīng)營(yíng)策略，聯(lián)發(fā)科則以其性價(jià)比高、功能強(qiáng)大以及打包整體方案而備受消費(fèi)者和智能手機(jī)廠商歡迎。近年來，隨著三星Exynos的競(jìng)爭(zhēng)力下降和麒麟芯片制程受到限制，手機(jī)SoC市場(chǎng)逐漸形成了高通驍龍、聯(lián)發(fā)科天璣、蘋果A系列處理器三足鼎立的局面。

高通在2024年10月發(fā)布了新一代旗艦手機(jī)SoC驍龍8Elite，采用了臺(tái)積電第二代3nm工藝，性能大幅提升。聯(lián)發(fā)科也發(fā)布了新一代旗艦5G智能體AI芯片天璣9400，同樣采用了先進(jìn)的3nm工藝，并在AI和游戲性能方面表現(xiàn)出色。隨著5G、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)SoC的應(yīng)用場(chǎng)景也越來越廣泛。例如，在自動(dòng)駕駛和智能輔助車輛等應(yīng)用中，邊緣計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合顯著提高了運(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)，SoC中增強(qiáng)的連接功能（包括5G和Wi-Fi 6技術(shù)）可以滿足超連接世界的需求。

?02、現(xiàn)存手機(jī)SOC主流廠商

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Canalys發(fā)布的2024年第二季度（4-6月）全球智能手機(jī)處理器廠商出貨量情況顯示，2024Q2全球處理器出貨量份額排名依次是：①聯(lián)發(fā)科 40% ②高通25% ③蘋果 16% ④紫光展銳 9%；⑤三星Exynos ⑥海思 ⑦谷歌。收入來說TOP 3依次是：①蘋果（收入占比39%） ②高通（26%） ③聯(lián)發(fā)科（19%）。這也是現(xiàn)存的主要手機(jī)soc廠商了。

蘋果

蘋果公司是全球知名的科技巨頭，其自研的A系列SoC在手機(jī)市場(chǎng)上具有極高的聲譽(yù)，如A16、A17 Pro等。這些SoC專為iPhone設(shè)計(jì)，集成了高性能CPU、GPU以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，為iPhone提供了卓越的性能和能效。蘋果在芯片領(lǐng)域的奮斗史，最早可以追溯到1986年，此后幾經(jīng)波折，最終在2007年迎來了轉(zhuǎn)機(jī)——因?yàn)檫@年 iPhone 誕生了。此后蘋果的賺錢速度越來越快，搞事時(shí)機(jī)逐漸成熟。2008年，蘋果秘密收購了 P. A. Semi，該公司的 150 名天才工程師此后大部分都留在了蘋果。同年又挖來了如今依然在職的 Johny Srouji，并讓他負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)蘋果芯片團(tuán)隊(duì)。2010年一月尾，A4處理器隨初代 iPad 正式亮相。其通過魔改三星的 S5PC110（蜂鳥）處理器設(shè)計(jì)而成，并基于三星 45nm 制程工藝打造。雖然其性能在當(dāng)時(shí)并不算出眾，但它是蘋果處理器發(fā)展歷程的起點(diǎn)，為后續(xù)的處理器研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。隨后，蘋果收購了 Intrinsity 公司，又接收了一批 100 多人的芯片人才團(tuán)隊(duì)，于是下一代處理器的研發(fā)進(jìn)度大幅加速。2011年三月初，A5 處理器隨 iPad2 一同問世。相較于A4，A5采用了雙核心設(shè)計(jì)，性能得到了顯著提升。隨后被用于iPhone 4S。A5處理器的出現(xiàn)，標(biāo)志著蘋果處理器開始走向領(lǐng)先。今年蘋果秋季發(fā)布會(huì)，蘋果發(fā)布了A18芯片，搭載于iPhone 16和iPhone 16 Plus上。該芯片基于3納米制程工藝打造。

高通

高通公司是全球領(lǐng)先的無線通信技術(shù)提供商，其驍龍系列SoC在手機(jī)市場(chǎng)上占據(jù)重要地位。2007年11月，高通推出了Snapdragon處理器（2012年將其中文名稱定為“驍龍”）。2013年，高通為驍龍?zhí)幚砥饕肴旅绞胶蛯蛹?jí)，包括驍龍800系列、600系列、400系列和200系列處理器。驍龍8系列是高通的旗艦soc系列，如驍龍8 Gen2、驍龍8 Gen3、驍龍8Elite等，采用先進(jìn)的制程工藝和架構(gòu)，提供強(qiáng)大的性能和能效。2017年，高通宣布將“驍龍?zhí)幚砥鳌备麨椤膀旪堃苿?dòng)平臺(tái)”，使其更符合兼具“硬件、軟件和服務(wù)”等多種技術(shù)的集大成者的形象，涵蓋到高通的應(yīng)用處理器、射頻前端、快速充電、Wi-Fi、音頻、指紋識(shí)別等各領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。2021年11月，高通宣布驍龍將成為獨(dú)立的產(chǎn)品品牌，并采用簡(jiǎn)化、一致的全新命名體系，便于用戶選擇驍龍賦能的終端；驍龍移動(dòng)平臺(tái)的命名體系將變?yōu)橐晃粩?shù)字加上代際編號(hào)，與其它品類平臺(tái)的命名原則保持一致。2024年10月22日，第四代驍龍8移動(dòng)平臺(tái)在驍龍技術(shù)峰會(huì)上發(fā)布，并且宣布將支持 8 年安卓版本更新。驍龍8 Gen4采用高通定制的Oryon內(nèi)核，放棄了Arm的公版架構(gòu)方案，與此同時(shí)，驍龍8 Gen4將會(huì)集成Adreno 830 GPU。

聯(lián)發(fā)科

發(fā)科技股份有限公司（MediaTek Inc.）是全球第四大無晶圓廠半導(dǎo)體公司，在移動(dòng)終端、智能家居應(yīng)用、無線連接技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品等市場(chǎng)位居領(lǐng)先地位，一年約有 20億臺(tái)內(nèi)建MediaTek芯片的終端產(chǎn)品在全球各地上市，其天璣系列SoC在市場(chǎng)上受到廣泛關(guān)注。聯(lián)發(fā)科技于2010年7月12日正式加入由谷歌為推廣Android操作系統(tǒng)而發(fā)起的“開放手機(jī)聯(lián)盟”，并將打造聯(lián)發(fā)科“專屬的Android智能型手機(jī)解決方案”。2019年，聯(lián)發(fā)科正式推出全新5G新芯片品牌“天璣”。9000系列是天璣系列的旗艦芯片，采用先進(jìn)的制程工藝和強(qiáng)大的CPU、GPU架構(gòu)，為高端手機(jī)提供卓越的性能。2024年10月9日，聯(lián)發(fā)科發(fā)布天璣9400芯片。該芯片基于臺(tái)積電第二代3nm制程，采用了第二代全大核設(shè)計(jì)架構(gòu)，首發(fā)Arm最新的Cortex-X925超大核CPU內(nèi)核及Arm Immortalis-G925 GPU內(nèi)核，將其單核性能提升35%、多核性能提升28%。

三星

三星向來有為自家設(shè)備研發(fā)處理器的歷史，一些芯片也用在其它品牌的設(shè)備上，例如蘋果前三代iPhone。在2011年2月，三星正式將自家處理器品牌命名為Exynos，并主要應(yīng)用在智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端上。盡管三星在自研SoC方面投入巨大，但近年來其Exynos系列SoC在市場(chǎng)上的表現(xiàn)并不突出，甚至一度被傳出將放棄自研旗艦SoC的消息。2024年7月，有消息稱，三星正研發(fā) Exynos 1580 芯片，內(nèi)部代號(hào)為“Santa”，將會(huì)裝備在2025年發(fā)布的 Galaxy A56 手機(jī)中。近日，三星半導(dǎo)體悄悄在官網(wǎng)公布了全新的 Exynos 1580 芯片，最大的升級(jí)是三叢集 CPU，包括一個(gè) 2.9GHz 的 Cortex-A720 核心、三個(gè) 2.6GHz 的 A720 核心和四個(gè) 1.95GHz 的小型 A520 核心。該芯片基于 4nm FinFET 工藝打造，配備了一個(gè)具備 14.7 TOPS 算力的 NPU。

華為

全球知名的通信設(shè)備供應(yīng)商和智能手機(jī)制造商，其麒麟系列SoC曾一度成為華為手機(jī)的標(biāo)志性配置。但由于眾所周知的原因，華為麒麟系列SoC的進(jìn)展面臨一些挑戰(zhàn)，但其在自研SoC方面的努力和成就仍然值得肯定。

紫光展銳

展銳是紫光集團(tuán)旗下的芯片旗艦，由展訊和銳迪科合并構(gòu)成。報(bào)告顯示，2024年Q2紫光展銳智能手機(jī)芯片全球市占率達(dá)到13%，排名第三。無論是出貨量還是銷售額，紫光展銳最大的客戶是傳音，也就是在非洲市場(chǎng)非常受歡迎的國(guó)產(chǎn)企業(yè)。其后是realme和聯(lián)想。目前紫光展銳主要依賴海外市場(chǎng)，特別和傳音合作，極大的提高了紫光展銳的出貨量。

?03、soc廠商自研架構(gòu)成趨勢(shì)

ARM體系結(jié)構(gòu)作為一種先進(jìn)的處理器體系結(jié)構(gòu)，已被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板等多種終端設(shè)備中。目前絕大多數(shù)手機(jī)SOC采用ARM架構(gòu)，但近年來，各大主流廠商也開始逐漸切換到自研架構(gòu)的賽道。

自2016年以來，高通在芯片制程和價(jià)格方面不斷迭代升級(jí)，2024年的驍龍8 Gen 4更是一次飛躍。這款芯片將在臺(tái)積電的3nm工藝基礎(chǔ)上，搭載高通自研的Oryon CPU，預(yù)期性能有顯著提升。

與聯(lián)發(fā)科天璣9400不同，驍龍8 Gen 4將徹底放棄ARM架構(gòu)，全面轉(zhuǎn)向高通自研的Oryon架構(gòu)。加上GPU、NPU、ISP，基帶，高通至此擁有了完整的Soc自研能力。而華為的架構(gòu)目前也有CPU、GPU、NPU、ISP和基帶五種架構(gòu)。麒麟芯片本質(zhì)上是使用了arm指令集的自研微架構(gòu)。在麒麟9000s橫空出世前，麒麟芯片主要采用Arm的CPU/GPU核。

隨著ARM不再授權(quán)最新的芯片架構(gòu)，華為也開始自研架構(gòu)。此外，聯(lián)發(fā)科發(fā)布的天璣9400采用了黑鷹架構(gòu)設(shè)計(jì)，并深度參與其中。自研架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于可更好地進(jìn)行軟硬件的深度優(yōu)化，以滿足市場(chǎng)對(duì)性能和效率的更高要求。使用自研架構(gòu)能夠讓廠商擁有更大的設(shè)計(jì)靈活性和架構(gòu)創(chuàng)新空間。

相比ARM的公版架構(gòu)，廠商可以針對(duì)自身的需求進(jìn)行更精細(xì)的定制和優(yōu)化。尤其是在大規(guī)模AI處理、多任務(wù)并發(fā)、節(jié)能等關(guān)鍵領(lǐng)域，擁有自主架構(gòu)將使高通能夠做出更多創(chuàng)新嘗試。另一方面，隨著AIPC概念的火熱，手機(jī)芯片廠商逐漸推出AIPC芯片。通過自研架構(gòu)，廠商能提供更具針對(duì)性的優(yōu)化，從而在PC領(lǐng)域獲得更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。