未來的智能手機

隨著電子技術的不斷發展，數碼產品越來越貼近人們的生活。10年前手機僅僅作為一個通訊設備出現在人們的面前，但是在網絡全球化的今天，手機儼然成為個人的“超級計算機”，日益強大的性能和豐富的功能不斷地改變著人們手機使用的態度，讓人們對手機的依賴性越來越強。

經歷了數10年的發展，智能手機已經逐步按照操作系統形成了3大陣營——蘋果旗下的iOS、Google旗下的Android和微軟旗下的Windows Phone。未來各大廠商爭奪市場的武器中，硬件性能的地位并非被擺在首位。不過，這也符合智能手機平臺的特征，智能手機更多地是一個包括軟件和應用在內的整體產品，用戶無法通過升級某個硬件來獲得設備性能的提升，在性能足夠的前提下，外觀設計、材質、品牌等因素都可能被置于硬件配置之上被優先考慮。

但從另一方面而言，更加豐富的應用必定會依賴于更強悍的硬件性能才能生存，這也促進了智能手機硬件技術的進步，這一進步甚至超越了臺式機和筆記本電腦等傳統的硬件平臺。

比如在處理器方面，用于iPhone的三代處理器Apple A4、Apple A5和Apple A6，每一代的性能幾乎都達到了上一代的兩倍，也就是說在短短兩年的時間內，蘋果公司A系列處理器的性能提升了8倍，這一增長幅度遠遠超越了摩爾定律。同樣的事情還出現在顯示技術上，兩年前許多手機還在使用800×600分辨率的顯示屏，而如今主流手機的分辨率竟驟增到了1080p。要知道，在主流臺式機平臺上，Full HD尚未完全普及，而用到Full HD分辨率的13英寸筆記本電腦更是鳳毛麟角。

未來智能手機和平板電腦的硬件規格還能夠有如此高速的發展嗎？近年來智能手機出現的硬件規格的爆發式提升也許將放緩腳步——畢竟此前的發展大多得益于后發優勢，而現在這一優勢已經不再明顯。比如在這類對續航能力要求極高的平臺上，處理器的性能要受到電池供電能力的限制，而電池的容量增長速度遠遠慢于硬件規格的提升，因此未來超節能處理器的性能增長將會更接近摩爾定律；在超越人類視網膜的極限之后，屏幕分辨率繼續提升的意義也已經不大，擁有3D效果、提高在強光下觀看的舒適度、節約電能等特性也是未來的發展方向。結合無線芯片和傳感器技術，智能手機將會產生更多的應用。同時，電池的發展也不可忽視，容量更大、可充電次數更多的電池將是智能手機和平板電腦進化的強勁保障。

處理器各顯神通

在移動領域，ARM一直是需要高性能低功耗產品的嵌入式領域的設計規范，它通過出售芯片技術授權的方式，建立起新型的微處理器設計、生產和銷售商業模式，并將其授權給世界上許多著名的半導體、軟件和OEM廠商。高通、三星、英偉達等廠商都積極地在此規范之上依靠自己計算、通信、圖形等各個領域的經驗長處開發著專屬的處理器平臺，此外，英特爾也在一旁虎視眈眈，x86處理器也逐漸已經開始進軍手機領域。

在智能手機領域，ARM架構處理器占據著絕對優勢，不過生產ARM處理器的數家頂級廠商之間的競爭卻從未停止。我們所見到的智能手機處理器幾乎都源自ARM所設立的標準。

在當今的處理器陣營中，高通的驍龍系列處理器猶如一顆璀璨的明星，光彩奪目。其中驍龍800系列處理器憑借最高可達2.3GHz的四核Krait 400 CPU和超越上一代產品50%圖形處理性能的Adreno 330 GPU，在絕對性能方面傲視群雄。如今許多品牌的旗艦級手機采用的處理器都是高通公司的驍龍600和驍龍800系列，如HTC One、LG Optimus G Pro、小米2S等手機均選擇了驍龍600系列處理器，索尼的新旗艦巨屏手機Xperia Z Ultra則采用了最新的驍龍800處理器。

除此之外，高通在無線通信領域方面的優勢也是其有力的武器。隨著多模多頻段的3G和4G網絡的興起，手機所支持的頻段越多，就越容易受到經常漫游各地消費者的鐘愛。如今新一代的高通驍龍處理器均配備了高通公司第三代4G LTE調制解調器，它支持LTEFDD、LTETDD、WCDMA、CDMA1x、EV-DO、TD-SCDMA和GSM等網絡，基本涵蓋了目前所有主流的網絡制式，一臺機器全網通吃不再是夢。憑借高通處理器在通訊方面的優勢，就連三星新一代旗艦手機GALAXY S4在歐洲銷售的機型也都不得不舍棄自家的Exynos 5410處理器而采用支持4G LTE網絡的高通驍龍600處理器。

如果說高通的優勢在于無線通信，那么英偉達則是大家熟知的PC時代的圖形專家；Tegra是英偉達于2008年洞察到移動領域的巨大潛力后，適時推出的基于ARM構架的通用處理器品牌。自從Tegra3起，英偉達就開始在Tegra處理器當中采用為減低功耗而考慮的獨特“4+1結構”，其特色在于“動態待機”，如在執行音樂、視頻播放這種低負載任務時，全部4個主核心皆關閉以節能，僅留下協核心運行。而在運行需要更高性能的應用時，則按需逐個開啟主核心，同時關閉協核心。這一點與三星最新的Exynos 5410處理器頗有相似之處，Exynos 5410內部采用4個Cortex-A15和4個Cortex-A7核心，不過該處理器僅支持big.LITTLE架構的群體遷移方式，在實際工作時同時最多只有4個內核工作，其中A15架構處理器負責處理繁重的工作負載，而A7架構處理器則應付一些日常應用。

拋開龐大的ARM陣營，移動領域還有另外一位重量級選手——英特爾。英特爾在智能手機平臺的首個產品，是我們所熟知的與聯想共同推出的K800，隨后升級版處理器——Atom Z2480單核憑借2GHz的主頻讓摩托羅拉MT788大放異彩，打破了長久以來的單純“多核戰爭”的局面，由此x86與ARM的戰爭也逐漸拉開。

雖然在核心數量上并不占優勢，但是英特爾 Atom處理器支持PC上才有的超線程技術，確保處理器能并行執行兩個指令線程，以單核模擬雙核環境，滿足了當前多任務環境下對性能和系統響應能力的要求。實際的性能測試也顯示出它在核心方面足以具備以一敵二、以二敵四的能力。

如今采用英特爾Atom Z2580處理器的聯想K900和中興V975（Geek）手機的優異表現讓我們對英特爾手機處理器的性能刮目相看。不過不得不說的是，其支持的網絡制式少得可憐，僅支持GSM與WCDMA的單卡雙模，讓其在采用高通處理器幾乎支持全系網絡制式的產品面前顯得相形見絀。

如今這種“殘酷”的競爭看起來對英特爾和英偉達較為有利。英特爾在制程和架構方面積累了大量經驗，這些紅利將在今后一段時間內逐步體現出來。而英偉達則成功地整合了ARM移動架構和有高性能潛力的圖形內核，憑借其在這方面的豐富經驗，它能夠胸有成竹地推出未來數代超節能處理器的發展規劃。高通在無線通訊方面具有相當的優勢，并且在硬件設計方面具有雄厚的實力，但是這些優勢在制程面前顯得有些單薄。蘋果、三星則看起來不用過分發愁，因為它們的處理器通常是“自產自銷”，即使有所延誤，也會憑借其較大的市場占有率和粉絲群體成功渡過難關。未來智能手機處理器的大戰仍舊大有看頭。

屏幕不再只是分辨率

手機屏幕作為手機重要的一個組成部分，其顯示效果會直接影響到整機的體驗。目前關于屏幕的概念名詞非常多，讓人難以區分。目前主流的手機屏幕材質可歸結為兩類：LCD與OLED。LCD是一種較為傳統的屏幕材質，技術比較成熟，往下延伸可分為更多子類型，如TFT、IPS、SLCD等。這里需要提出的是，TFT與LCD在概念上有重疊，TFT又被認為是所有LCD面板的統稱，在這里我們根據一般使用方式，將TFT歸屬為LCD的一個子分類。

傳統的LCD屏幕

TFT屏幕的表現效果中規中矩，屬于液晶面板中的“元老”。雖然理論上TFT算是比較老的一種屏幕材質，但由于大廠針對這些產品進行了技術優化，所以可以讓其實達到不錯的顯示效果。采用該面板的機型也比較廣泛，如三星GALAXY Mega 5.8、索尼Xperia Z等用的都是TFT屏幕。不過部分小品牌的手機產品為節省成本，采用較為低廉的TFT屏幕，其顯示效果就有些參差不齊了。

IPS屏幕俗稱“Super TFT”，從名字可以看出，IPS屏幕是基于TFT屏幕的進階版，但其實質還是TFT屏幕。IPS屏幕的優勢是顯示效果通透、亮麗，可視角度大，可以達到接近180°的可視角度。在實際應用中，IPS屏幕最為典型的案例是蘋果的iPhone系列，如iPhone 4S、iPhone 5。同樣也是蘋果iPhone讓IPS屏幕在手機中的應用中發揚光大。另外，諾基亞Lumia920，中興V975（Geek）、華為Ascend D2也使用的是IPS屏幕，但是同為IPS屏幕，顯示效果卻有著些許差異，這也取決于IPS的顯示技術與優化力度。

除了TFT和IPS屏幕外，SLCD屏幕也是LCD屏幕中的一大類別，SLCD的全稱為Super LCD，可以說SLCD屏幕是LCD屏幕的高級進化版，該屏幕在色彩表現和可視角度方面更為接近于OLED屏的顯示效果，而且色彩還原比較真實，不會顯得偏色。

SLCD屏幕的流行主要歸功于HTC，因為該品牌旗下的大部分主流機型都采用該材質的屏幕，并且取得了非常不錯的市場認可。如HTC的One系列中的One X和One V兩款機型，采用的就是SLCD二代屏幕，新的HTC One則采用了SLCD三代屏幕。該屏幕的顯示效果有目共睹，通透性非常出色，飽和度也把控得很到位，得到了很多用戶的高度認可。

新生代的OLED

OLED屏幕與LCD屏的最大差異是，OLED屏是通過像素自發光來顯示圖像。從這個角度上來講，OLED屏幕比LCD屏幕的技術要更加先進。另外OLED屏在厚度上可以做得更薄，從而有利于控制整機的厚度。想當年三星GALAXY S2以8.49mm的纖薄厚度征服了全球的目光，其所采用的超薄Super AMOLED Plus屏幕功不可沒。

目前主流AMOLED屏幕屬于OLED屏的一個分支，主要技術掌握在三星手中。AMOLED屏幕在發展過程中衍生出了很多不同的版本，比如AMOLED、Super AMOLED、Super AMOLED Plus以及Super AMOLED Advanced等等。Super AMOLED屏幕色彩飽和度高，顯示艷麗，但它采用P排列，顆粒感較強。好在Super AMOLED Advanced和Super AMOLEDHD屏幕擁有較高的分辨率，在一定程度上可以緩解顆粒感，特別是HD Super AMOLED屏幕的顆粒感已經控制得很好了，使用體驗已經非常出色。例如三星當今的旗艦手機Galxy S4采用的就是Super AMOLED HD屏幕，其色彩表現非常到位，1080p的分辨率也讓我們絲毫感受不到顆粒感。

如今，高端智能手機的屏幕分辨率已經從去年的720p躍升至1080p的水平，在這種分辨率下，即便是5英寸屏幕的像素密度也已高達440ppi以上，遠遠超出了人眼可識別的300ppi的極限。而手機的屏幕尺寸由于受到便攜性的限制不可能無限制地增加，可以預料在沒有特殊需求的推動下，高端手機屏幕的分辨率之戰或許會進入一個短暫的“?；鹌凇薄Ｒ虼祟A計各大屏幕制造商的交火點未來依然將在顯示效果、厚度、能耗和功能化等幾個方面。

可彎曲的柔性屏幕

在今年年初的CES展會上，三星展示了采用其柔性屏的“Youm”，它能夠在僅有0.6mm的輕薄透明材料上提供顯示能力。雖然如此之薄，但顯示效果卻并未打折扣?！癥oum”的主要原理是將以往在屏幕中采用的玻璃物料改為塑料，配合發光有機物料提供畫面顯示。它能夠保留AMOLED屏幕顏色顯示豐富、省電、可視角度高、對比度高及反應速度快等優點，并能提供超薄、可彎曲以及不易碎的特性，相對于目前現有的顯示技術來說，這是一項重大創新。

如今除了三星外，LG已經開始批量生產其推出的柔性塑料電子紙顯示屏EPD（Plastic Electronic Paper Display）。EPD首次用塑料電子墨水基板取代傳統的玻璃基板，這使產品具有了柔韌性，可以彎曲，這也是全球首款已經進入實際生產的柔性屏幕。

蘋果也已經申請了一項柔性屏幕新專利，這項技術不僅能夠允許屏幕彎曲，還可以模擬物理按鍵的觸感、反彈感，并且可以發出聲音，讓一些科幻設想有了實現的可能。我們有理由相信憑借可以令電子產品形態更加多變的優勢，柔性顯示屏有望成為消費電子產品、特別是智能手機未來幾年的主流。

攝像頭超越DC

作為手機的一項附加功能，手機的數碼相機功能得到了迅速的發展，其中的關鍵指標像素數從早期的30萬像素逐步升級到如今主流的800萬像素、1 300萬像素甚至更高，大有取代中、低端卡片數碼相機的趨勢。有些手機廠商以拍照為主打功能的手機，其拍照功能大有喧賓奪主的氣勢。

經過多年的發展，目前絕大多數主流手機的影像傳感器均用了背照式CMOS設計，這種設計將感光層的元件調整了位置，讓光線可避免受到微透鏡和廣電二極管之間電路和晶體管的影響。相比傳統的CMOS，背照式CMOS可以顯著提高光的效能，大大改善低光照條件下的拍攝質量。如今市面上常見的iPhone 5，三星GALAXY S3、GALAXY Note 2和小米2等主流800W像素的手機均采用的是這類CMOS。

如今在背照式CMOS的技術上，索尼公司開發出了新的堆棧式CMOS傳感器“Exmor RS CMOS”，新傳感器將原本需緊靠感光組件的電路部分置于感光組件的下方，使得設備內部擁有更多的空間。在實現功能多樣化的同時，還做到了小型化。該CMOS一舉將像素數提升到了1 300萬，同時還能擁有上佳的畫質表現。采用索尼Exmor RS CMOS的手機目前主要有索尼Xperia Z、三星GALAXY S4、OPPO Find5、聯想K900和小米2S等機型。

除了CMOS方面的改進，許多廠商也開始在鏡頭內加入光學防抖技術，這可以大大減少拍照時手部抖動造成的圖片模糊，由于光學防抖技術的存在，在拍照時我們可以使用較長的曝光時間，顯著提升暗光線下的拍攝效果。如諾基亞的Lumia 920/925等機型，采用了配備F2.0大光圈的卡爾蔡司鏡頭和光學防抖技術（OIS），在暗光下擁有十分出眾的拍攝效果。

由于手機體積和厚度的限制，影像傳感器的體積都非常小巧，大多數手機采用的都是1/3.06英寸規格的感光元件和較小尺寸的鏡頭，這同時也限制了手機攝像頭的成像能力。于是許多手機廠商在其主打拍照功能的手機中將CMOS和鏡頭的規格進行了大幅的提升，如諾基亞Lumia 1020采用了1/1.5英寸的背照式感光元件，而諾基亞獨有的PureView技術讓每7個像素點整合成一個“超級像素點”，這也就意味著，同樣條件下，同樣強度的光線在進入鏡頭后會照射到比一般500萬像素傳感器所擁有的大得多的像素點上。因此，采用PureView技術的手機攝像頭在弱光情況下出現的噪點會大大減少，成像質量也就會明顯提高。與此類似的技術還有HTC采用的UltraPixel，采用該技術攝像頭的CMOS由3層感光元件組成，單個像素點的尺寸達到了普通手機攝像頭的3倍以上，可以捕捉到更多的光線，通過搭配光學防抖技術，它同樣可以在弱光環境下拍攝出驚艷的照片。

除了以上的機型，手機廠商們也不乏有更加激進的做法，如三星為其S4 Zoom手機配備了10倍光學變焦的鏡頭和1/2.3英寸的1 600萬像素影像傳感器，儼然一副主流卡片數碼相機的配置，不過這樣的做法帶來的是厚重的機身，并不是所有消費者都能接受這種混搭的設計。

在現有技術下，由于手機便攜性的限制，鏡頭的尺寸不可能無限制增大，于是人們開始將研究方向的重點放在了提高影像傳感器性能方面。不久前，新加坡南洋理工大學的研究人員使用純石墨烯制作出一種高光敏感度的傳感器，這種新型傳感器的關鍵在于使用了“滯留光線”的納米結構，它采用能夠比傳統的傳感器更長時間捕獲產生光線的電子微粒，這就會導致傳感器產生一種更強的電信號。據稱，采用該技術的影像傳感器的感光性能比傳統影像傳感器強1 000倍，即使是在十分昏暗的光線環境中，依然能夠捕捉到明亮、清晰的影像。如果這種影像傳感器能夠實用化，那么對于手機的攝像頭乃至整個攝影界都會是一場革命。

電池未來很美好

由于智能手機既要強調便攜性，同時又要具有足夠的性能，因此電能供應成為制約智能手機發展的重要問題。盡管近年來鋰離子電池技術的研究不斷出現突破，但電池能量的增長卻遠遠趕不上需求。

雖然主流手機的屏幕變得越來越大，但是由于人們對于輕薄機身無止境地追求導致留給電池的空間不增反減。與智能手機飛速增長的用電需求相比，鋰聚合物電池的能量密度年增長率僅為5%～7%，如今大多數主流手機的續航時間僅為一天左右，一天一充是非常普遍的狀態，現有的電池技術已經遠遠跟不上步伐。

從2008～2013年之間iPhone和GALAXY S系列的電池能量密度走向圖我們可以看到，iPhone 3GS使用的是能量密度較低的鋰聚合物而非鋰離子電池，而之后的GALAXY S2由于采用鋰離子電池能量密度有了比較大的提升。GALAXY S2比iPhone 3GS增加了53%，GALAXY S3又比GALAXY S2增加了27%，之后GALAXY S4在GALAXY S3上有10%的提升；GALAXY S4和iPhone 5則相差無幾。可見電池能量密度提升得越來越慢。這也說明三星和蘋果在當前材料的潛力挖掘上越來越接近極限了。

現有電池技術似乎已經走入了死胡同，世界各國的研究人員正嘗試不同的方法，研發更強大的電池。一個方向是提高電池的能量密度，如卡爾斯魯厄理工學院的納米技術研究所正在制定新的架構，研發一種可能比鋰離子電池的能量密度高20倍的新型電池。這種電池使用金屬陽極和金屬氟化物陰極，據研究人員介紹這種材料的一大優勢是，能量密度高達5 000Wh/l，而目前的鋰離子電池則只有區區的250Wh/l。

除了提高電池的能量密度外，減少電池的充電時間也是另一種不錯的方法，美國伊利諾伊州西北大學的研究人員已經開發出了一種硅陽極的電池，通過讓鋰離子在兩個電極之間更快地移動來加快充電的速度，其充電性能將是傳統電池的10倍，這就意味著新型電池只需充不到2min的電，即可支持手機持續通話超過100h。

外殼更加耐用

俗話說人靠衣裳馬靠鞍，作為一款手機，性能和功能固然重要。但是不可否認的是，手機的衣服——外殼材質也對購買者或多或少起到一些引導作用。在這個追求品位的年代，手機除了擁有作為電子產品的功能之外，另一個重要用途就是用來滿足部分人群面子工程的需要。所以主流手機廠商們也在手機的外殼材質方面做了很多文章，好讓它們的手機產品看起來更加時尚。

聚碳酸酯是一種高分子聚合物材料，由于其牢固和輕便的特性，受到了許多智能手機廠商的寵愛。如今市面上許多主流手機都采用聚碳酸酯材質來制造手機外殼，如三星GALAXY S4、HTC One X。不過恰恰是由于聚碳酸酯的低成本和高可塑性，所以這類材料被大量的用于許多低端機型，加之塑料一詞本身就給人以廉價的感覺，所以采用這類外殼材質的高端手機也免不了被許多消費者戴上“塑料手機”和“廉價貨”的帽子。

在很多年前，高端的黑白顯示屏手機大都使用金屬材質打造。于是金屬材質一度成為高端的象征，隨著材料技術的進步，金屬材質的外殼成本已經不再那么高不可攀，采用金屬外殼的手機也已經不是什么稀罕物。如今許多手機的金屬外殼會選擇采用鋁材質，比較有名的是諾基亞N8的陽極氧化鋁和HTC One S的微弧陽極氧化鋁合金。這些所謂的“合金材料”，主要原料是金屬鋁，通過摻入少量的鎂或是其他的金屬材料來加強其硬度，依據添加金屬的不同而被稱為鎂鋁合金或鈦鋁合金。除了擁有遠超普通塑料材質的硬度外，鋁合金材料還十分容易上色，簡直是高端智能手機最為理想的伴侶。如iPhone 5的外殼通過陽極氧化鋁的工藝讓顏色附著在手機殼的表面，只不過這種顏色只是薄薄的一個涂層，很容易在磕蹭中脫落，露出鋁合金原本的質地和顏色（主要是白色），這樣反而會大大影響手機的美觀程度。

除了塑料和金屬材質外，如果不是蘋果第一個吃螃蟹，有誰能想到玻璃也可以做成手機外殼呢？當喬布斯將采用雙面玻璃設計的iPhone 4展現在世人面前時，現場的觀眾們無不為之傾倒。目前除了蘋果iPhone 4和iPhone 4S之外，采用雙面玻璃設計的手機還有索尼Xperia Z和Google Nexus 4。這些手機敢于使用雙面玻璃材質要歸功于康寧發明的大猩猩玻璃，這種玻璃具有光滑和硬度高的特點，非常耐磨，普通的金屬無法在其表面留下痕跡。不過其缺點也十分明顯，由于抗沖擊性較差，如果不小心跌落到硬地面上很可能會導致外殼碎裂。

除了以上各種傳統的材料外，研究人員也在不斷嘗試著新的材料，其中獲得2010年諾貝爾物理學獎石墨烯成了材料學家研究的重要對象，石墨烯是目前世界上已發現的最輕、最堅硬的納米材料。如果將這種材料制作成手機外殼，可以想象，我們的手機可以變得多么堅固耐用。如果蘋果公司選用這種材料來制作手機外殼的話，相信Send Me To Heaven（一個將你的手機盡可能地向上拋的APP，該APP可以記錄下你拋起手機的高度，并把成績加入到一個全球性的排行榜中）就不會被蘋果限制上架了。不過由于技術的限制，這種材料依然十分昂貴，但我們相信隨著技術的進步，在不久的將來，使用輕盈又堅固的石墨烯材料外殼的手機將會出現在我們的面前。

總結

近幾年來，智能手機市場持續保持快速地成長，究其原因是因為人們對于智能手機日益高漲的需求所致。蘋果iPhone手機取得的巨大成功，也讓各大廠商看到了智能終端市場蘊藏的無限商機。它們紛紛強勢出擊，不斷發布各種形態和功能多樣的智能手機新品，讓智能手機市場的競爭趨近白熱化，同時也讓其成為科技創新的熱點，這是一個非常良好的勢態，它可以讓人們在第一時間感受到科技帶來的便利。在這個科技大爆炸的年代，我們有理由相信未來的智能手機可以讓我們的生活變得更加豐富多彩。