手機里的秘密 SoC芯片解讀

技術宅

何為SoC

SoC（System-on-a-Chip），譯為片上系統，也稱為系統級芯片。實際上它是一個高度集成的芯片系統，除了包括常見的CPU外，還包括了數字信號處理器DSP模塊、GPU、嵌入的存儲器模塊以及和外部進行通訊的接口模塊等手機上常用的硬件，它和電腦機箱里的集成主板有些類似（圖1）。

探根究底 手機為什么要用SoC

普通臺式電腦上，主板大多只集成一般必要的芯片，至于顯卡、CPU、內存、硬盤則大多由用戶自行配置，進行硬件擴展。因此普通電腦都具備極佳的擴展性，只要主板支持，我們可以任意將CPU升級到支持的最高頻率以提高性能（圖2）。

雖然臺式機主板擴展性好，但是隨之帶來的是工藝的復雜，因為一臺組裝的電腦需要多個硬件廠商的產品，既需要制定一套復雜的標準，還要進行各種硬件之間的兼容性測試。顯然這并不適合移動設備的生產。

一方面現在的手機、平板等移動設備更新換代速度極快，這要求手機廠商研發一款新手機的周期要很短，根本沒有時間也沒有技術去開發和測試各種硬件，這就要求手機芯片開發商提供高集成度的芯片以降低手機開發周期。

另一方面，手機內部空間小，不可能像臺式機主板那樣內置各種豐富的擴展接口，現在手機上唯一可以擴展的就只有外置SD卡。

正是由于上述原因，現在手機芯片開發商都會針對手機廠商推出定制SoC芯片系統，基本上廠商只要換上自己的外殼就可以推出自己的手機了，大大簡化了手機開發周期。這也是為什么聯發科一推出新的八核芯片系統，市場上立刻就會出現鋪天蓋地的山寨八核手機的原因（圖3）。

深入手機內部 全面解讀SoC

從上面的描述可以知道，SoC是集成多個模塊的集成芯片，那么里面集成的各個模塊又是怎么進行工作的呢？SoC又和手機的性能有什么關系？

首先，手機SoC芯片里集成的模塊有不同的分工，比如CPU主要負責計算和多任務處理，GPU主要負責圖形解碼，通訊模塊主要進行手機通信和Wi-Fi、藍牙通信（圖4）。

不過在實際運行中，SoC芯片系統會根據不同的使用環境科學地調配模塊的運行。比如高通驍龍SoC芯片，其中集成的DSP（數字信號處理器）和GPU都有解碼能力，當用戶在使用手機播放音樂的時候，由于音頻解碼處理要求較低，此時芯片系統就只是調用低功耗的DSP進行解碼，從而降低智能手機的電量消耗。但是當用戶切換到大型3D游戲時，由于游戲畫面需要渲染，此時系統就會調用芯片上的GPU進行解碼。這樣既不會影響用戶的使用體驗，又可以大幅降低手機的電量消耗（圖5）。

其次，SoC芯片性能直接決定手機性能的高低，不同技術的SoC芯片決定了其硬件性能。因此要說自己的手機性能怎么樣，實際上是指SoC芯片的性能。比如小米平板使用的英偉達Tegra 4的SoC，它集成的GPU使用72核GeForce GPU光柵化處理單元，在安安兔測試中，GPU的3D繪圖（192×1080）得分高達7681分，而高通驍龍801（搭載Adreno 330圖形處理器）相應得分則只有5500分左右（圖6）。在不考慮游戲兼容性前提下，顯然英偉達的SoC有著更好的游戲性能。

此外，不同芯片廠商對集成模塊的優化技術水平也是決定手機性能的一個重要因素。比如SoC集成的ISP芯片是拍照過程中的運算處理單元，它的性能對手機相機最終的成像質量影響很大（約占15～20%）。因此對于使用不同SoC芯片的兩款手機來說，即使它們使用的是一樣的鏡頭，最終成像質量也會有很大的差異，其中就是由于ISP芯片對圖像處理能力不同所致。所以市面上那些所謂的音樂手機、拍照手機之所以在手機某一方面有突出的表現，幕后功臣主要就是SoC所集成的芯片。

何為SoC

SoC（System-on-a-Chip），譯為片上系統，也稱為系統級芯片。實際上它是一個高度集成的芯片系統，除了包括常見的CPU外，還包括了數字信號處理器DSP模塊、GPU、嵌入的存儲器模塊以及和外部進行通訊的接口模塊等手機上常用的硬件，它和電腦機箱里的集成主板有些類似（圖1）。

探根究底 手機為什么要用SoC

普通臺式電腦上，主板大多只集成一般必要的芯片，至于顯卡、CPU、內存、硬盤則大多由用戶自行配置，進行硬件擴展。因此普通電腦都具備極佳的擴展性，只要主板支持，我們可以任意將CPU升級到支持的最高頻率以提高性能（圖2）。

雖然臺式機主板擴展性好，但是隨之帶來的是工藝的復雜，因為一臺組裝的電腦需要多個硬件廠商的產品，既需要制定一套復雜的標準，還要進行各種硬件之間的兼容性測試。顯然這并不適合移動設備的生產。

一方面現在的手機、平板等移動設備更新換代速度極快，這要求手機廠商研發一款新手機的周期要很短，根本沒有時間也沒有技術去開發和測試各種硬件，這就要求手機芯片開發商提供高集成度的芯片以降低手機開發周期。

另一方面，手機內部空間小，不可能像臺式機主板那樣內置各種豐富的擴展接口，現在手機上唯一可以擴展的就只有外置SD卡。

正是由于上述原因，現在手機芯片開發商都會針對手機廠商推出定制SoC芯片系統，基本上廠商只要換上自己的外殼就可以推出自己的手機了，大大簡化了手機開發周期。這也是為什么聯發科一推出新的八核芯片系統，市場上立刻就會出現鋪天蓋地的山寨八核手機的原因（圖3）。

深入手機內部 全面解讀SoC

從上面的描述可以知道，SoC是集成多個模塊的集成芯片，那么里面集成的各個模塊又是怎么進行工作的呢？SoC又和手機的性能有什么關系？

首先，手機SoC芯片里集成的模塊有不同的分工，比如CPU主要負責計算和多任務處理，GPU主要負責圖形解碼，通訊模塊主要進行手機通信和Wi-Fi、藍牙通信（圖4）。

不過在實際運行中，SoC芯片系統會根據不同的使用環境科學地調配模塊的運行。比如高通驍龍SoC芯片，其中集成的DSP（數字信號處理器）和GPU都有解碼能力，當用戶在使用手機播放音樂的時候，由于音頻解碼處理要求較低，此時芯片系統就只是調用低功耗的DSP進行解碼，從而降低智能手機的電量消耗。但是當用戶切換到大型3D游戲時，由于游戲畫面需要渲染，此時系統就會調用芯片上的GPU進行解碼。這樣既不會影響用戶的使用體驗，又可以大幅降低手機的電量消耗（圖5）。

其次，SoC芯片性能直接決定手機性能的高低，不同技術的SoC芯片決定了其硬件性能。因此要說自己的手機性能怎么樣，實際上是指SoC芯片的性能。比如小米平板使用的英偉達Tegra 4的SoC，它集成的GPU使用72核GeForce GPU光柵化處理單元，在安安兔測試中，GPU的3D繪圖（192×1080）得分高達7681分，而高通驍龍801（搭載Adreno 330圖形處理器）相應得分則只有5500分左右（圖6）。在不考慮游戲兼容性前提下，顯然英偉達的SoC有著更好的游戲性能。

此外，不同芯片廠商對集成模塊的優化技術水平也是決定手機性能的一個重要因素。比如SoC集成的ISP芯片是拍照過程中的運算處理單元，它的性能對手機相機最終的成像質量影響很大（約占15～20%）。因此對于使用不同SoC芯片的兩款手機來說，即使它們使用的是一樣的鏡頭，最終成像質量也會有很大的差異，其中就是由于ISP芯片對圖像處理能力不同所致。所以市面上那些所謂的音樂手機、拍照手機之所以在手機某一方面有突出的表現，幕后功臣主要就是SoC所集成的芯片。

何為SoC

SoC（System-on-a-Chip），譯為片上系統，也稱為系統級芯片。實際上它是一個高度集成的芯片系統，除了包括常見的CPU外，還包括了數字信號處理器DSP模塊、GPU、嵌入的存儲器模塊以及和外部進行通訊的接口模塊等手機上常用的硬件，它和電腦機箱里的集成主板有些類似（圖1）。

探根究底 手機為什么要用SoC

普通臺式電腦上，主板大多只集成一般必要的芯片，至于顯卡、CPU、內存、硬盤則大多由用戶自行配置，進行硬件擴展。因此普通電腦都具備極佳的擴展性，只要主板支持，我們可以任意將CPU升級到支持的最高頻率以提高性能（圖2）。

雖然臺式機主板擴展性好，但是隨之帶來的是工藝的復雜，因為一臺組裝的電腦需要多個硬件廠商的產品，既需要制定一套復雜的標準，還要進行各種硬件之間的兼容性測試。顯然這并不適合移動設備的生產。

一方面現在的手機、平板等移動設備更新換代速度極快，這要求手機廠商研發一款新手機的周期要很短，根本沒有時間也沒有技術去開發和測試各種硬件，這就要求手機芯片開發商提供高集成度的芯片以降低手機開發周期。

另一方面，手機內部空間小，不可能像臺式機主板那樣內置各種豐富的擴展接口，現在手機上唯一可以擴展的就只有外置SD卡。

正是由于上述原因，現在手機芯片開發商都會針對手機廠商推出定制SoC芯片系統，基本上廠商只要換上自己的外殼就可以推出自己的手機了，大大簡化了手機開發周期。這也是為什么聯發科一推出新的八核芯片系統，市場上立刻就會出現鋪天蓋地的山寨八核手機的原因（圖3）。

深入手機內部 全面解讀SoC

從上面的描述可以知道，SoC是集成多個模塊的集成芯片，那么里面集成的各個模塊又是怎么進行工作的呢？SoC又和手機的性能有什么關系？

首先，手機SoC芯片里集成的模塊有不同的分工，比如CPU主要負責計算和多任務處理，GPU主要負責圖形解碼，通訊模塊主要進行手機通信和Wi-Fi、藍牙通信（圖4）。

不過在實際運行中，SoC芯片系統會根據不同的使用環境科學地調配模塊的運行。比如高通驍龍SoC芯片，其中集成的DSP（數字信號處理器）和GPU都有解碼能力，當用戶在使用手機播放音樂的時候，由于音頻解碼處理要求較低，此時芯片系統就只是調用低功耗的DSP進行解碼，從而降低智能手機的電量消耗。但是當用戶切換到大型3D游戲時，由于游戲畫面需要渲染，此時系統就會調用芯片上的GPU進行解碼。這樣既不會影響用戶的使用體驗，又可以大幅降低手機的電量消耗（圖5）。

其次，SoC芯片性能直接決定手機性能的高低，不同技術的SoC芯片決定了其硬件性能。因此要說自己的手機性能怎么樣，實際上是指SoC芯片的性能。比如小米平板使用的英偉達Tegra 4的SoC，它集成的GPU使用72核GeForce GPU光柵化處理單元，在安安兔測試中，GPU的3D繪圖（192×1080）得分高達7681分，而高通驍龍801（搭載Adreno 330圖形處理器）相應得分則只有5500分左右（圖6）。在不考慮游戲兼容性前提下，顯然英偉達的SoC有著更好的游戲性能。

此外，不同芯片廠商對集成模塊的優化技術水平也是決定手機性能的一個重要因素。比如SoC集成的ISP芯片是拍照過程中的運算處理單元，它的性能對手機相機最終的成像質量影響很大（約占15～20%）。因此對于使用不同SoC芯片的兩款手機來說，即使它們使用的是一樣的鏡頭，最終成像質量也會有很大的差異，其中就是由于ISP芯片對圖像處理能力不同所致。所以市面上那些所謂的音樂手機、拍照手機之所以在手機某一方面有突出的表現，幕后功臣主要就是SoC所集成的芯片。