手機芯片發展現況及發展趨勢展望

王汶庚

摘要：手機行業在飛速發展的信息科學技術推動下正經歷著一場驚天動地的變革。4G遍布日常生活的各個角落，5G也緊隨其后。這將對全球手機智能芯片行業的競爭格局會產生影響。芯片屬于手機的重要核心部件，是手機展現多種功能的硬件保證。因此，本文深入論述了手機芯片的發展進程，并探討了手機芯片未來的發展前景。

關鍵詞：手機芯片;發展進程;發展前景

電子芯片是指內部帶有新型半導體器件的一種小型硅片，具有體積小巧、壽命超長、性能優良等諸多優點。手機芯片是電子芯片的一個重要構成部分，是內部核心零件之一。因為手機上的所有功能大多都是依靠芯片來完成的。如果手機沒有芯片，就像是人體失去了大腦和心臟。另外相關主要參數就好比醫療器械給病人打印的檢驗單上的數據，可以清楚明了地反映手機整體的情況，若手機發展想大步向前必須先從芯片入手。本文詳細介紹了手機芯片的各個關鍵組成部分，并結合電子微電路發展現況探討了其未來發展前景。

一、芯片發展現狀

移動芯片可以說是微型電子器件的絕佳應用領域，有著非常良好的發展前景。從通信芯片來講，近幾年來增長趨勢日益明顯，截至到2013年中，其數量就突破了11億片。而隨著長期演進技術商業用途層面的發展，長期演進技術就是我們常說的LTE俗稱3.9G。多網并行的情形使得能夠支持多個網絡頻段并能夠支持多種通訊模式漸漸變為通信芯片發展的主要前提條件，高通公司曾是此行業的領航人，它早在2012 年就推出了涵蓋所有移動通信模式的基帶芯片，與此同時對多模多頻的研究更是用心，所以具備了其他許多芯片生產廠家所不具備的優勢。2014年對中國臺灣聯發科技股份有限公司來說是不平凡的一年，它官方發布了真八核處理器。它的名字叫作MT6595，名字響徹云霄，因為它是全球第一款真正意義上做到支持4G LTE的處理器。華為公司之所以作為國內研發芯片界實力最強的企業，是因為讓國人用上了完完全全真正屬于自己的芯片。“麒麟芯”一詞紅遍大江南北，同時震驚全球。華為海思可謂一鳴驚人。其采用特殊制作的基帶，能夠支持多個網絡標準，刷新了理論下載和上傳速率的歷史新高。如今應用處理芯片也是十分火熱，可謂多家必爭之物。應用處理芯片也開始分為了兩種不同的升級模式：一種是進一步提高多核復用的程度，多核處理器采用劃分任務的戰略，由于工作時利用的執行內核數量較多，所以在短時間內可以完成更多的任務。其中MTK和三星公司研制的八核芯片可以被稱作此類典型;另外一種是集中提高單個核的運算處理能力來提升整體性能，具有代表性的是蘋果公司的64位ARM架構芯片。如今這兩種升級模式都已經得到了諸多廠家的支持，但是從現實生活中的用戶體驗以及X86架構發展的實際狀況來說，后者所帶來的實際效果更讓使用者滿意。無論是八核共同調度或者64位架構應用處理芯片，都要獲得API接口和上層操作系統的支持，這將大大提高設計難度。

二、手機芯片主要組成部分分析

1.高端操作系統與軟件處理器（AP）

到目前為止，市場上主流的AP芯片主要是由CPU與GPU兩部分構成。CPU一般是針對軟件指令來執行所需要的操作，運行和使用者交互相關的軟件應用，CPU實際性能高低會直接影響應用軟件的執行效率和運行速度;GPU主要是對圖形圖像進行加工處理，將加工之后的數據信息呈現在屏幕上，GPU的性能在很大程度上影響了使用者體驗游戲或者播放視頻時的速度與質量。

2.中央處理單元（CPU）

CPU于整個手機而言，就好比人體中的大腦，是不可或缺的一部分。這顆特別的“大腦”不僅負責全部運算處理還是整體的調控中心。內核數量、架構樣式這兩方面主要影響著CPU的性能，最直接的方法就是通過增強“大腦”來提升運行速度，與此同時還可以提高同時運行多個程序的穩定性。結構級別越高則相應性能越強。手機主頻決定了手機的計算處理速度，因為主頻參數和運行速度呈正比關系，但相對主頻越高的手機，其耗電量也就越大。當今大部分智能手機都是Cortex-A53 架構。因為它是綜合性能最高的架構，而Cortex-A57 的性能相比其更勝一籌，性能之所以強大是因為其設計理念更為復雜繁瑣且創造過程較為緩慢而且發熱嚴重問題有待解決。從2016年就開始被 Cortex-A72 所取代，此兩種架構一般是應用在高清影像處理這類需求較大的電子設備中，通常可以與A53內核一起組成大小混合架構。如今絕大部分CPU需要進階精簡指令集機器授權，授權一般有兩種途徑：一種是 ARM 公司把 CPU設計源代碼以及使用授權直接給予其他商家;另一種是通過直接合法購買ARM公司所設計的產物。加以利用進而使得自己產品提前上市。

2.3 多媒體或繪圖處理器的手機核心芯片（GPU）

GPU即是圖形處理器，一般負責圖形圖像的數據運算處理。大部分手機的 GPU 提供商一般都是ARM、Imagination、高通以及英偉達公司。Imagination生產的 Power VR GPU 屬于明星級高端產品，例如蘋果公司、英特爾公司都在使用，普通大眾所熟知的即是iPhone智能手機和iPad平板電腦。高通公司生產的專屬 Adreno 只能夠適用于高通的SOC，其中涵蓋了近年來較為知名的 Adreno400 和 500 系列。英偉達公司屬于 PC 時代下獨占鰲頭的霸主，依靠其自身多年的豐富制作經驗，在研究發展方面取得了令人可望不可及的佳績，然而從Tegre K1 之后英偉達公司便宣布舍棄手機市場，隨著近年來工藝水平的不斷提升，可能在未來會從桌面級GPU 簡化之后輔助 Tegra。

三、手機芯片發展前景分析

我們知道，芯片技術在移動通信的未來發展中起決定性作用。在以往的3G 時代，芯片廠商就開始了異常激烈的市場資源競爭，而在未來的移動通信發展中，誰如果能夠設計出主導市場的芯片，誰就能夠獲得生存與發展的廣闊空間。4G 和 5G 芯片設計必須要嚴格遵循以下原則：在滿足功能的基礎上使成本的最低化，這樣一來就要求了眾多設計生產廠家再進一步優化設計結構，努力提升芯片運行處理效率，適當增加新穎功能并且能夠支持多種通信協議。

現階段發展前景比較好的技術有統一尋址 以及CPU、GPU 異構計算。從理論上而言，CPU 具備更大緩存，更適合應對較為復雜的邏輯計算，而GPU具備更多處理單元，擁有并行計算的功能，如果將二者的優點充分結合起來，處理器的綜合性能將會有一個質的飛躍。在 X86 架構中，AMD 早在多年前就開始了相關研究，其APU 體現出了超越同級別英特爾處理器的優越性能。同時 ivviK5手機裝載了和PC 相類似的獨立顯卡，從工藝上有了明顯的進步，為手機加上和 PC 同類結構的 GPU 也即將到來！

參考文獻

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（作者單位：鄒平市第一中學）