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手机芯片三强大战,厉害了我的哥哥们!

元器件交易网2018-06-10 06:54:58

高通(Qualcomm)、三星(Samsung)与联发科(MediaTek)三大手机芯片供应商,在近日举行的年度世界行动通讯大会(MWC 2017)上展示了将进驻下一代智能手机产品的最先进数据机芯片以及应用处理器。


而今年是iPhone问世十周年,大家都在猜苹果(Apple)即将推出的iPhone 8会有什么新功能,从MWC看到的最新技术,我们可以对iPhone 8有一些想像──首先就是10奈米制程技术的采用,这在上述三大手机芯片供应商的最新款IC上都已经出现;其次是能支援更快上行/下行连结速度的先进LTE数据机芯片,在这方面以高通领先。


市场对于iPhone 8新功能的猜测还包括将采用OLED显示器、配备支援脸部辨识的前向摄影机,以及红外线发射/接收器等;但实际上,就算对苹果来说,那些花俏的新功能也都是得一步步取得进展,并非一蹴可几。


联发科企业销售(国际市场)总经理Finbarr Moynihan接受EE Times访问时表示,智能手机市场已经发展到「成熟的中年」,因此要在终端产品上取得大幅度的功能差异化越来越难;但他强调,智能手机SoC设计业者仍然在尽力达成最佳功耗表现与处理性能。


要在已经成熟的智能手机市场取得差异化,关键功能有哪些?市场研究机构Tirias Research首席分析师Jim McGregor认为,是数据机速度以及多媒体性能(包括GPU、ISP、VPU…等等)。


多媒体功能是扩增实境/虚拟实境(AR/VR)等最新应用的关键,甚至对运算摄影(computational photography)与人工智慧(包括自然语言处理与影像辨识)也很重要;此外McGregor指出,数据机芯片性能也变得至关重要,特别是因为苹果采取双芯片来源策略:「数据机性能不只会影响上行/下行资料速率,也会影响连结可靠性与通话清晰度。」


以下是三大手机芯片业者在MWC 2017发表的智能手机芯片概略:


高通发表的Snapdragon X20系列LTE数据机,是其第二代Gigabit等级LTE数据机芯片,支援下载速度达1.2Gps 的Category 18规格,以三星的10奈米FinFET制程生产,号称是产业界最先进、第一款采用10奈米技术的独立数据机芯片。


Snapdragon X20 LTE数据机芯片


三星在MWC发表的是八核心Exynos 9系列8895,是该公司第一款采用10奈米FinFET制程的应用处理器;该芯片内建新型的Gigabit等级LTE数据机,支援5频载波聚合(five- carrier aggregation,5CA),资料传输速率最高可达1Gbps (Category 16)下行速度(5CA),以及150Mbps (Category13)下行速度(2CA)。


三星Exynos 9系列8895内建新型的Gigabit等级LTE数据


联发科发表的是可商用的Helio X30处理器,号称是Helio系列的旗舰产品,采用十核心、三丛集(Tri-Cluster)架构,以台积电(TSMC)的10奈米制程生产。Helio X30包含2颗2.5 GHz ARM Cortex-A73、4颗2.2 GHz ARM Cortex-A53以及4颗1.9 GHz Cortex-A35,并整合了LTE Category 10数据机,支援下行3CA、上行2CA的高传输量串流。


联发科Helio X30处理器采用十核心、三丛集(Tri-Cluster)


市场研究机构The Linley Group资深分析师Mike Demler表示,联发科也加入10奈米制程阵营特别引人瞩目,不过Helio处理器的设计偏向于诉求平衡,而非强调任何特定功能;三星的Exynos 8895是直接与高通1月发表的Snapdrago 835竞争,联发科的X30直接竞争产品则是高通的Snapdragon 600系列。


这三家厂商发表的新款芯片都采用了10奈米技术,高通与三星用的是三星的10奈米FinFET制程,联发科则是采用台积电的10奈米制程。


英特尔(Intel)、三星与台积电竞相成为10奈米节点的领先者,并积极拉拢苹果与高通等大客户;不过市场猜测,苹果的A11处理器应该会采用台积电的10奈米制程,而有分析师指出,台积电的优势在于先进的整合式扇出封装(Integrated Fan Out,InFO)技术,能达到更低厚度、更高速度与更佳散热性能。


而高通、三星与联发科在MWC 2017发表的最新芯片,也展现了数据机芯片技术在速度方面的激烈竞争。


Gigabit等级的LTE显然将成为众家厂商最新款智能手机支援的功能──高通(Qualcomm)新发表的Snapdragon X20数据机芯片支援下行速度达1.2Gps的Category 18规格,三星(Samsung)的Exynos 8895内建数据机则支援5CA、Category 16下行速度,最高资料传输速率达1Gbps;联发科(MediaTek)的最新处理器Helio X30稍嫌落后,内建Cat 10规格数据机。


而若要抢占苹果(Apple)即将问世的iPhone 8数据机芯片板位,英特尔(Intel)是能与高通直接竞争的对手──英特尔最新的XMM 7560数据机支援LTE Advanced Pro,可达到Cat 16规格号称超越1Gbps的下行速度,以及255Mbps的Cat 13上行速度。


XMM 7560是英特尔的第五代LTE数据机芯片,也是第一款采用该公司14奈米制程生产的数据机。高通与英特尔的数据机芯片都支援5CA、4x4 MIMO配置,以及256-QAM等功能;不过藉由Snapdragon X20的发表,高通显然对抢夺市场商机下了不少赌注。


只拼核心数就太逊了…


联发科的Finbarr Moynihan表示,手机芯片厂商只比处理器核心数量、影像感测器画素多寡的时代已经过去了:「我们已经来到竞争可提供之“实际使用者体验”的阶段;」举例来说,联发科Helio X30虽然拥有比别人多的十核心,但如同市场研究机构Tirias Research首席分析师Jim McGregor表示,竞争焦点其实在于:「在性能提升与降低功耗两方面的最佳化任务。」


Moynihan指出,联发科最新的十核心、三丛集SoC采用了该公司称之为「CorePilot 4.0」的软硬体架构,支援「能量感知(energy-aware)」,可监测使用者体验,预测个人在装置上的电量使用情况,并排序哪个手机内的应用程式是控制功耗的关键。


The Linley Group资深分析师Mike Demler表示,联发科的Helio系列已经不是第一次配置十核心,而最新产品进一步提升了其功耗性能的弹性;他指出,Helio X30的十核心应该能实际有助于延长电池续航力。


他指出:「其小核心(2.2 GHz ARM Cortex-A53、1.9GHz Cortex-A35)的部份并没有占据太多空间,而且拥有两个总会需要的大核心(2.5 GHz ARM Cortex-A73),这种设计折衷对联发科的目标市场是合理的,不同于苹果处理器的设计倾向于牺牲电池寿命、采用性能最高的CPU与GPU。」


Demler指出,比较各家供应商的最新一代智能手机SoC,一个普遍的趋势是采用「big.little」架构,包括苹果与高通都是如此;三星与联发科的芯片架构尤其明显,Exynos 8895是八核心架构,包括4颗三星自家设计的第二代处理器核心,以及4颗ARM Cortex-A53核心。


多媒体、AR/VR与深度学习


扩增实境与虚拟实境(AR/VR)应用无疑会是新一代智能手机的焦点,三星的Exynos 8895就强调可支援最新的3D绘图性能,以ARM最新的Mali-G71 GPU将4K UHD VR与游戏应用的影像延迟降到最低;此外其先进的多规格编解码支援4K UHD最高解析度、120fps的视讯录影与重播;在VR应用方面,Exynos 8895号称能支援4K解析度、更身历其境的体验。


而联发科Helio X30则舍弃ARM的Mali GPU,改用Imagination的PowerVR绘图处理核心;对此Tirias Research首席分析师Kevin Krewell猜测,应该是Imagination为了抢占市场版图与联发科之间达成了新的合作协议。


联发科表示,Imagination的PowerVR Series7XT Plus时脉速度达800MHz,是为Helio X30量身打造,号称可提供与上一代平台相较高达六成的功耗节省、2.4倍的性能提升;此外Helio X30支援各大商用VR开发工具套件。


而究竟新一代的智能手机处理器能支援多大程度的深度学习,还有待观察;以三星来说,该公司提出了新的三星一致性互连(Samsung Coherent Interconnect,SCI),支援CPU群体与GPU之间的快取一致性,以达成异质系统架构(Heterogeneous System Architecture),因应人工智慧(AI)与机器学习等领域较高的运算速度需求。


联发科的Moynihan表示,该公司则是在语音系统整合了深度学习技术,能支援「持续聆听」的功能,就像是把Alexa语音助理放进手机;但在被问到何时将推理(inference)引擎整合到智能手机SoC时,他表示可能之后才有更多相关资讯:「我们认为需要一些推理引擎元素是在SoC的处理程序中完成。」


整体性能总结


Linley Group的Demler表示,联发科的Helio X系列或许恰好占据了略低于旗舰级智能手机处理器像是Snapdragon 835的一个空缺。


Helio X30几乎涵盖了所有多媒体功能,包括高阶双摄影机(14位元、1600万+1600万画素,支援即时景深效果的广角+变焦镜头,以及在低光线环境即时去杂讯等功能)与4K视讯(在芯片中整合了以硬体为基础的低功耗4K2K 10-bit HDR10视讯解码)。


Moynihan指出,Helio X30也内建了视觉处理单元(VPU),搭配联发科的影像讯号处理技术,能为手机业者提供客制化设计摄影机功能的可编程性以及灵活性。


Tirias Research的McGregor表示,联发科向来在中低阶手机市场表现杰出,因此该公司这次发表采用最先近10奈米制程、锁定高阶应用的Helio X30特别值得注意。对此Moyihan认为,该公司的新款SoC 「价格适中」,会是让手机客户达到终端产品价格「甜蜜点」的理想选择。