最近,因為三年前的一起收購案,業內最重要的晶片設計架構公司Arm與合作多年的大客戶關係破裂。
而雙方矛盾的導火索源於高通在2021年收購的一家初創公司Nuvia。Nuvia是由前工程師2019年創辦的晶片設計架構公司。這家公司產品對標Arm,主攻伺服器、PC市場,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%的峰值效能。
有媒體報道稱,Arm正在取消其與高通之間的晶片設計許可協議。該許可協議允許高通基於Arm的標準設計自己的晶片。但無論Arm是否同意授權ALA給到Nuvia,都不能阻擋高通自研架構的決心。就在今年10月,高通推出了第二代Oryon架構。
實際上,近年來手機soc廠商都逐漸在探索自研架構。
01
手機SoC發展史
在手機誕生之初,手機的功能還僅限於簡單的通訊,還不需要強大的處理器驅動。但隨著手機功能的豐富,對處理器的要求逐漸提高,各式各樣的手機SoC開始出現。OMAP 是由德儀所推出的開放式多媒體應用平臺架構,使用低功耗的 ARM 架構處理器,可適用於移動式平臺。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。
諾基亞手機的另一家主要的 SoC 供應商是飛思卡爾。飛思卡爾同樣是美國半導體生產廠商,它的前身是摩托羅拉的半導體部門,2004 年的時候從摩托羅拉剝離出來。飛思卡爾(摩托羅拉)在功能機時代也是重要的手機處理器供應商,諾基亞的一代街機 5320、N81、E62 等就是採用的飛思卡爾 MXC300-30。
三星則在2000 年的時候推出自己的首款 SoC S3C44B0,基於 ARM7 架構,採用 250nm 工藝製造,主頻 66MHz。2002 年的時候它被用於全球首款真正意義上的智慧手機 Danger Hiptop 上。
在功能機時代,TI OMAP 和飛思卡爾這兩個品牌的處理器具有統治地位。此時的SoC主要整合CPU等基本的處理功能,並開始嘗試將基帶和應用處理器整合到一塊晶片上。
隨著iPhone手機和智慧手機的興起,智慧手機發展迅猛,開始進入全民智慧移動手機時代,手機的功能需求遠遠超過了功能機,需要更強大的處理器和更高效的圖形處理能力,手機 SoC 市場也發生了巨大的變化。
新的供應商如高通、聯發科等迅速崛起,並推出了自己的手機SoC。同時,原有的供應商如德州儀器、飛思卡爾等也繼續投入研發,市場競爭日益激烈。甚至英偉達(Tegra系列)、英特爾也推出了自己的soc晶片產品。
2011年,蘋果A系列處理器在智慧手機市場上脫穎而出。2013年,首款64位SoC誕生,標誌著手機SoC技術的重要突破。此外,高通憑藉其出色的效能和強大的通訊功能以及捆綁基帶的經營策略,聯發科則以其價效比高、功能強大以及打包整體方案而備受消費者和智慧手機廠商歡迎。
近年來,隨著三星Exynos的競爭力下降和麒麟晶片製程受到限制,手機SoC市場逐漸形成了高通驍龍、聯發科天璣、蘋果A系列處理器三足鼎立的局面。
高通在2024年10月釋出了新一代旗艦手機SoC驍龍8Elite,採用了臺積電第二代3nm工藝,效能大幅提升。聯發科也釋出了新一代旗艦5G智慧體AI晶片天璣9400,同樣採用了先進的3nm工藝,並在AI和遊戲效能方面表現出色。
隨著5G、人工智慧等技術的不斷發展,手機SoC的應用場景也越來越廣泛。例如,在自動駕駛和智慧輔助車輛等應用中,邊緣計算和機器學習的結合顯著提高了運營效率。同時,SoC中增強的連線功能(包括5G和Wi-Fi 6技術)可以滿足超連線世界的需求。
02
現存手機SOC主流廠商
市場研究機構Canalys釋出的2024年第二季度(4-6月)全球智慧手機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聯發科 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(收入佔比39%) ②高通(26%) ③聯發科(19%)。這也是現存的主要手機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在手機市場上具有極高的聲譽,如A16、A17 Pro等。這些SoC專為iPhone設計,集成了高效能CPU、GPU以及神經網路引擎,為iPhone提供了卓越的效能和能效。
蘋果在晶片領域的奮鬥史,最早可以追溯到1986年,此後幾經波折,最終在2007年迎來了轉機——因為這年 iPhone 誕生了。此後蘋果的賺錢速度越來越快,搞事時機逐漸成熟。
2008年,蘋果秘密收購了 P. A. Semi,該公司的 150 名天才工程師此後大部分都留在了蘋果。同年又挖來了如今依然在職的 Johny Srouji,並讓他負責領導蘋果晶片團隊。2010年一月尾,A4處理器隨初代 iPad 正式亮相。其透過魔改三星的 S5PC110(蜂鳥)處理器設計而成,並基於三星 45nm 製程工藝打造。雖然其效能在當時並不算出眾,但它是蘋果處理器發展歷程的起點,為後續的處理器研發奠定了基礎。
隨後,蘋果收購了 Intrinsity 公司,又接收了一批 100 多人的晶片人才團隊,於是下一代處理器的研發進度大幅加速。2011年三月初,A5 處理器隨 iPad2 一同問世。相較於A4,A5採用了雙核心設計,效能得到了顯著提升。隨後被用於iPhone 4S。A5處理器的出現,標誌著蘋果處理器開始走向領先。
今年蘋果秋季釋出會,蘋果釋出了A18晶片,搭載於iPhone 16和iPhone 16 Plus上。該晶片基於3納米制程工藝打造。
高通
高通公司是全球領先的無線通訊技術提供商,其驍龍系列SoC在手機市場上佔據重要地位。
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,高通為驍龍處理器引入全新命名方式和層級,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,採用先進的製程工藝和架構,提供強大的效能和能效。
2017年,高通宣佈將“驍龍處理器”更名為“驍龍移動平臺”,使其更符合兼具“硬體、軟體和服務”等多種技術的集大成者的形象,涵蓋到高通的應用處理器、射頻前端、快速充電、Wi-Fi、音訊、指紋識別等各領域的先進技術。
2021年11月,高通宣佈驍龍將成為獨立的產品品牌,並採用簡化、一致的全新命名體系,便於使用者選擇驍龍賦能的終端;驍龍移動平臺的命名體系將變為一位數字加上代際編號,與其它品類平臺的命名原則保持一致。
2024年10月22日,第四代驍龍8移動平臺在驍龍技術峰會上釋出,並且宣佈將支援 8 年安卓版本更新。驍龍8 Gen4採用高通定製的Oryon核心,放棄了Arm的公版架構方案,與此同時,驍龍8 Gen4將會整合Adreno 830 GPU。
聯發科
發科技股份有限公司(MediaTek Inc.)是全球第四大無晶圓廠半導體公司,在移動終端、智慧家庭應用、無線連線技術及物聯網產品等市場位居領先地位,一年約有 20億臺內建MediaTek晶片的終端產品在全球各地上市,其天璣系列SoC在市場上受到廣泛關注。
聯發科技於2010年7月12日正式加入由谷歌為推廣Android作業系統而發起的“開放手機聯盟”,並將打造聯發科“專屬的Android智慧型手機解決方案”。
2019年,聯發科正式推出全新5G新晶片品牌“天璣”。9000系列是天璣系列的旗艦晶片,採用先進的製程工藝和強大的CPU、GPU架構,為高階手機提供卓越的效能。
2024年10月9日,聯發科釋出天璣9400晶片。該晶片基於臺積電第二代3nm製程,採用了第二代全大核設計架構,首發Arm最新的Cortex-X925超大核CPU核心及Arm Immortalis-G925 GPU核心,將其單核效能提升35%、多核效能提升28%。
三星
三星向來有為自家裝置研發處理器的歷史,一些晶片也用在其它品牌的裝置上,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,並主要應用在智慧手機和平板電腦等移動終端上。
儘管三星在自研SoC方面投入巨大,但近年來其Exynos系列SoC在市場上的表現並不突出,甚至一度被傳出將放棄自研旗艦SoC的訊息。2024年7月,有訊息稱,三星正研發 Exynos 1580 晶片,內部代號為“Santa”,將會裝備在2025年釋出的 Galaxy A56 手機中。
近日,三星半導體悄悄在官網公佈了全新的 Exynos 1580 晶片,最大的升級是三叢集 CPU,包括一個 2.9GHz 的 Cortex-A720 核心、三個 2.6GHz 的 A720 核心和四個 1.95GHz 的小型 A520 核心。該晶片基於 4nm FinFET 工藝打造,配備了一個具備 14.7 TOPS 算力的 NPU。
華為
全球知名的通訊裝置供應商和智慧手機制造商,其麒麟系列SoC曾一度成為華為手機的標誌性配置。但由於眾所周知的原因,華為麒麟系列SoC的進展面臨一些挑戰,但其在自研SoC方面的努力和成就仍然值得肯定。
紫光展銳
展銳是紫光集團旗下的晶片旗艦,由展訊和銳迪科合併構成。報告顯示,2024年Q2紫光展銳智慧手機晶片全球市佔率達到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,也就是在非洲市場非常受歡迎的國產企業。其後是realme和聯想。目前紫光展銳主要依賴海外市場,特別和傳音合作,極大的提高了紫光展銳的出貨量。
03
soc廠商自研架構成趨勢
ARM體系結構作為一種先進的處理器體系結構,已被廣泛應用於智慧手機、平板等多種終端裝置中。目前絕大多數手機SOC採用ARM架構,但近年來,各大主流廠商也開始逐漸切換到自研架構的賽道。
自2016年以來,高通在晶片製程和價格方面不斷迭代升級,2024年的驍龍8 Gen 4更是一次飛躍。這款晶片將在臺積電的3nm工藝基礎上,搭載高通自研的Oryon CPU,預期效能有顯著提升。與聯發科天璣9400不同,驍龍8 Gen 4將徹底放棄ARM架構,全面轉向高通自研的Oryon架構。加上GPU、NPU、ISP,基帶,高通至此擁有了完整的Soc自研能力。
而華為的架構目前也有CPU、GPU、NPU、ISP和基帶五種架構。麒麟晶片本質上是使用了arm指令集的自研微架構。在麒麟9000s橫空出世前,麒麟晶片主要採用Arm的CPU/GPU核。隨著ARM不再授權最新的晶片架構,華為也開始自研架構。
此外,聯發科釋出的天璣9400採用了黑鷹架構設計,並深度參與其中。
自研架構的優勢在於可更好地進行軟硬體的深度最佳化,以滿足市場對效能和效率的更高要求。使用自研架構能夠讓廠商擁有更大的設計靈活性和架構創新空間。相比ARM的公版架構,廠商可以針對自身的需求進行更精細的定製和最佳化。尤其是在大規模AI處理、多工併發、節能等關鍵領域,擁有自主架構將使高通能夠做出更多創新嘗試。
另一方面,隨著AIPC概念的火熱,手機晶片廠商逐漸推出AIPC晶片。透過自研架構,廠商能提供更具針對性的最佳化,從而在PC領域獲得更強的競爭力。