SoC的全称叫做:System on a Chip,中文的的意思就是“把系统都做在一个芯片上”,如果在PC时代我们说一个电脑的核心是CPU,那么在智能终端时代,手机的核心就是这个SoC。
提起手机端SoC厂商,各位会先想起谁?Intel(Atom系列)、AMD(Imageon系列)、苹果(A系列)、三星(Exynos系列)、高通(骁龙系列)、联发科(天玑系列)、华为海思(麒麟系列)、德州仪器、Nvidia、紫光展锐(虎贲系列)等等。
有些厂商现在已经逐渐消失在了我们的视野中,他们是如何消失的?还有一些厂商独占市场,他们又是如何崛起的呢?
Intel 坎坷的SoC之路
Intel大名鼎鼎,在CPU界无人不知无人不晓,然而在当前主流的手机SoC市场上却是远远落后日本的ARM公司呢?Intel以前也设计过 ARM 芯片。Intel曾经收购 StrongARM,开发了自家 ARM 架构的 XScale 芯片。如果Intel沿着这条路走下去,凭借Intel在行业内*的影响力和工艺,现在移动芯片的老大绝对不是高通,而肯定是Intel。
然而故事就要从2006年开始说起 2006年Intel为了反击AMD的64位处理器,大刀阔斧的进行了重整改革,出售了当时无盈利能力的XScale手机处理器业务,在当时来说Intel的举措是有效的,到2012年Intel年利润110美元,重回SoC霸主地位,此时的intel正值巅峰地位,PC端市场也进入了黄金时代。就因为PC端市场的繁荣发展 使得赚钱赚到手软的intel忽略了移动领域的迅猛发展,直至2012年Intel才推出二代Atom Z24XX系列处理器,然而由于Atom无法整合基带与x86架构功耗高的一系列问题,导致市面上从未有一款搭载Intel处理器的手机面市。2016年,Intel宣布放弃 Broxton和SoFIA两条SoC产品线,IntelCEOBrianKrzanich 直接在其官方博客中向所有人宣布,Intel将布局5G,寄希望在5G SoC,实现手机端SoC赛道 弯道超车。但是 2019年华为5G SoC的异军突起与高通与联发科等厂商的跟进,而Intel 在2020年面世的 Atom P5900 5G SoC,只有基站设备版 。使得我们不得不猜测,intel已经彻底放弃了手机端SoC的市场,转向了智能设备基础服务。
总结:船大不好掉头
AMD 一失足成千古恨,追悔莫及
对比于因为赚钱而忽略移动端市场的 Intel ,AMD当年独辟蹊径,在2006年斥巨资收购了当时世界著名的显示芯片生产商ATI,随即在2008年推出了自家的手机SoC——ATI Imageon(后改名为AMD Imageon),可见当时的AMD已经看到了智能手机等掌上设备的未来潜力。
时间到了2009年,当时的intel因改革而重新崛起,NVIDIA的的步步紧逼。AMD PC端市场占用率急剧下降。之前巨资收购ATI也导致AMD资金紧张,AMD股价对比2006年下滑了近80%。为了缓解资金问题。2009年 AMD以6500万美元的价格向高通公司出售了imageon。从此AMD在手机SoC市场销声匿迹。
2019年,AMD对外公布了RDNA架构白皮书:在白皮书中,AMD写道RDNA架构将会涵盖笔记本、智能手机和超算。涵盖笔记本和超算属于意料之中,并不意外,但涵盖智能手机却是意料之外的事情,这意味着AMD可能会重返手机GPU市场。当然,AMD并没有明确会返回智能手机GPU市场,不过考虑到目前智能手机市场的体量,恐怕AMD也不会放弃这块蛋糕。不过AMD何时会推出这样一款面向智能手机的GPU,恐怕不会在短期是实现。综合此前三星的规划,估计会在2021年以后。
总结:为了生存,忍痛放弃
苹果A系列 SoC的鲶鱼
对于苹果公司,大家会想到什么?流畅的系统?完善的生态圈?我感觉大家应该首先想到互联网科技史上短时间内无法跨过的巨人:乔布斯
让信息革命直观而有趣;改变了我们的生活、重新定义了整个行业。这是时任美国总统奥巴马给乔布斯的悼文,也是较为公允的评价了其一生的事业。
而乔布斯对于苹果的功绩不单单是技术软件方面,其在硬件方面也超出常人的前瞻性。在乔布斯重新回归苹果公司时开始就确立了其完善生态圈的发展方向与方式,与中小公司合作->庞大的订单包揽生产能力->使其根据订单需求适配自家产品硬件->与合作公司解约/排挤合作方的竞品公司->收购合作公司/收购竞品公司->完善苹果公司生态圈。在苹果A SoC的合作/收购案例中,最精彩的莫过于收购P.A.Semi,之后制作了真正意义上苹果的SoC A5.
2003年 P.A.Semi 由当时CPU设计界中的风云人物,曾负责Alpha服务器芯片和StrongARM手持机芯片开发的Dan Dobberpuhl一手创立,初期推出了基于Power架构的微处理器计划,主打低能耗cpu,并与苹果公司合作,在个人电脑领域发展。而后苹果最终决定将处理器转换到英特尔平台上来,也停止了与 P.A. Semi 的谈判。使其进入了三年的低迷期。
2008年在移动便携设备方面的前景使得苹果对高效能低功耗处理器的需求增大,苹果再次看到了 P.A. Semi 团队的价值(主打低能耗的完善的芯片设计能力),但问题是,在过去几年中 P.A. Semi 公司从风险资本那里获得的资金几乎已经耗尽,已经无法独立完成新芯片的设计。唯一的办法就是,苹果拿钱来偿付给 P.A. Semi 公司的其他投资者,购买全部股份,完全收购 P.A. Semi。
2010年,苹果公司推出第一款自家SoC A4处理器。并搭载在iPad,iPhone 4,ipod touch4三款主流移动设备上,自此苹果A系列处理器进入了苹果公司生态圈中的一员,并依托于苹果公司的生态圈。自主开发的cpu设计框架,到A6处理器时代,苹果基本已经开始尝试自己的CPU设计,只保留ARM的核心指令集。直到A7处理器,CPU部分已经换为了苹果公司自行研制的ARMv8双核处理器,拥有了自己的框架结构。高通则是17年才开始使用自主框架开发骁龙835处理器,华为则完全基于公版框架开发自己的芯片产品,性能结果自然是一目了然。此外芯片性能的另外一个重要体现点,GPU上苹果也是每年用料堆积最狠的厂商,这也使A系列芯片的GPU功能往往领先其他产品一年。
2010年到2020年,A4-A13,每一代A系列处理器都比往代有了一定的提升。这不仅是苹果公司自身的进步,同时影响了其他SoC公司的发展,推动了整个移动处理器行业的进步。
总结:苹果的成功在于乔布斯与完善的生态圈
三星Exynos 强悍的产品产业链
说起三星芯片的凶悍,可能很多人不知道,2017年三星一度超越英特尔成为了全球最大的芯片供应商。而且三星目前是仅次于台积电的世界第二大晶圆代工厂,这意味着三星电子拥有从芯片设计到生产到手机终端的完整产业链。有核心技术就能做好卖好手机吗?是的,手机行业就是产品为王。
2000年,三星的第一款实用的移动处理器诞生,那时候还没有“Exynos”的商标名称,处理器都是以字母+数字的原始命名:S3C44B0使用的还是250nm制程,运行频率只有66MHz,也没有集成图形加速器。但是,作为三星的“处女作”,它有两个值得关注的特点:一是选取了ARM指令集和硬件架构作为今后的开发方向,二是重视和市场的实际需求结合,初代产品就有厂商采用并成功出货、上市。
2010年,为了制造出当时最强的Android智能手机,三星推出了S5PC110主控,并赋予了它一个商品名“蜂鸟”以形容它又轻又快的特点。S5PC110也确实没有让大家失望,它有着当时极为先进的45nm制程、高达1.2GHz的频率、相当于竞争对手200%还多的3D游戏性能、还可以硬解码1080P视频……而搭载它的Galaxy S更是创造了销量神话,其其在全球共有28个不同的运营商定制型号(这还不包括后期的各种派生机型),可以说一举奠定了三星在Android设备阵营的领军地位。
2011年,三星正式推出Exynos Dual 4210芯片和对应的新旗舰手机Galaxy SII,同时也将“蜂鸟”改名为Exynos3 Single 3110,这正是之后Exynos家族的开端。再之后的剧情大家就十分清楚了:四核心的Exynos4 Quad 4412/4415,业界第一个A15大核心主控Exynos5 Dual 5250,知名的“双四核”主控Exynos5 Octa 5410,终于八核心可以全开的Exynos5 Octa 5420,生涯短暂但是技术出色的20nm制程首作Exynos5 Octa 5430
三星向来有为自家设备研发处理器的历史,一些芯片也用在其它品牌的设备上,例如苹果前三代iPhone(iPhone全系列拆解分析)。在2011年2月,三星正式将自家处理器品牌命名为Exynos。经常看到Exynos和猎户座这两个名词被放在一起讲。实际上该系列芯片的开发代号为Orion,中文就是猎户座的意思。而Exynos是其正式代号,由两个希腊语单词组合而来:Exypnos和Prasinos,分别代表“智能”与“环保”之意。
2015年为了对付高通公司的“环蛇”架构,三星新品取名“猫鼬”。作为“环蛇”的天敌,
2016年第一季度,三星发布了Exynos8 Octa 8890主控,它有一个非常重大的意义在于——这是三星第一款拥有自研架构的ARM芯片。
2017年,三星猎户座 8895 也用上“猫鼬” M2 大核。采用定制架构,芯片企业可以对处理器的功耗、性能进行深层的优化,骁龙 820 推出时,高频版单核性能高达 2450,离当时苹果旗舰处理器 A9 2500 分仅一步之遥。
2019年 三星解散猫鼬研发部门,“猫鼬”大核+公版小核的设计,没能让三星与高通、华为海思同级别产品拉开实质上的差距,高通骁龙 855 甚至拉大了与猎户座 9820 的性能差距。同时,相比同级别的 ARM 公版架构,三星的猫鼬芯片,在功耗上也远远落后。“猫鼬”架构实力如此平庸,三星放弃也不意外,某种程度上,三星此举算不上“自废武功”,而是“刮骨疗毒”的自救之路。
当然,从目前三星只在旗舰上使用自研架构,而且也仅限大核心来看,其架构设计能力客观地说和高通、NVIDIA等还是有一定差距的,猫鼬的失败就能看出来。不过既然已经有了两年的积累,未来实现全自研也绝非不可能——甚至于中低端的主控、用于智能穿戴和物联网低功耗设备上的SoC也说不定可以从中受益。当然——最终得利的自然还是消费者。
总结:短暂的阵痛不会影响强大的自身
高通骁龙系列 由CDMA崛起的王者
提到高通,相信行业中每个人都知道。因为这个来自美国的Fabless(无晶圆厂)不但为智能手机等设备提供了强悍的“大脑”——骁龙系列芯片;还用独特的专利授权模式帮助全球厂商方便、快捷地打造出能接入高速网络的高性能产品;而他是如何崛起的呢?
说高通的崛起,那就绕不过CDMA(Code Division Multiple Access---码分多址)。因为从某种程度看,高通正是在这个技术的“帮助”下,才有今天在通信世界的地位。当然,也是在高通的推动下,这个溯源于好莱坞影星海蒂·拉玛拥有专利的码分多址技术,才从默默无名走向了国际标准,并成为后面的3G、4G通信的关键支柱。
1988年,高通发布了基于OminiTRACS卫星的数据通讯系统,来确保卡车公司能够追踪和监控自己的车队。但是,真正确立了高通发展方向的是他们在1989年向50家无线产业领导者所进行的CDMA展示
1993年,高通得以通过CDMA来展示自己的数据服务,这也为更好的移动网络连接扫清了道路。美国电信工业协会采纳了CDMA这种蜂窝网络标准,高通也很快开始向合作伙伴们供应网络基础设施和芯片,并对自己的技术进行授权。到了1999年,国际电信联盟把CDMA选作是3G(第三代无线网络)背后的技术。
1998年,世界首款CDMA智能手机降生,那就是高通和Palm联合开发的pdQ。这款设备基本上就是将Palm Pilot和手机整合在了一起,它不仅块头很大,同时价格不菲。但具备互联网功能的手机就此开始崛起。
高通非常善于设计、制作和销售集成芯片,他们同时也会为手机和无线网络提供软件服务。广博的研究让高通积累了大量的专利,他们也从其他公司那里获取到了更多--高通不断的购买专利。
2000年,高通在自己的多媒体CDMA芯片和系统软件当中集成了GPS,这也就把GPS和互联网、MP3和蓝牙功能结合在了一起。在随后的几年里,高通的芯片又获得了更多的能力,包括大幅增长的处理性能和改良的电源管理。这也确保了他们在2007年成为世界领先的移动芯片提供商。
2007年年末推出了骁龙芯片平台。该系列芯片也把手机的功能、性能和节能性带到了新的水平。