智能型手機(jī)處理芯片性能大幅提升

    芯片制造商無疑Qualcomm是智能型手機(jī)崛起大趨勢的重要推手，2012年將問世的Snapdragon S4系列芯片更將再次改變外界對高階手機(jī)芯片性能的認(rèn)知。想要了解Qualcomm智能型手機(jī)芯片戰(zhàn)略徹底分析？

    歷經(jīng)過去幾年的高速發(fā)展，智能型手機(jī)已成為隨處可見的消費(fèi)性電子產(chǎn)品，而且未來數(shù)年還將延續(xù)快速普及的大趨勢。根據(jù)市場顧問公司Strategy Analytics的預(yù)估，2011年至2015年全球智能型手機(jī)累計(jì)銷量將達(dá)到40億臺；2011年第三季中國大陸地區(qū)智能型手機(jī)出貨量較上一季成長58%，達(dá)到2400萬臺，也讓中國正式成為全球第一大智慧手機(jī)單一市場。芯片制造商無疑Qualcomm是智能型手機(jī)崛起大趨勢的重要推手，2012年將問世的Snapdragon S4系列芯片更將再次改變外界對高階手機(jī)芯片性能的認(rèn)知。想要了解Qualcomm智能型手機(jī)芯片戰(zhàn)略徹底分析？請看手機(jī)王網(wǎng)站分析報導(dǎo)。

    ▲隨著消費(fèi)者對智能型手機(jī)性能的要求越來越高，2012年Snapdragon系列芯片組將成為市場上主流產(chǎn)品的首選。

    智能型手機(jī)及平板計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，也讓相關(guān)硬件廠商嗅到龐大商機(jī)；在所有零組件之中、CPU（Central Processing Unit，中央處理器）無論對于計(jì)算機(jī)、還是智慧手機(jī)都是關(guān)鍵所在，其運(yùn)算頻率、架構(gòu)特性和核心都決定其其性能的高低。與PC桌上型計(jì)算機(jī)不同的是，智能型手機(jī)的應(yīng)用處理器芯片都是稱為“SoC”系統(tǒng)整合芯片，芯片內(nèi)包括了處理通用運(yùn)算CPU、處理圖形顯示的GPU以及存儲器控制器（memory controller）等模塊，更高階的SoC芯片還整合信號譯碼芯片、GPS芯片等。目前市場上的主流產(chǎn)品如“Apple A5”、“TI OMAP 4”、“NVIDIA Tegra 2”或“Qualcomm Snapdragon Scorpion”都是SoC系統(tǒng)整合芯片。

    ▲得益于重要客戶如HTC、SAMSUNG、LG產(chǎn)品出貨快速成長，Qualcomm在2011年獲得了巨幅成長、旗下MSM系列芯片出貨量達(dá)到了創(chuàng)記錄的4.83億片。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）

    由于在運(yùn)算性能及低功耗要求上取得平衡，目前市場上多數(shù)智能型手機(jī)都采用由ARM授權(quán)生產(chǎn)的RISC架構(gòu)處理芯片，各家芯片廠商也冠上了不同的款式名稱，但可從芯片架構(gòu)上來區(qū)分其性能高低。從2008年開始，ARM開始授權(quán)設(shè)計(jì)更具有彈性的Cortex AX系列架構(gòu)，與采用ARMv6指令集的ARM 7（目前多用于白牌手機(jī)芯片）、ARM 9、ARM 11（目前僅存在于入門級智能型手機(jī)芯片）系列相比，采用ARMv7指令集的Cortex A8系列運(yùn)算性能大幅提升3倍、對比過Apple iPhone 3G和iPhone 3GS性能的使用者應(yīng)該深有感觸。而Cortex A9架構(gòu)更促成了雙核處理器芯片的誕生，智能型手機(jī)的功能也進(jìn)一步增加。

    ▲與 PC 桌上型計(jì)算機(jī)不同的是，智能型手機(jī)的應(yīng)用處理器芯片都是稱為“SoC”系統(tǒng)整合芯片。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）

Qualcomm提供智能型手機(jī)完整設(shè)計(jì)解決方案

    要討論智能型手機(jī)芯片廠商，就不能不提到在2011年巨幅成長、旗下MSM系列芯片出貨量達(dá)到了創(chuàng)記錄的4.83億片的全球通信芯片市場的領(lǐng)導(dǎo)廠商Qualcomm！1985年由7位有識之士在Irwin Jacobs博士于美國圣地亞哥的家中創(chuàng)立的。Qualcomm英文名稱為“Quality Communications”的縮寫，清楚說明了公司創(chuàng)辦人希望讓高質(zhì)量的通訊科技，能成為推送整個社會發(fā)展的動力。身為全球最早致力現(xiàn)代無線通信商用和產(chǎn)業(yè)化的廠商，Qualcomm推出 CDMA商用無線通信系統(tǒng)、并開創(chuàng)性的解決了一系列從理論模型建立到電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、最后到無線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署的幾乎所有關(guān)鍵工程難題，并由此形成龐大的專利保護(hù)壁壘。目前的 UMTS / CDMA / TD-SCDMA通信格式幾乎很難完全繞過Qualcomm的專利，早期GSM規(guī)格專利結(jié)構(gòu)，以主要專利持有人之間的低成本、或免費(fèi)交叉許可為基礎(chǔ)，這種結(jié)構(gòu)使少數(shù)幾家通信巨頭壟斷市場，并阻礙了新廠商的加入，進(jìn)而減少消費(fèi)者的選擇。而Qualcomm在 CDMA2000和WCDMA規(guī)格的通信市場上，推動低于手機(jī)批發(fā)價格5%的專利費(fèi)，幫助超過135家授權(quán)廠商打入行動通信市場，可說是全球邁入3G通信時代的重要推手。

    ▲由于在TDMA / CDMA / OFDM / MIMO所有領(lǐng)域的基頻接收、以及抗干擾算法方面顯著領(lǐng)先其他競爭對手，Qualcomm與絕大多數(shù)手機(jī)品牌都有業(yè)務(wù)合作關(guān)系、這連帶增加了捆綁銷售智能型手機(jī)完整解決方案的可能性。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）

    與TI德州儀器及Intel Marvell相比，Qualcomm還算是RISC架構(gòu)處理芯片的后進(jìn)者。德州儀器（TexasI nstruments）很早就開始供應(yīng)包括NOKIA、MOTO、HTC品牌智能型手機(jī)所需的處理器芯片，從一開始運(yùn)算速度為132 MHz的OMAP 710到如今雙核心OMAP 4 系列芯片。德州儀器的產(chǎn)品能兼容包括Linux、Windows CE、Palm、Symbian S60、Windows Mobile 在內(nèi)的各種作業(yè)系統(tǒng)。過去Intel擁有的手機(jī)芯片部門XScale也曾推出以高性能為特色的 RISC架構(gòu)芯片，著名的PXA 270芯片更大量用于包括Palm 650在內(nèi)的智能型手機(jī)。但是在智能型手機(jī)市場前景一片大好的時候，Intel卻出人意料的將Xscale 高價賣給了Marvell、也斷送了繼續(xù)在ARM架構(gòu)芯片市場存在的后路。

    ▲除了在Android作業(yè)系統(tǒng)陣營大受歡迎之外，Qualcomm的解決方案目前也是Windows Phone作業(yè)系統(tǒng)陣營內(nèi)的主流。（圖片來源：Qualcomm官方資料）

    過去Qualcomm在智能型手機(jī)處理芯片的名聲不若TI或Intel那么響亮，但由于在TDMA / CDMA / OFDM / MIMO所有領(lǐng)域的基頻接收、以及抗干擾算法方面顯著領(lǐng)先其他競爭對手，Qualcomm與絕大多數(shù)手機(jī)品牌都有業(yè)務(wù)合作關(guān)系、這連帶增加了捆綁銷售智能型手機(jī)完整解決方案的可能性。由于產(chǎn)品涵蓋入門、中階及高階市場并同時支持Android作業(yè)系統(tǒng)與 Windows Phone作業(yè)系統(tǒng)，加上重要客戶如HTC、SAMSUNG、LG產(chǎn)品出貨快速成長，Qualcomm在2011年獲得了巨幅成長、旗下MSM系列芯片出貨量達(dá)到了創(chuàng)記錄的4.83億片，旗艦產(chǎn)品Snapdragon處理器更是憑借高處理性能及出色的圖形處理能力，成為 Android 作業(yè)系統(tǒng)和Windows Phone作業(yè)系統(tǒng)陣營中最受歡迎的智能型手機(jī)處理芯片：目前有超過 300款已發(fā)布的智能型手持裝置選擇使用Snapdragon平臺，還有350款新產(chǎn)品正在設(shè)計(jì)中、超過30家合作伙伴共推出超過225款采用Snapdragon處理芯片的Android作業(yè)系統(tǒng)智能型手機(jī)。

    ▲智能型手機(jī)處理芯片性能在過去幾年大幅成長，這也是智能型手機(jī)普及的背后動力之一。

    簡化產(chǎn)品命名有利于消費(fèi)者識別

    隨著消費(fèi)者對智能型手機(jī)性能的要求越來越高，2012年Snapdragon系列芯片組將成為市場上主流產(chǎn)品的首選，Qualcomm也決定更改芯片命名方式讓消費(fèi)者更容易識別。未來Snapdragon處理芯片將分為4種等級：System 1（S1）、System 2（S2）、System 3（S3）與System 4（S3）。Snapdragon S1系列芯片組強(qiáng)調(diào)性能與電池壽命的平衡性，處理芯片內(nèi)整合運(yùn)算速度達(dá)1GHz的CPU與Adreno 200圖形顯示芯片。Snapdragon S2系列芯片定位給高效能智能型手機(jī)與平板計(jì)算機(jī)產(chǎn)品使用，處理芯片內(nèi)含市場上運(yùn)算速度最高的單核行CPU Scorpion（運(yùn)算速度可達(dá) 1.4GHz）以及Adreno 205圖形顯示芯片。Snapdragon S3系列芯片定位于強(qiáng)調(diào)多工與游戲表現(xiàn)的中高階手持裝置，處理芯片擁有高于S2系列兩倍與高于S1系列4倍的圖形顯示效能、并含有運(yùn)算速度高達(dá)1.5GHz的雙核Scorpion處理器。

    ▲目前已確定率先換用Krait新核心架構(gòu)的SoC芯片為雙核1.5GHz（最高極限頻率可達(dá) 1.7 至 2.0 GHz）處理芯片MSM8960。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）

    剛于2011年11月發(fā)表的Snapdragon S4系列芯片涵蓋雙核與4核應(yīng)用處理器兩種設(shè)計(jì)方案，該系列基于Qualcomm自行研發(fā)、有別于ARM標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的“Krait”架構(gòu)與28nm制程工藝。根據(jù)Qualcomm官方文件數(shù)據(jù)，“Krait”架構(gòu)處理芯片的DMIPS / MHz性能參數(shù)為3.3，對比相同運(yùn)算頻率的Cortex A9架構(gòu)競爭對手快了約30%，運(yùn)行相同任務(wù)時“Krait”架構(gòu)的功耗也較低（265mW），而上一代Scorpion架構(gòu)的功耗為432mW。若再考慮更高的運(yùn)算頻率及四核心架構(gòu)設(shè)計(jì)，Qualcomm對Snapdragon S4性能的承諾（可比上一代產(chǎn)品減少65% 耗電量，以提升電池續(xù)航力，并同時提升150% 運(yùn)算效能）并非沒有根據(jù)，目前已確定率先換用“Krait”新核心架構(gòu)的SoC芯片為雙核1.5GHz（最高極限頻率可達(dá)1.7至2.0GHz）處理芯片MSM8960，外界對即將問世的新產(chǎn)品線非常期待。

    ▲Qualcomm的產(chǎn)品線覆蓋完整的市場級距，未來更全力支持4G通信規(guī)格。（圖片來源：brightsideofnews.com）

智能手機(jī)芯片圖形顯示功能更上一層樓

    圖形顯示功能更上一層樓

    影響智能型手機(jī)整體使用體驗(yàn)的，并非只有處理芯片內(nèi)的CPU Central Processing Unit中央處理器），負(fù)責(zé)3D與平面圖形處理的GPU（Central Processing Unit 圖形處理器）也非常重要！前面提到SoC系統(tǒng)整合芯片內(nèi)，已包含CPU與GPU在內(nèi)的各種控制模塊，因此如何搭配成為影響智能型手機(jī)游戲性能的關(guān)鍵。最好的例子就是HTC Hero使用的MSM7200處理芯片，雖然運(yùn)算頻率可達(dá)528MHz，但由于芯片內(nèi)GPU采用2005年的技術(shù)（ATI Imageon 2300），因此其3D圖形性能表現(xiàn)一般。而后繼機(jī)種HTC Legend使用的MSM7227處理芯片雖然僅將運(yùn)算頻率提升至600 MHz，但芯片內(nèi)的GPU換用全新設(shè)計(jì)的Adreno200內(nèi)核、因此其3D圖形與游戲效果大幅提升。

    目前在智能型手機(jī)領(lǐng)域最常見的GPU，不外乎Adreno和PowerVR SGX兩大系列，其中 Adreno系列是在Qualcomm 收購AMD手機(jī)圖形芯片部門ATI Imageon之后，加速整合進(jìn)入該廠SoC 芯片產(chǎn)品內(nèi)，而研發(fā)PowerVR SGX系列的Imagination Technologies公司則采用開放授權(quán)模式，因此得到了包括Apple、SAMSUNG、TI 甚至MTK聯(lián)發(fā)科等IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的大力支持。在性能對比上，過去PowerVR SGX系列更強(qiáng)調(diào)圖形填充率、而Adreno系列更偏重于多邊形生成率，所以Adreno內(nèi)核更適合用在影像動態(tài)模型更復(fù)雜的游戲中，但是在高分辨率熒幕及色彩絢麗的游戲畫面下則稍顯吃力。最重要的是由于Apple及iOS軟件開發(fā)工具對PowerVR SGX系列的大力支持（至今每一代 iPhone 皆采用該系列圖形處理內(nèi)核），所以大多數(shù)手機(jī)游戲都針對PowerVR SGX內(nèi)核進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，而Android平臺的游戲又大多移植自iOS平臺，所以才會有使用者反應(yīng)采用PowerVR SGX 內(nèi)核的SAMSUNG 智能型手機(jī)其游戲效果優(yōu)于 HTC 同等級產(chǎn)品（采用Qualcomm 處理芯片及 Adreno 內(nèi)核），處理芯片運(yùn)算頻率只有550MHz的MOTO Droid（采用TI OMAP處理芯片及PowerVR SGX 內(nèi)核）運(yùn)行游戲的速度卻與HTC Desire不相上下等現(xiàn)象。

    ▲得益于在各領(lǐng)域強(qiáng)大的硬件性能，目前已有超過300款已發(fā)布的智能型手持裝置選擇使用 Snapdragon平臺。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）

    針對過去外界對Qualcomm處理芯片頗為詬病的“圖形顯示芯片性能較差，導(dǎo)致游戲性能不及對手”劣勢，Qualcomm也積極迎頭趕上。Snapdragon S4 系列芯片首款產(chǎn)品：換用Krait 新核心架構(gòu)的處理芯片MSM 8960將整合最新一代Adreno 225圖形處理內(nèi)核。根據(jù) Qualcomm官方文件數(shù)據(jù)，Adreno 225芯片的性能相當(dāng)于Adreno 205的兩倍，其圖形處理能力應(yīng)與Apple iPad 2采用的PowerVR SGX543MP2圖形處理內(nèi)核相當(dāng)，不但運(yùn)算頻率提升到 400MHz、來自于臺積電的28納米等級晶圓制程工藝更有效提升了節(jié)能效果。目前所有 Adreno 2XX系列的圖形顯示核心均采用DirectX 9.0 格式，Qualcomm表示未來將在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)推出擁有專利、支持 DirectX 11（D3D11）的圖形核心，屆時Adreno 225內(nèi)核的3D圖形顯示性能又將更上一層樓。

    隨著硬件性能的不斷提升，越來越多軟件廠商也開始針對Adreno內(nèi)核進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)。由于 60% 以上的智能型手機(jī)用戶經(jīng)常在手機(jī)上玩游戲，Qualcomm也與包括Electronic Arts Inc.、Gameloft Inc.、Glu Mobile Inc. 在內(nèi)的眾多主流智能型手機(jī)游戲公司緊密合作以帶來更好的游戲體驗(yàn)。2011年6月問世的GamePack是專門提供給Snapdragon處理器的用戶下載的精選游戲名單，包括Tripwire Interactive公司出品的《狂暴天球》（The Ball）、NAMCO BANDAI Games 出品的經(jīng)典游戲《小蜜蜂》（GALAGA）30 周年特別版等大作都在名單之中，使用者還可藉由Snapdragon Game Command應(yīng)用軟件更方便下載所喜愛的游戲。

▲2011 年6月問世的GamePack是專門提供給Snapdragon處理器的用戶下載的精選游戲名單，目前已經(jīng)包括許多聞名的游戲大作。（圖片來源：Qualcomm 官網(wǎng)）

    不僅是中高階智能型手機(jī)所使用的處理器，Qualcomm也在潛力不可小覷的入門級智能型手機(jī)所使用的處理器市場努力耕耘，市場調(diào)查機(jī)構(gòu)預(yù)估2009年至2014年之間，中階及入門級智能型手機(jī)的年出貨量將增加9倍之多，而這些產(chǎn)品大多選擇使用著名的Qualcomm MSM 722X系列芯片，明年Qualcomm與臺灣廠商MTK聯(lián)發(fā)科將在入門級智能型手機(jī)用處理器市場展開激烈競爭，筆者也將在日后專門撰文進(jìn)行仔細(xì)分析。

▲不僅是中高階智能型手機(jī)所使用的處理器，Qualcomm也在潛力不可小覷的入門級智能型手機(jī)所使用的處理器市場努力耕耘，包括推出主打輕省應(yīng)用的Brew作業(yè)系統(tǒng)。（圖片來源：Qualcomm 官方資料）