手機(jī)芯片發(fā)展現(xiàn)況及發(fā)展趨勢(shì)展望

王汶庚

摘要：手機(jī)行業(yè)在飛速發(fā)展的信息科學(xué)技術(shù)推動(dòng)下正經(jīng)歷著一場(chǎng)驚天動(dòng)地的變革。4G遍布日常生活的各個(gè)角落，5G也緊隨其后。這將對(duì)全球手機(jī)智能芯片行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局會(huì)產(chǎn)生影響。芯片屬于手機(jī)的重要核心部件，是手機(jī)展現(xiàn)多種功能的硬件保證。因此，本文深入論述了手機(jī)芯片的發(fā)展進(jìn)程，并探討了手機(jī)芯片未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：手機(jī)芯片;發(fā)展進(jìn)程;發(fā)展前景

電子芯片是指內(nèi)部帶有新型半導(dǎo)體器件的一種小型硅片，具有體積小巧、壽命超長(zhǎng)、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。手機(jī)芯片是電子芯片的一個(gè)重要構(gòu)成部分，是內(nèi)部核心零件之一。因?yàn)槭謾C(jī)上的所有功能大多都是依靠芯片來完成的。如果手機(jī)沒有芯片，就像是人體失去了大腦和心臟。另外相關(guān)主要參數(shù)就好比醫(yī)療器械給病人打印的檢驗(yàn)單上的數(shù)據(jù)，可以清楚明了地反映手機(jī)整體的情況，若手機(jī)發(fā)展想大步向前必須先從芯片入手。本文詳細(xì)介紹了手機(jī)芯片的各個(gè)關(guān)鍵組成部分，并結(jié)合電子微電路發(fā)展現(xiàn)況探討了其未來發(fā)展前景。

一、芯片發(fā)展現(xiàn)狀

移動(dòng)芯片可以說是微型電子器件的絕佳應(yīng)用領(lǐng)域，有著非常良好的發(fā)展前景。從通信芯片來講，近幾年來增長(zhǎng)趨勢(shì)日益明顯，截至到2013年中，其數(shù)量就突破了11億片。而隨著長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)商業(yè)用途層面的發(fā)展，長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)就是我們常說的LTE俗稱3.9G。多網(wǎng)并行的情形使得能夠支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)頻段并能夠支持多種通訊模式漸漸變?yōu)橥ㄐ判酒l(fā)展的主要前提條件，高通公司曾是此行業(yè)的領(lǐng)航人，它早在2012 年就推出了涵蓋所有移動(dòng)通信模式的基帶芯片，與此同時(shí)對(duì)多模多頻的研究更是用心，所以具備了其他許多芯片生產(chǎn)廠家所不具備的優(yōu)勢(shì)。2014年對(duì)中國(guó)臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技股份有限公司來說是不平凡的一年，它官方發(fā)布了真八核處理器。它的名字叫作MT6595，名字響徹云霄，因?yàn)樗侨虻谝豢钫嬲饬x上做到支持4G LTE的處理器。華為公司之所以作為國(guó)內(nèi)研發(fā)芯片界實(shí)力最強(qiáng)的企業(yè)，是因?yàn)樽寚?guó)人用上了完完全全真正屬于自己的芯片?！镑梓胄尽币辉~紅遍大江南北，同時(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，刷新了理論下載和上傳速率的歷史新高。如今應(yīng)用處理芯片也是十分火熱，可謂多家必爭(zhēng)之物。應(yīng)用處理芯片也開始分為了兩種不同的升級(jí)模式：一種是進(jìn)一步提高多核復(fù)用的程度，多核處理器采用劃分任務(wù)的戰(zhàn)略，由于工作時(shí)利用的執(zhí)行內(nèi)核數(shù)量較多，所以在短時(shí)間內(nèi)可以完成更多的任務(wù)。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(gè)核的運(yùn)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(gòu)芯片。如今這兩種升級(jí)模式都已經(jīng)得到了諸多廠家的支持，但是從現(xiàn)實(shí)生活中的用戶體驗(yàn)以及X86架構(gòu)發(fā)展的實(shí)際狀況來說，后者所帶來的實(shí)際效果更讓使用者滿意。無論是八核共同調(diào)度或者64位架構(gòu)應(yīng)用處理芯片，都要獲得API接口和上層操作系統(tǒng)的支持，這將大大提高設(shè)計(jì)難度。

二、手機(jī)芯片主要組成部分分析

1.高端操作系統(tǒng)與軟件處理器（AP）

到目前為止，市場(chǎng)上主流的AP芯片主要是由CPU與GPU兩部分構(gòu)成。CPU一般是針對(duì)軟件指令來執(zhí)行所需要的操作，運(yùn)行和使用者交互相關(guān)的軟件應(yīng)用，CPU實(shí)際性能高低會(huì)直接影響應(yīng)用軟件的執(zhí)行效率和運(yùn)行速度;GPU主要是對(duì)圖形圖像進(jìn)行加工處理，將加工之后的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在屏幕上，GPU的性能在很大程度上影響了使用者體驗(yàn)游戲或者播放視頻時(shí)的速度與質(zhì)量。

2.中央處理單元（CPU）

CPU于整個(gè)手機(jī)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(fù)責(zé)全部運(yùn)算處理還是整體的調(diào)控中心。內(nèi)核數(shù)量、架構(gòu)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(qiáng)“大腦”來提升運(yùn)行速度，與此同時(shí)還可以提高同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)級(jí)別越高則相應(yīng)性能越強(qiáng)。手機(jī)主頻決定了手機(jī)的計(jì)算處理速度，因?yàn)橹黝l參數(shù)和運(yùn)行速度呈正比關(guān)系，但相對(duì)主頻越高的手機(jī)，其耗電量也就越大。當(dāng)今大部分智能手機(jī)都是Cortex-A53 架構(gòu)。因?yàn)樗蔷C合性能最高的架構(gòu)，而Cortex-A57 的性能相比其更勝一籌，性能之所以強(qiáng)大是因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)理念更為復(fù)雜繁瑣且創(chuàng)造過程較為緩慢而且發(fā)熱嚴(yán)重問題有待解決。從2016年就開始被 Cortex-A72 所取代，此兩種架構(gòu)一般是應(yīng)用在高清影像處理這類需求較大的電子設(shè)備中，通?？梢耘cA53內(nèi)核一起組成大小混合架構(gòu)。如今絕大部分CPU需要進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器授權(quán)，授權(quán)一般有兩種途徑：一種是 ARM 公司把 CPU設(shè)計(jì)源代碼以及使用授權(quán)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(shè)計(jì)的產(chǎn)物。加以利用進(jìn)而使得自己產(chǎn)品提前上市。

2.3 多媒體或繪圖處理器的手機(jī)核心芯片（GPU）

GPU即是圖形處理器，一般負(fù)責(zé)圖形圖像的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理。大部分手機(jī)的 GPU 提供商一般都是ARM、Imagination、高通以及英偉達(dá)公司。Imagination生產(chǎn)的 Power VR GPU 屬于明星級(jí)高端產(chǎn)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(jī)和iPad平板電腦。高通公司生產(chǎn)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(dá)公司屬于 PC 時(shí)代下獨(dú)占鰲頭的霸主，依靠其自身多年的豐富制作經(jīng)驗(yàn)，在研究發(fā)展方面取得了令人可望不可及的佳績(jī)，然而從Tegre K1 之后英偉達(dá)公司便宣布舍棄手機(jī)市場(chǎng)，隨著近年來工藝水平的不斷提升，可能在未來會(huì)從桌面級(jí)GPU 簡(jiǎn)化之后輔助 Tegra。

三、手機(jī)芯片發(fā)展前景分析

我們知道，芯片技術(shù)在移動(dòng)通信的未來發(fā)展中起決定性作用。在以往的3G 時(shí)代，芯片廠商就開始了異常激烈的市場(chǎng)資源競(jìng)爭(zhēng)，而在未來的移動(dòng)通信發(fā)展中，誰如果能夠設(shè)計(jì)出主導(dǎo)市場(chǎng)的芯片，誰就能夠獲得生存與發(fā)展的廣闊空間。4G 和 5G 芯片設(shè)計(jì)必須要嚴(yán)格遵循以下原則：在滿足功能的基礎(chǔ)上使成本的最低化，這樣一來就要求了眾多設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家再進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，努力提升芯片運(yùn)行處理效率，適當(dāng)增加新穎功能并且能夠支持多種通信協(xié)議。

現(xiàn)階段發(fā)展前景比較好的技術(shù)有統(tǒng)一尋址 以及CPU、GPU 異構(gòu)計(jì)算。從理論上而言，CPU 具備更大緩存，更適合應(yīng)對(duì)較為復(fù)雜的邏輯計(jì)算，而GPU具備更多處理單元，擁有并行計(jì)算的功能，如果將二者的優(yōu)點(diǎn)充分結(jié)合起來，處理器的綜合性能將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。在 X86 架構(gòu)中，AMD 早在多年前就開始了相關(guān)研究，其APU 體現(xiàn)出了超越同級(jí)別英特爾處理器的優(yōu)越性能。同時(shí) ivviK5手機(jī)裝載了和PC 相類似的獨(dú)立顯卡，從工藝上有了明顯的進(jìn)步，為手機(jī)加上和 PC 同類結(jié)構(gòu)的 GPU 也即將到來！

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（作者單位：鄒平市第一中學(xué)）