從3G到5G　智能手機的時代變遷

陳奕迅的《十年》，是兩個字的顫抖;智能手機的十年，則是兩個時代的變遷。十年之前，3G網絡普及，4G網絡初建，蘋果iPhone初入國內市場，小米手機初代誕生，功能機時代的多個品牌相繼走向沒落。十年后的今天，5G網絡加速普及，國內手機市場歷經多次洗牌，以“HOVM”為代表的國產品牌與三星、蘋果等國際品牌分庭抗禮。時代的變遷下，快速迭代的智能手機已悄然改變了我們的生活方式。

移動SoC的制程之戰(zhàn)

作為智能手機崛起的主要推力，手機SoC芯片在過去的十年里獲得了跨越式的發(fā)展。過去，我們習慣將它稱為處理器，隨著其集成的元器件越來越多，架構越來越復雜，性能獲得了指數級的增長，現(xiàn)已進化為處理平臺。以蘋果A系列SoC為例，2017年推出的A11 Bionic共有43億個晶體管，而2021年推出的A15 Bionic的晶體管數量已達到近150億個。

更多的晶體管數量，意味著SoC芯片擁有更高的集成度，可以容納更多的元器件，這就對制程工藝提出了更高要求。2017年1月3日，高通在CES 2017上正式推出驍龍835處理器，作為首款采用10nm FinFET工藝的移動平臺，驍龍835除了包含GPU和GPU外，還集成了Hexagon 682 DSP、Spectra 180 ISP、X16 LTE調制解調器，支持802.11ac Wi+i、Bluetooth 5等功能，帶來突破性的性能和出色的能效表現(xiàn)。僅一年過后，華為于2018年8月31日發(fā)布首款商用7nm SoC——麒麟980，集成了兩個NPU和兩個ISP，從而具備更好的AI性能和拍照能力。5nm SoC的首發(fā)則花落蘋果，A14 Bionic的邏輯密度相比前代提升了80%，Al運算能力也提升到了11.8萬億次。如今，基于4nm工藝的高通驍龍8移動平臺已經發(fā)布，帶來了三個，18bit ISP、更快連接速度和更好的游戲渲染性能。短短的4年時間里，SoC的制程工藝就歷經3次進化，從10nm到7nm，再到5nm，直至現(xiàn)在的4nm，速度絲毫沒有放緩。

技術的快速迭代下，有的上游廠商持續(xù)發(fā)力，而有的廠商則后繼乏力開始掉隊，洗牌在所難免。在智能手機初期，移動處理器領域可謂是大佬云集，德州儀器、NVIDIA和英特爾也曾活躍一時。但是在進入4G時代的關口上，它們都面臨著相同的瓶頸——缺乏基帶部分的通信專利，市場份額逐漸丟失，徹底失去了話語權。手握大量專利的高通自然贏者通吃，在4G時代里成就了霸主地位，這樣的局面直到5G元年才有所改變。5G芯片市場上，蘋果A系列芯片只用于自家產品，三星Exynos也很少對外供應，海思麒麟因為眾所周知的原因已經倒下，只有聯(lián)發(fā)科天璣芯片有著可與高通一戰(zhàn)的實力。近兩年，聯(lián)發(fā)科一口氣推出了天璣1200、天璣1100、天璣1000、天璣900多款5G芯片，一度超越高通成為全球最大的智能手機芯片廠商。甚至在4nm制程關口上，聯(lián)發(fā)科占據了首發(fā)優(yōu)勢，推出首款安兔兔跑分過百萬的天璣9000。在這樣一點點優(yōu)勢的積累下，未來的移動芯片市場誰是獲勝者猶未可知。

從“拍攝”到“計算”的影像之路

在之前很長一段時間里，手機拍攝能力的比拼成了一場數字的游戲。你用500萬像素攝像頭，我就上1000萬像素;你配備后置雙攝，我就搭載后置三攝或者四攝。廠商在攝像頭上的軍備競賽，已經內卷到了不看質量、只看數量的程度，甚至為了面子上的好看，不惜使用經過算法插值的CMOS，配備實屬充數的副攝像頭。幸好，這樣的競爭在近兩年逐漸好轉，后置攝像頭的數量大多保持在3～4顆范圍內，廠商開始注重提升副攝像頭素質和多個攝像頭配合。比如今年推出的OPPO Find X3 Pro，就在主攝和超廣角鏡頭上都使用了IMX766傳感器，讓兩顆攝像頭的成像素質和風格保持一致，成為真正意義上的“雙主攝”旗艦。此外，影像旗艦逐漸放棄超高像素的比拼，更注重大底大像素對進光量、成像素質帶來的幫助。常常使用1億像素CMOS的小米，就在今年的影像旗艦小米11 Ultra上采用定制的1/1.12英寸大底傳感器，長時間霸榜DXOMark。索尼也將1英寸Exmor RS CMOS塞進了手機里，打造出手機界的“黑卡”。

高像素的多攝像頭在拍攝過程中需要進行大量的數據處理，移動SoC集成的ISP功不可沒。比如在雙攝像頭手機大熱的2017年，為了更好地匹配不同廠商的雙攝方案，高通驍龍835不僅集成了2×ISP，支持1個3200萬像素攝像頭或者2個1600萬像素攝像頭，還加入了Clear Sight技術，可以實現(xiàn)黑白、彩色圖像融合。高通驍龍888移動平臺集成的Qualcomm Spectra 580則首次支持3×ISP，處理速度達到每秒27億像素，支持同時拍攝三張2800萬像素照片或同時拍攝三支4KHDR視頻，實現(xiàn)三重并發(fā)和三重并行處理等全新特性。此外，vivo還自主研發(fā)了專業(yè)影像芯片V1，能夠配合SoG集成的ISP實現(xiàn)更快的圖像處理。

在繼續(xù)提升硬件實力的同時，廠商還紛紛將目光轉向了計算攝影的方向，也就是提升手機影像的軟實力。計算攝影是指用數字計算代替光學處理的數字圖像采集和處理技術，就像在手機里內置了一位“攝影大師”，在用戶按下快門前智能調節(jié)亮度、曝光、陰影等參數，按下快門后快速地優(yōu)化照片的色彩、色調，讓我們獲得一張綜合素質不錯又符合大眾審美的照片。

提到計算攝影的應用，蘋果和華為無疑是其中的佼佼者。在2019年發(fā)布的iPhone 11系列上，蘋果加入了Deep Fusion模式，當用戶按下快門時，手機會快速拍攝9張照片，包括4張欠曝、4張正常曝光和1張長曝光的照片，再由ISP進行白平衡、降噪、色彩調整等處理，然后對這九張照片自動分析，選擇其中解析力最高的部分進行合成。由此看出，Deep Fusion模式需要手機進行大量的運算，僅靠ISP已無法滿足算力需求，還需要峰值算力達到每秒6萬億次的神經網絡引擎的幫助，這也是我們將這些計算攝影模式統(tǒng)稱為“AI攝影”的原因。

以影像能力著稱的華為，除了具備大底、多攝、潛望式長焦等硬件上的優(yōu)勢，也在計算攝影方面發(fā)力。2021年發(fā)布的影像旗艦P50 Pro引入了XD Optics計算光學，通過算法在成像階段修正光學誤差，還原原始圖像信息，結合XD Fusion Pro圖像引擎增強圖像細節(jié)，提升整體影像的畫質。

超級夜景、Deep Fusion等計算攝影模式需要連續(xù)拍攝多張照片進行合幀，這對手機的防抖性能提出了更高要求。通常來說，現(xiàn)在的影像旗艦都會在主攝和超廣角鏡頭上加入光學防抖技術，vivo在2020年推出的微云臺防抖技術則更好地解決了這一問題。這一技術將透鏡和感光元件相對固定在一起，讓整個鏡頭“懸浮”起來，能夠實現(xiàn)正負30以上的防抖角度，更好地抵消抖動的影響。

全方位的手游利器

隨著手機游戲市場的迅猛增長，手機廠商重新將目光瞄向了這一細分市場。報告顯示，截至2017年底，中國手游App市場滲透率達到76.1%，用戶規(guī)模達到5.54億。也恰恰在這個時候，中國市場的智能手機出貨量出現(xiàn)了滑坡，手機市場已趨于飽和。面對嚴峻的市場環(huán)境，游戲手機這一細分市場就成為手機廠商必爭的蛋糕，黑鯊、紅魔、ROG相繼發(fā)布極具針對性的產品。

圍繞著極致的游戲體驗，游戲手機在散熱、操控、氛圍和網絡等方面下足功夫。為了能夠快速帶走SoC高負載產生的熱量，游戲手機往往都加入了液冷散熱系統(tǒng)，拯救者電競手機2 Pro還在這基礎上增加了雙風扇設計，一分鐘可以實現(xiàn)空氣內外流通750次，再次提升散熱效率。操控體驗也是游戲手機的主打項，特別是在《和平精英》《王者榮耀》等游戲里，精準的走位和快速操作成為上分的關鍵。黑鯊4S Pro、紅魔手機6S Pro都配備了肩部按鍵，無疑在很大程度上提升了玩家的游戲操控體驗，這也成為游戲手機和旗艦手機最明顯的差異化特征。ROG游戲手機5s Pro通過AirTriggers肩鍵、體感映射功能和風扇上的實體按鍵，共可以映射屏幕上20個觸控點，帶來多樣化的游戲玩法。與此同時，游戲的響應速度和流暢程度決定著玩家的體驗，游戲手機更加注重屏幕刷新率、觸控響應率等參數，并通過優(yōu)化的天線設計和多網絡協(xié)同技術確保通暢的網絡環(huán)境。

在打造專業(yè)的游戲手機時，廠商也不斷將這些技術下放到普通智能手機上。液冷散熱系統(tǒng)逐漸成為旗艦手機的標準配置，游戲空間的優(yōu)化功能也變成系統(tǒng)的一部分。這其中值得一提的還有Redmi K40游戲增強版，它擁有非常多與游戲相關的元素，比如閃電形狀的補光燈，可以隱藏的肩鍵設計，又摒棄了游戲手機厚重、夸張的外形，以輕游戲的概念推動著游戲手機的普及，帶來了更大的市場空間。

技術爆發(fā)的全面屏

2016年10月25日，小米MIX發(fā)布，為智能手機市場帶來全面屏概念。隨后的4年時間里，手機廠商爭先恐后地進入這一賽道，全面屏歷經多次形態(tài)升級。為了放置Face ID，蘋果iPhone X采用了“劉海屏”，與此同時Android手機則推出了“水滴屏”“美人尖”。此后，以vivo NEX、小米MIX 3為代表的機型通過機械結構設計帶來了真全面屏設計，但相對厚重的機身、繁復易壞的機械結構注定無法成為市場主流。相比之下，廠商更愿意選擇簡潔美觀的“挖孔屏”。2020年以后，中興、小米先后推出采用屏下攝像技術的全面屏手機，既能夠全屏顯示畫面，又兼顧手機的重量和厚度，為全面屏發(fā)展開辟了新的方向。

全面屏的興起，幾乎消滅了實體指紋模塊，越來越多的手機開始支持屏幕指紋識別技術，這也讓OLED屏幕材質逐漸占據了手機市場的主流。2021年8月，iQOO 8 Pro的發(fā)布還向大家科普了三星AMOLED屏幕發(fā)光材料的進化。采用E5發(fā)光材料的三星AMOLED屏幕，擁有更高的全局激發(fā)亮度，并在功耗、色階、亮度等方面有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。

隨著手機游戲的普及，屏幕刷新率、觸控響應率成為當下選購手機的一個重要因素。2017年5月14日，—加7 Pro正式發(fā)布，其采用了—塊2K分辨率、90Hz刷新率的AMOLED屏幕，讓用戶嘗到高素質屏幕的甜頭。此后，屏幕刷新率逐漸從90Hz提升至120Hz，直至現(xiàn)在的144Hz。觸控響應率也一路飆升，一加9RT甚至支持600Hz觸控響應率，帶來流暢跟手的操作體驗。2020年下半年，三星Galaxy Note20 Ultra首發(fā)全新的LTPO技術和自適應刷新率技術，最低刷新率竟然可以做到1Hz，并能夠根據內容智能適配幀率，進一步提升旗艦手機的續(xù)航能力。截至目前，市面上也只有三星Galaxy S21 Ultra、OPPO Find X3系列、—加9 Pro、vivo X70Pro+和iPhone 13 Pro/Pro Max采用了LTPO屏幕。

寫在最后

接入互聯(lián)網的手機早已不是簡單的通話工具，隨著網絡技術的迭代變得更加智能，人們的移動互聯(lián)生活也更加精彩。面對5G來臨，在5G超高速和超低時延網絡能力的支持下，智能手機必將與高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、全息視頻、邊緣計算、物聯(lián)網等深度融合，激發(fā)出更多的應用，進一步豐富人們的生活，提高社會生產效率。