智東西(公衆号:zhidxcom)
作者 | 雲鵬
編輯 | 心緣
2022 年年底高通第二代骁龍 8 和聯發科天玑 9200 兩顆旗艦手機芯片的發布,一定程度上改變了不少消費者對于 " 安卓芯片 " 的固有認知。
安卓手機芯片的部分性能,第一次追上并反超了同年蘋果公司最新的 A16 芯片,在蘋果一直鮮有對手的 " 能效比 " 上,也實現了較為可觀的領先。
根據媒體實測數據,在 GPU 方面,第二代骁龍 8 的峰值能效領先蘋果 A16 的幅度還是比較明顯的,而聯發科天玑 9200 也在 GPU 峰值性能上也要高于 A16,但功耗相對較高。
▲各旗艦手機芯片 GPU 負載能效曲線及能效點(最上方白色曲線為第二代骁龍 8,綠色點為蘋果 A16,紅色點為天玑 9200),來源:極客灣
雖然兩者與 A16 在 CPU 理論性能上還有差距,但在考驗 CPU 和 GPU 整體性能的遊戲實際表現中,第二代骁龍 8 的功耗表現已經與蘋果 A16 十分接近了,比如在《原神》遊戲測試中,第二代骁龍 8 和 A16 的功耗都在 5W 左右。
2012 年蘋果 A6 确立移動芯片霸主地位、高通聯發科緊追猛趕的态勢維持十年後,兩大安卓芯片巨頭終于追了上來。此前由于性能領先幅度過大,蘋果 A 系芯片一直被不少人調侃為 " 外星科技 ",今天,蘋果也有了一絲緊迫感。
因此,說 2022 年是安卓手機芯片走到 " 裡程碑 " 的一年也不為過。進入智能手機時代十餘年,蘋果 A 系芯片第一次被安卓芯片反超。
在高通、聯發科手機芯片逆襲蘋果背後,從追趕到反超,今天的成果是如何一步步取得的,在核心技術層面,他們抓住了哪些關鍵點?而蘋果面對這兩位老朋友的起勢,能否重奪自己昔日的領先地位,解決芯片團隊的 " 内憂外患 "?
在智能手機技術創新愈見乏力的今天,頂級手機芯片的較量,或許仍是最大看點。
一、從 " 火龍 " 到 " 神 U",可能隻差 " 幾納米 " 的事
翻遍各類關于第二代骁龍 8、天玑 9200 和 A16 的對比測試,出現頻率最高的一個詞莫過于 " 能效比 "。的确,在今天移動芯片乃至整個芯片賽道各路選手的較量中,能效比都成為了重中之重。
在 PC 領域,英偉達的 GeForce RTX 4090 GPU 在功耗與上代旗艦基本相同的情況下,實現了最高 2-3 倍的遊戲性能提升。高通和聯發科的這兩顆旗艦芯片,其 GPU 的能效比提升也幾乎都接近了 50%。
細看這些能效比表現出色的芯片,他們無一不在制程工藝和芯片架構上進行了重要升級,這也是高通和聯發科芯片能夠實現逆襲的關鍵點。
1、栽過跟頭、吃過甜頭,芯片巨頭與工藝和架構相愛相殺
一直以來,半導體芯片制程工藝的進步都是推動芯片性能提升的關鍵因素,而芯片架構改進則更多考驗的是設計廠商自己的功底,也是提升芯片性能不可或缺的一環。
工藝和架構對于芯片來說究竟有多重要?從高通在工藝和架構上 " 栽過的跟頭 " 和 " 吃過的甜頭 " 來看,我們已能略知一二。
比如提起高通在芯片工藝上吃過的虧,不少人都會想到 " 火龍 " 一詞。從 2007 年高通首款 " 骁龍(Snapdragon)" 處理器問世以來," 火龍 " 一直被用來形容在功耗上 " 翻車 " 的高通骁龍芯片。
2013 年,蘋果發布了首款 64 位手機芯片 A7,性能直接翻倍,而聯發科芯片的 " 多核 " 策略也取得了一定成果。
在種種外部壓力下,高通在 2014 年選擇做一次激進的嘗試,将 CPU 從 4 核心一躍升級為 8 核心,并選擇直接采用 Arm 公版架構,沒有使用自研架構,GPU 規格也進行了大幅升級,最終做出了骁龍 810 這顆芯片。
當時的台積電 20nm 工藝性能似乎無法支持這樣豪華的 " 堆料 ",最終量産後,骁龍 810 的發熱量十分驚人,其 A57 大核的單核功耗甚至可以達到 5W。作為對比,當時整顆蘋果 A7 芯片日常使用的峰值功耗不過 5W 左右。
當年的小米 Note 頂配版、樂視超級手機 1Pro 和 Max、索尼 Xperia Z4、和 HTC one M9 等機型均采用了這款芯片。
初代 " 火龍 "810 成為當時不少手機廠商和消費者的共同記憶。
次年,高通匆忙将 Arm 公版架構改為自研的 Kryo 64 位 CPU 架構,CPU 重回 4 核,同時轉向與三星合作,采用了三星 14nm FinFET 工藝,推出了骁龍 820。但不知是否是架構工藝同時大改,加之當時手機散熱系統普遍表現不佳,骁龍 820 在功耗上面依舊表現不佳,一度被稱為 " 二代火龍 "。
時間來到較近的 2020 年,采用三星 5nm 工藝的骁龍 888,其 CPU 和 GPU 功耗大幅提升。相反,同時期一樣采用 A78 架構的聯發科天玑 8100 使用了台積電 5nm 工藝,能效比表現則非常優秀,甚至被稱為是 " 一代神 U"。
與骁龍 888 類似,2021 年發布的高通骁龍 8 與聯發科天玑 9000 幾乎采用了相同的 CPU 架構,在工藝選擇上,骁龍 8 采用了三星 4nm 工藝,而天玑 9000 則使用了台積電 4nm 工藝。最終骁龍 8 又在功耗上翻了車,接下 " 火龍 " 衣缽。
當然,有翻車的時候,就有走對的時候,在架構和工藝上取得優勢時,高通這一代芯片也往往會被 " 封神 "。
比如在三星工藝有明顯優勢的 10nm 節點上,2016 年的高通骁龍 835 在采用三星工藝基礎上,将 Arm 的 A73 和 A53 架構 " 魔改 " 為自己的 Kryo 大小核架構,結合自研與公版的優勢,實現了 45% 的 CPU 功耗下降。骁龍 835 也成為不少消費者心中的一代神 U。
這次逆襲蘋果的第二代骁龍 8,其在台積電 4nm 工藝叠代的基礎上,将 CPU 主力的大核調整為 2 顆 A715+2 顆 A710 的組合,并将 GPU 進行了 " 擴容降頻 ",在提升整體性能的基礎上實現了功耗的顯著下降。
縱觀高通骁龍芯片這一路走過來,隻要高通不在工藝和架構上 " 玩火 ",似乎就不會翻車。工藝和架構對于芯片性能表現是起到決定性作用的。
2、赢了工藝,赢了大半
雖然工藝和架構的升級往往是同時發生的,但一些業内人士認為,工藝的升級所起到的作用往往更為關鍵,甚至可以說赢了工藝,就赢了大半。
從高通到聯發科,整體來看,誰能夠在當時的節點上選擇最成熟、良率最高的工藝,似乎就已經成功了大半,赢在了起跑線上,而選擇台積電還是三星,也成為貫穿手機芯片發展中一個始終避不開的關鍵問題。
其實早年三星與台積電在工藝方面的博弈是互有勝負,并非如今的 " 一邊倒 " 态勢,比如蘋果最開始的 A 系芯片就是由三星代工。
台積電雖然早在十餘年前就開始與蘋果接觸,但最終芯片落地 iPhone,是從 A8 芯片開始。當年搭載 A8 芯片的 iPhone 6 也被稱為蘋果最暢銷的産品,截至 2019 年停産共出貨約 2.5 億台。
嘗到甜頭的蘋果,與台積電的關系更為密切,台積電也專門為蘋果成立了 300 人研發團隊,後續蘋果 M1、M2 系列芯片在工藝、産能上的 " 遊刃有餘 ",都與雙方深度的合作密不可分。
近兩年,三星在手機芯片所青睐的先進工藝制程上可以說被台積電搶盡了風頭,也搶盡了訂單。但根據業内信息,三星正在 3nm 節點上努力提升良率,甚至其 3nm 工藝已經開發至第二代。
手機芯片工藝之戰,已經成為芯片設計廠商和代工廠商共同參與的一場角逐。
二、憑啥用上先進工藝和最新架構?芯片技術之戰拼的還是人才
既然工藝和架構如此重要,那麼如何在這兩方面實現突破,進而形成自身的優勢呢?這對于所有芯片設計廠商來說,都是一道必答題。
對于這個問題,我們從聯發科沖擊高端市場的曆程中或許能夠得到一些答案。
從 2019 年年底開始,聯發科首次發布 " 天玑 " 系列芯片,包括天玑 1000、天玑 800、天玑 700 系列,這是聯發科第一次正式向高端市場發起沖擊。
去年天玑 9000 系列、天玑 8000 系列芯片的台積電工藝優勢明顯,加之高通因為三星工藝 " 翻車 ",聯發科在高端市場聲量方面實現了反超,也有不少安卓廠商都發布了搭載聯發科芯片的旗艦手機。
國内手機前三強之一 vivo 在自己最重磅的年度旗艦 X90 中,出貨量主力 X90 标準版和 X90 Pro 都采用了聯發科天玑 9200,這也是聯發科在國内市場的一次重要突破。
從天玑 1000 到天玑 8000 再到今天的天玑 9200,聯發科一直緊跟台積電最新的工藝,并且每年都首批将 Arm 最新架構核心應用在自己的芯片中,這幾代旗艦芯片的出色性能表現,與這些策略密不可分。
這背後,聯發科做了什麼?
實際上,應用先進工藝,需要聯發科自己具備對應的技術能力。如今的芯片代工,早已不是簡單的 "fab-lite" 代工,芯片的制造生産,需要聯發科和台積電的深度合作。
從市場定義到終端環節,雙方需要一直保持密切溝通,從而在品質、良率等方面達到預期的效果。
有芯片設計從業人士曾告訴智東西,想用上台積電最新的工藝,需要團隊去測試工藝的特性,以便有更好的掌握,這要求設計團隊有過硬的中後端能力。能夠第一時間将最新工藝用在自己的産品中,這本身就是一件有門檻的事。
此外,今天不僅芯片在做 " 定制化 ",芯片工藝同樣也在往 " 定制化 " 發展,我們今天經常聽到 " 定制工藝 " 一詞,這更加要求芯片設計廠商與代工廠商的深度配合。即使聽起來都是 "4nm",在實際工藝性能上也可能有所不同。
最後,先進工藝産能在初期常常是稀缺的,在蘋果提前預定完絕大部分産能後,留給其他廠商的其實并不多,這也考驗芯片設計廠商與代工廠商之間是否有建立了深度且穩定的合作關系。
說到合作,本質上還是人與人在打交道,聯發科芯片能夠緊跟先進工藝制程,離不開近年來管理層及人才團隊的一系列調整。
2017 年是聯發科的關鍵之年,上一年聯發科毛利首次跌破四成,淨利創下四年新低。2017 年 3 月 22 日,蔡力行成為了聯發科的 " 天降猛男 ",與蔡明介共同出任執行長,并擔任集團副總裁。
▲蔡力行
蔡力行此前曾為芯片代工龍頭台積電的一員大将,從 1989 年進入台積電以來,他曆任廠長、副總經理、執行副總經理等職,最終做到總裁兼執行長,在台灣半導體業界有着" 小張忠謀 "之稱。
知情人士稱,蔡力行的加入,讓聯發科與台積電在先進工藝上關系更穩固了。實際上,2017 年前後聯發科芯片在 10nm 工藝上的延宕,就與聯發科和代工廠商的協同不夠緊密有關。
除了工藝制程,在架構方面,如何将最新的架構用到自己的芯片裡,并 " 調通 "、" 調順 " 也存在諸多挑戰,解決這些問題,同樣離不開人才。
今天的手機芯片不僅包括 CPU、GPU,作為 "SoC",它還包含了負責 AI 運算的 NPU 單元、負責圖像處理的 ISP、負責通信的調制解調器及射頻模塊等等。手機芯片設計是一個複雜的系統性工程。
Arm 公版架構一直是開放的,但能夠利用公版架構,将芯片性能做到跟高通平起平坐的,除了聯發科和華為海思,别無他家。
在人才團隊建設方面,蔡力行的加入,給團隊帶來了新的改變。在他加入後,聯發科團隊開始呈現 " 老中青 " 搭配局面,一些新力量的加入也帶來了各種資源上的優勢。
同時,在聯發科職業經理人名單中,我們能夠看到多位前台積電高管,包括前台積電人力資源處長、前台積電資深專案處長,此外,我們還能找到高通、英特爾前高管身影。
沒有優秀的人才的團隊協作和大量的研發投入,是不可能第一時間将最新工藝、最新架構用在芯片中并第一時間送到消費者手中的,人才無疑是芯片技術競争中的焦點,這在蘋果的芯片研發中也有清晰的體現。
蘋果曾因重金吸納人才而聞名,但同樣因為人才流失而研發受阻。可以說,這次蘋果在 GPU 方面的失手,從研發團隊動蕩的角度來看,或許早已成為必然。
外媒 The Information 從蘋果知情人士處了解到,蘋果本來計劃在 iPhone 14 Pro 搭載的 A16 芯片上實現 GPU 性能的 " 跨代際飛躍 " 式提升,但最終步子太大,工藝進度也未及預期,導緻耗電量遠超預期,被迫放棄。
這也為此次高通、聯發科芯片 GPU 性能雙雙反超蘋果 A16 埋下了伏筆。
因為 A16 GPU 性能提升幅度過小,蘋果甚至重組了 GPU 團隊。據了解,在過去三四年間,蘋果已有數十名關鍵人才流向了芯片創企和更成熟的芯片公司。
在可以預見的未來,蘋果、高通、聯發科,乃至英特爾、英偉達、AMD 等芯片巨頭之間的人才争奪戰必然會持續上演,甚至愈發激烈。
三、A17 能否助蘋果扳回一城,芯片巨頭大戰來到新階段
安卓手機芯片的發展無疑走到了一個裡程碑式的節點,但放眼未來,手機芯片的較量,還遠未結束。
雖然高通在 GPU 性能和能效比方面反超了蘋果 A16,但是在 CPU 性能方面,不論是第二代骁龍 8 還是天玑 9200,從實際測試成績來看,代數差距仍然在 2 代左右。在 CPU 性能方面,高通和聯發科追趕的空間依然很大。
同時,蘋果今年即将率先量産 3nm 芯片,如果蘋果芯片團隊調整能夠盡快完成回歸正軌,今年下半年見面的 A17 勢必會成為蘋果的一記重磅大招,高通和聯發科的新品能否繼續保持住當下的領先優勢,仍是未知數。
在安卓陣營内部,随着高通回歸台積電 4nm,在工藝制程方面,高通、聯發科已經站在了同一起跑線上,壓力就來到了芯片架構方面,這對于雙方芯片設計團隊,都是更大的考驗。
對于聯發科來說,來自高端市場份額進一步突破方面的壓力還會更多一些。雖然天玑 9000、天玑 9200 幫助聯發科在高端市場走出了關鍵性的幾步,但就高端市場整體份額來看,高通依然占據着絕對的主導地位。
在 300 美元以上價位段安卓智能手機市場中,高通芯片占比均為第一,并且均大幅領先第二名,在多個高端價位段市場中占比超過七成。
現在聯發科芯片在産品性能指标上已經基本追平,但在消費者認知、品牌建設、市場營銷等方面,還有很多工作要做。
對于聯發科來說,現在他們敲開了高端市場的大門,但真正站穩高端市場,拿到足夠規模的高端市場份額,仍非易事。
此外,手機廠商的砍單潮、芯片庫存的高企,都表明來自智能手機市場大環境下行的壓力仍然存在,并且在短期内不會明顯緩解。
當然,從積極的一面來看,智能手機市場近年來的疲軟也刺激高通和聯發科更加積極地調整業務線,将戰線從智能手機擴展至 VR、AR、汽車、物聯網等領域,并且這些新業務也在逐漸開枝散葉,帶來營收上的正向反饋。
在未來基于 AI 的萬物互聯時代,芯片巨頭們的博弈焦點将不再局限于單一的技術或産品,而是一種 " 綜合性競争 ",這種競争更多會體現在生态的博弈上。如何面對這些新的挑戰,是每一個玩家迫切需要思考的。
結語:2023,手機芯片大戰依然可期
擁抱最新工藝、緊跟最新架構,雖然我們從兩個有代表性的點嘗試挖掘了安卓芯片崛起背後的秘密,但高通和聯發科逆襲背後,還有太多細節故事我們無法一一涉及,手機芯片是集合了全球科技領域最先進技術的集大成者,背後的 " 門道 " 絕非三言兩語可以說清說透。
如今,智能手機市場進入存量收縮階段,産品向高端化、精品化發展,嚴冬中廠商們更多将目光聚焦于利潤較高的高端産品。旗艦手機芯片大戰仍将是被擺在台面上的、一場引人注目的較量。
聯發科穩坐手機芯片出貨總量第一,沖擊高端市場,高通穩坐高端市場第一,積極拓展中低端,這一來一往,讓手機芯片市場好不熱鬧。蘋果 " 回血 " 後的表現令人期待,而華為的 5G 芯片能否回歸,仍然充滿未知數。
未來的手機芯片大戰,依然可期。