智能型手機處理芯片性能大幅提升

    芯片制造商無疑Qualcomm是智能型手機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芯片性能的認知。想要了解Qualcomm智能型手機芯片戰略徹底分析？

    歷經過去幾年的高速發展，智能型手機已成為隨處可見的消費性電子產品，而且未來數年還將延續快速普及的大趨勢。根據市場顧問公司Strategy Analytics的預估，2011年至2015年全球智能型手機累計銷量將達到40億臺；2011年第三季中國大陸地區智能型手機出貨量較上一季成長58%，達到2400萬臺，也讓中國正式成為全球第一大智慧手機單一市場。芯片制造商無疑Qualcomm是智能型手機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芯片性能的認知。想要了解Qualcomm智能型手機芯片戰略徹底分析？請看手機王網站分析報導。

    ▲隨著消費者對智能型手機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品的首選。

    智能型手機及平板計算機的快速發展，也讓相關硬件廠商嗅到龐大商機；在所有零組件之中、CPU（Central Processing Unit，中央處理器）無論對于計算機、還是智慧手機都是關鍵所在，其運算頻率、架構特性和核心都決定其其性能的高低。與PC桌上型計算機不同的是，智能型手機的應用處理器芯片都是稱為“SoC”系統整合芯片，芯片內包括了處理通用運算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品如“Apple A5”、“TI OMAP 4”、“NVIDIA Tegra 2”或“Qualcomm Snapdragon Scorpion”都是SoC系統整合芯片。

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

    由于在運算性能及低功耗要求上取得平衡，目前市場上多數智能型手機都采用由ARM授權生產的RISC架構處理芯片，各家芯片廠商也冠上了不同的款式名稱，但可從芯片架構上來區分其性能高低。從2008年開始，ARM開始授權設計更具有彈性的Cortex AX系列架構，與采用ARMv6指令集的ARM 7（目前多用于白牌手機芯片）、ARM 9、ARM 11（目前僅存在于入門級智能型手機芯片）系列相比，采用ARMv7指令集的Cortex A8系列運算性能大幅提升3倍、對比過Apple iPhone 3G和iPhone 3GS性能的使用者應該深有感觸。而Cortex A9架構更促成了雙核處理器芯片的誕生，智能型手機的功能也進一步增加。

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

Qualcomm提供智能型手機完整設計解決方案

    要討論智能型手機芯片廠商，就不能不提到在2011年巨幅成長、旗下MSM系列芯片出貨量達到了創記錄的4.83億片的全球通信芯片市場的領導廠商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立的。Qualcomm英文名稱為“Quality Communications”的縮寫，清楚說明了公司創辦人希望讓高質量的通訊科技，能成為推送整個社會發展的動力。身為全球最早致力現代無線通信商用和產業化的廠商，Qualcomm推出 CDMA商用無線通信系統、并開創性的解決了一系列從理論模型建立到電路系統實現、最后到無線系統網絡部署的幾乎所有關鍵工程難題，并由此形成龐大的專利保護壁壘。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規格專利結構，以主要專利持有人之間的低成本、或免費交叉許可為基礎，這種結構使少數幾家通信巨頭壟斷市場，并阻礙了新廠商的加入，進而減少消費者的選擇。而Qualcomm在 CDMA2000和WCDMA規格的通信市場上，推動低于手機批發價格5%的專利費，幫助超過135家授權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所有領域的基頻接收、以及抗干擾算法方面顯著領先其他競爭對手，Qualcomm與絕大多數手機品牌都有業務合作關系、這連帶增加了捆綁銷售智能型手機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架構處理芯片的后進者。德州儀器（TexasI nstruments）很早就開始供應包括NOKIA、MOTO、HTC品牌智能型手機所需的處理器芯片，從一開始運算速度為132 MHz的OMAP 710到如今雙核心OMAP 4 系列芯片。德州儀器的產品能兼容包括Linux、Windows CE、Palm、Symbian S60、Windows Mobile 在內的各種作業系統。過去Intel擁有的手機芯片部門XScale也曾推出以高性能為特色的 RISC架構芯片，著名的PXA 270芯片更大量用于包括Palm 650在內的智能型手機。但是在智能型手機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、也斷送了繼續在ARM架構芯片市場存在的后路。

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

    過去Qualcomm在智能型手機處理芯片的名聲不若TI或Intel那么響亮，但由于在TDMA / CDMA / OFDM / MIMO所有領域的基頻接收、以及抗干擾算法方面顯著領先其他競爭對手，Qualcomm與絕大多數手機品牌都有業務合作關系、這連帶增加了捆綁銷售智能型手機完整解決方案的可能性。由于產品涵蓋入門、中階及高階市場并同時支持Android作業系統與 Windows Phone作業系統，加上重要客戶如HTC、SAMSUNG、LG產品出貨快速成長，Qualcomm在2011年獲得了巨幅成長、旗下MSM系列芯片出貨量達到了創記錄的4.83億片，旗艦產品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 作業系統和Windows Phone作業系統陣營中最受歡迎的智能型手機處理芯片：目前有超過 300款已發布的智能型手持裝置選擇使用Snapdragon平臺，還有350款新產品正在設計中、超過30家合作伙伴共推出超過225款采用Snapdragon處理芯片的Android作業系統智能型手機。

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

    簡化產品命名有利于消費者識別

    隨著消費者對智能型手機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品的首選，Qualcomm也決定更改芯片命名方式讓消費者更容易識別。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系列芯片組強調性能與電池壽命的平衡性，處理芯片內整合運算速度達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與平板計算機產品使用，處理芯片內含市場上運算速度最高的單核行CPU Scorpion（運算速度可達 1.4GHz）以及Adreno 205圖形顯示芯片。Snapdragon S3系列芯片定位于強調多工與游戲表現的中高階手持裝置，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、并含有運算速度高達1.5GHz的雙核Scorpion處理器。

    ▲目前已確定率先換用Krait新核心架構的SoC芯片為雙核1.5GHz（最高極限頻率可達 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月發表的Snapdragon S4系列芯片涵蓋雙核與4核應用處理器兩種設計方案，該系列基于Qualcomm自行研發、有別于ARM標準架構的“Krait”架構與28nm制程工藝。根據Qualcomm官方文件數據，“Krait”架構處理芯片的DMIPS / MHz性能參數為3.3，對比相同運算頻率的Cortex A9架構競爭對手快了約30%，運行相同任務時“Krait”架構的功耗也較低（265mW），而上一代Scorpion架構的功耗為432mW。若再考慮更高的運算頻率及四核心架構設計，Qualcomm對Snapdragon S4性能的承諾（可比上一代產品減少65% 耗電量，以提升電池續航力，并同時提升150% 運算效能）并非沒有根據，目前已確定率先換用“Krait”新核心架構的SoC芯片為雙核1.5GHz（最高極限頻率可達1.7至2.0GHz）處理芯片MSM8960，外界對即將問世的新產品線非常期待。

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

智能手機芯片圖形顯示功能更上一層樓

    圖形顯示功能更上一層樓

    影響智能型手機整體使用體驗的，并非只有處理芯片內的CPU Central Processing Unit中央處理器），負責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系統整合芯片內，已包含CPU與GPU在內的各種控制模塊，因此如何搭配成為影響智能型手機游戲性能的關鍵。最好的例子就是HTC Hero使用的MSM7200處理芯片，雖然運算頻率可達528MHz，但由于芯片內GPU采用2005年的技術（ATI Imageon 2300），因此其3D圖形性能表現一般。而后繼機種HTC Legend使用的MSM7227處理芯片雖然僅將運算頻率提升至600 MHz，但芯片內的GPU換用全新設計的Adreno200內核、因此其3D圖形與游戲效果大幅提升。

    目前在智能型手機領域最常見的GPU，不外乎Adreno和PowerVR SGX兩大系列，其中 Adreno系列是在Qualcomm 收購AMD手機圖形芯片部門ATI Imageon之后，加速整合進入該廠SoC 芯片產品內，而研發PowerVR SGX系列的Imagination Technologies公司則采用開放授權模式，因此得到了包括Apple、SAMSUNG、TI 甚至MTK聯發科等IC設計團隊的大力支持。在性能對比上，過去PowerVR SGX系列更強調圖形填充率、而Adreno系列更偏重于多邊形生成率，所以Adreno內核更適合用在影像動態模型更復雜的游戲中，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核），所以大多數手機游戲都針對PowerVR SGX內核進行最佳化設計，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采用PowerVR SGX 內核的SAMSUNG 智能型手機其游戲效果優于 HTC 同等級產品（采用Qualcomm 處理芯片及 Adreno 內核），處理芯片運算頻率只有550MHz的MOTO Droid（采用TI OMAP處理芯片及PowerVR SGX 內核）運行游戲的速度卻與HTC Desire不相上下等現象。

    ▲得益于在各領域強大的硬件性能，目前已有超過300款已發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 系列芯片首款產品：換用Krait 新核心架構的處理芯片MSM 8960將整合最新一代Adreno 225圖形處理內核。根據 Qualcomm官方文件數據，Adreno 225芯片的性能相當于Adreno 205的兩倍，其圖形處理能力應與Apple iPad 2采用的PowerVR SGX543MP2圖形處理內核相當，不但運算頻率提升到 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表示未來將在適當的時機推出擁有專利、支持 DirectX 11（D3D11）的圖形核心，屆時Adreno 225內核的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內核進行最佳化設計。由于 60% 以上的智能型手機用戶經常在手機上玩游戲，Qualcomm也與包括Electronic Arts Inc.、Gameloft Inc.、Glu Mobile Inc. 在內的眾多主流智能型手機游戲公司緊密合作以帶來更好的游戲體驗。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，目前已經包括許多聞名的游戲大作。（圖片來源：Qualcomm 官網）

    不僅是中高階智能型手機所使用的處理器，Qualcomm也在潛力不可小覷的入門級智能型手機所使用的處理器市場努力耕耘，市場調查機構預估2009年至2014年之間，中階及入門級智能型手機的年出貨量將增加9倍之多，而這些產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聯發科將在入門級智能型手機用處理器市場展開激烈競爭，筆者也將在日后專門撰文進行仔細分析。

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