‧ 一顆手機晶片的秘密

ifanr 何宗丞

如果在大城市街頭隨便逮一個用戶，問他的 Android 手機用的什麼晶片，絕大多數人能夠告訴你是“雙核”或“四核”，其中可能一半的人告訴你它是 Qualcomm 雙核或四核。

隨著智慧終端機尤其是智慧手機的高速普及，行動晶片品牌與產品同樣成為智慧行動終端領域重要的核心與推動力，而行動晶片廠商也借機從幕後走向前臺。

作為 PC 時代的產物，CPU 的概念深入人心，但進入到行動時代，儘管 CPU 的地位已經發生改變，但由於這樣的歷史習慣，諸如“Qualcomm CPU”這樣的稱法仍然非常普遍，但嚴格來講，像 Qualcomm 驍龍 APQ8064、Qualcomm 驍龍 801 這些型號都並非單獨的 CPU，而是 SoC（系統級晶片）。

SoC 的另一個名稱是“片上系統”。從狹義的角度講，它指的是一個包含完整系統並有嵌入軟體的全部內容的積體電路。從廣義角度講， SoC 是一個微小型系統，如果說 CPU 是大腦，那麼 SoC 就是包括大腦、心臟、眼睛和手的一個系統整體。

實際上，在一顆 Qualcomm 驍龍 SoC 中，CPU 只佔據了 15% 的能力，CPU 是循序執行一般計算任務，而 SoC 是多個專業處理單元的“行動異構計算”。其他 85% 則來自 GPU（影像處理器）、DSP（數位訊號處理器）、Modem（數據機）、GPS（導航定位）、多媒體等等晶片的貢獻。

“晶片組就好比划船，如果每個零件都很好，就像雙手划船；而如果只有 CPU 而沒有其他元件很好配合的話，就好比單手划船。” Qualcomm 市場行銷副總裁 Tim McDonough 這樣形象地比喻 CPU 在一顆 SoC 中的作用。

“現在的問題不是說硬體過剩，而是把一些能力放到不該放的地方。比如 CPU 的能力是過剩的，但其他能力還是不足，比如續航，比如與用戶體驗息息相關的劃屏——由 GPU 核心決定。”Qualcomm 副總裁沈勁此前在接受ifanr的採訪時這樣說。

事實上，從去年開始，Qualcomm 就一直在弱化人們對 CPU 的認知，而去推崇“體驗引擎”的概念，所謂“體驗引擎”，正是指 CPU 之外的元件對於使用者體驗的提升。之所以這樣做，一方面是因為人們在 PC 時代認知的問題，另一方面在於手機終端不同於電腦，它不僅僅是一個運算工具，還充當著使用者的音樂視訊播放機、相機、導航儀和遊戲機。

具體來說，除了 CPU，一顆 SoC 還包括負責圖形處理能力的 GPU、負責手機對人的主體理解的能力的 DSP、負責連線性的 Modem（LTE、WiFi、USB 藍牙和 FM）、負責定位功能的 GPS、格洛納斯和北斗，以及負責多媒體的 ISP 和音訊晶片等。

就這幾方面的能力，Qualcomm分別為其推廣了子品牌，比如外界比較熟悉 GPU Adreno 品牌，其 Modem 品牌是“Gobi”，DSP 的品牌是“Hexagon”。

為了降低智慧手機的功耗，Qualcomm 驍龍 SoC 會充分利用晶片的能力，比如在播放音樂時，調用 DSP 而非 CPU 的能力，在體驗大型3D 遊戲時，手機會調用 GPU 的處理能力。

拍照可謂智慧手機上最重要的功能之一，可即便是搭載了相同的攝影機，為什麼不同手機的成像品質卻大相徑庭？

這就得從另外一個集成在 SoC 裡的 ISP 晶片說起。ISP 晶片是拍照過程中的運算處理單元，相當於相機的“大腦”，其作用就是對感測器輸入的信號進行運算處理，最終得出經過線性糾正、噪點去除、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、曝光校正等處理後的結果。ISP 晶片能夠在很大程度上決定手機相機最終的成像品質，通常它對圖像品質的改善空間可達 10%-15%。由於不同廠商對於 ISP 晶片的利用程度不同，最終成像品質的差異也就不足為奇了。

Modem 可能是消費者最容易忽略掉的一個重要因素，作為手機網路支援的元件，Modem 需要滿足不同網路模式的無縫連接，並要在複雜情況下消除干擾，它涉及到資料輸送量、電池消耗、連接能力等多方面用戶體驗。

目前最新的驍龍 805 搭載了今年發佈的 28nm Gobi MDM9x25 數據機，支援 150Mbps 的LTE Cat 4 網路，而另外搭載全新的Gobi MDM9x35 數據機之後，就可以支援理論上最高速度為 300Mbps 的 LTE-Advanced 網路。三星剛剛發佈不久的 Galaxy Note 4 正是採用了這款 SoC，而高速連接是 Galaxy Note 4 強調的重點之一，除此之外，驍龍 805 還為 Note 4 提供了4K 拍攝以及 H.265 硬體解碼的功能。

電池續航能力是智慧手機硬體發展中一直面臨的桎梏。在電池行業未能取得突破性進展之前，如何降低智慧手機的功耗成為主要的解決途徑。作為耗電大戶，SoC 在功耗管理上的優化顯然永無止境，比如什麼時候該高電壓，什麼時候該低電壓；螢幕暗的時候別讓主處理器醒來，讓 LED 背景燈調低，做一定像素補償等等。

利用 Sensor 提升續航能力的一個代表性例子：三星 Galaxy Note 3 使用 Qualcomm RF360 射頻晶片後，前端在射頻這一塊省了 30% 的電。RF360 的原理是把多點傳輸的射頻資訊壓縮到一條點對點的通道中，降低射頻信號對功耗的損傷。

“CPU 是 PC 時代的一套東西，行動不是繼承 PC 時代的東西，而是重新定義。”沈勁說。

作為技術的必要鋪墊，Qualcomm 仍然在繼續定義未來。在過去幾年中，Qualcomm 研發團隊一直致力於開發一種突破傳統模式的全新計算架構。他們希望打造一個全新的計算處理器，模仿人類的大腦和神經系統，使終端擁有大腦類比計算驅動的嵌入式認知。換句話說，在未來，矽片與生物系統之間的界限可能會逐漸模糊，智慧手機或許能夠精準地預測到你想做什麼。 

題圖來自：framestore.com