十年后,高通和MTK终于把压力给到了苹果


本文摘自飞象网,原文链接:http://www.cctime.com/html/2023-1-12/1640656.htm,侵删。

智东西(公众号:zhidxcom)

2022年年底高通第二代骁龙8和联发科天玑9200两颗旗舰手机芯片的发布,一定程度上改变了不少消费者对于“安卓芯片”的固有认知。

安卓手机芯片的部分性能,第一次追上并反超了同年苹果公司最新的A16芯片,在苹果一直鲜有对手的“能效比”上,也实现了较为可观的领先。

根据媒体实测数据,在GPU方面,第二代骁龙8的峰值能效领先苹果A16的幅度还是比较明显的,而联发科天玑9200也在GPU峰值性能上也要高于A16,但功耗相对较高。

十年后,高通和MTK终于把压力给到了苹果

虽然两者与A16在CPU理论性能上还有差距,但在考验CPU和GPU整体性能的游戏实际表现中,第二代骁龙8的功耗表现已经与苹果A16十分接近了,比如在《原神》游戏测试中,第二代骁龙8和A16的功耗都在5W左右。

2012年苹果A6确立移动芯片霸主地位、高通联发科紧追猛赶的态势维持十年后,两大安卓芯片巨头终于追了上来。此前由于性能领先幅度过大,苹果A系芯片一直被不少人调侃为“外星科技”,今天,苹果也有了一丝紧迫感。

因此,说2022年是安卓手机芯片走到“里程碑”的一年也不为过。进入智能手机时代十余年,苹果A系芯片第一次被安卓芯片反超。

在高通、联发科手机芯片逆袭苹果背后,从追赶到反超,今天的成果是如何一步步取得的,在核心技术层面,他们抓住了哪些关键点?而苹果面对这两位老朋友的起势,能否重夺自己昔日的领先地位,解决芯片团队的“内忧外患”?

在智能手机技术创新愈见乏力的今天,顶级手机芯片的较量,或许仍是最大看点。

一、从“火龙”到“神U”,可能只差“几纳米”的事

翻遍各类关于第二代骁龙8、天玑9200和A16的对比测试,出现频率最高的一个词莫过于“能效比”。的确,在今天移动芯片乃至整个芯片赛道各路选手的较量中,能效比都成为了重中之重。

在PC领域,英伟达的GeForce RTX 4090 GPU在功耗与上代旗舰基本相同的情况下,实现了最高2-3倍的游戏性能提升。高通和联发科的这两颗旗舰芯片,其GPU的能效比提升也几乎都接近了50%。

细看这些能效比表现出色的芯片,他们无一不在制程工艺和芯片架构上进行了重要升级,这也是高通和联发科芯片能够实现逆袭的关键点。

1、栽过跟头、吃过甜头,芯片巨头与工艺和架构相爱相杀

一直以来,半导体芯片制程工艺的进步都是推动芯片性能提升的关键因素,而芯片架构改进则更多考验的是设计厂商自己的功底,也是提升芯片性能不可或缺的一环。

工艺和架构对于芯片来说究竟有多重要?从高通在工艺和架构上“栽过的跟头”和“吃过的甜头”来看,我们已能略知一二。

比如提起高通在芯片工艺上吃过的亏,不少人都会想到“火龙”一词。从2007年高通首款“骁龙(Snapdragon)”处理器问世以来,“火龙”一直被用来形容在功耗上“翻车”的高通骁龙芯片。

2013年,苹果发布了首款64位手机芯片A7,性能直接翻倍,而联发科芯片的“多核”策略也取得了一定成果。

在种种外部压力下,高通在2014年选择做一次激进的尝试,将CPU从4核心一跃升级为8核心,并选择直接采用Arm公版架构,没有使用自研架构,GPU规格也进行了大幅升级,最终做出了骁龙810这颗芯片

十年后,高通和MTK终于把压力给到了苹果

当时的台积电20nm工艺性能似乎无法支持这样豪华的“堆料”,最终量产后,骁龙810的发热量十分惊人,其A57大核的单核功耗甚至可以达到5W。作为对比,当时整颗苹果A7芯片日常使用的峰值功耗不过5W左右。

当年的小米Note顶配版、乐视超级手机1Pro和Max、索尼Xperia Z4、和HTC one M9等机型均采用了这款芯片

初代“火龙”810成为当时不少手机厂商和消费者的共同记忆。

次年,高通匆忙将Arm公版架构改为自研的Kryo 64位CPU架构,CPU重回4核,同时转向与三星合作,采用了三星14nm FinFET工艺,推出了骁龙820。但不知是否是架构工艺同时大改,加之当时手机散热系统普遍表现不佳,骁龙820在功耗上面依旧表现不佳,一度被称为“二代火龙”。

时间来到较近的2020年,采用三星5nm工艺的骁龙888,其CPUGPU功耗大幅提升。相反,同时期一样采用A78架构的联发科天玑8100使用了台积电5nm工艺,能效比表现则非常优秀,甚至被称为是“一代神U”。

与骁龙888类似,2021年发布的高通骁龙8与联发科天玑9000几乎采用了相同的CPU架构,在工艺选择上,骁龙8采用了三星4nm工艺,而天玑9000则使用了台积电4nm工艺。最终骁龙8又在功耗上翻了车,接下“火龙”衣钵。

当然,有翻车的时候,就有走对的时候,在架构和工艺上取得优势时,高通这一代芯片也往往会被“封神”。

比如在三星工艺有明显优势的10nm节点上,2016年的高通骁龙835在采用三星工艺基础上,将Arm的A73和A53架构“魔改”为自己的Kryo大小核架构,结合自研与公版的优势,实现了45%的CPU功耗下降。骁龙835也成为不少消费者心中的一代神U。

十年后,高通和MTK终于把压力给到了苹果

这次逆袭苹果的第二代骁龙8,其在台积电4nm工艺迭代的基础上,将CPU主力的大核调整为2颗A715+2颗A710的组合,并将GPU进行了“扩容降频”,在提升整体性能的基础上实现了功耗的显著下降。

纵观高通骁龙芯片这一路走过来,只要高通不在工艺和架构上“玩火”,似乎就不会翻车。工艺和架构对于芯片性能表现是起到决定性作用的。

2、赢了工艺,赢了大半

虽然工艺和架构的升级往往是同时发生的,但一些业内人士认为,工艺的升级所起到的作用往往更为关键,甚至可以说赢了工艺,就赢了大半。

从高通到联发科,整体来看,谁能够在当时的节点上选择最成熟、良率最高的工艺,似乎就已经成功了大半,赢在了起跑线上,而选择台积电还是三星,也成为贯穿手机芯片发展中一个始终避不开的关键问题。

十年后,高通和MTK终于把压力给到了苹果

其实早年三星与台积电在工艺方面的博弈是互有胜负,并非如今的“一边倒”态势,比如苹果最开始的A系芯片就是由三星代工。

台积电虽然早在十余年前就开始与苹果接触,但最终芯片落地iPhone,是从A8芯片开始。当年搭载A8芯片的iPhone 6也被称为苹果最畅销的产品,截至2019年停产共出货约2.5亿台。

尝到甜头的苹果,与台积电的关系更为密切,台积电也专门为苹果成立了300人研发团队,后续苹果M1、M2系列芯片在工艺、产能上的“游刃有余”,都与双方深度的合作密不可分。

近两年,三星在手机芯片所青睐的先进工艺制程上可以说被台积电抢尽了风头,也抢尽了订单。但根据业内信息,三星正在3nm节点上努力提升良率,甚至其3nm工艺已经开发至第二代。

手机芯片工艺之战,已经成为芯片设计厂商和代工厂商共同参与的一场角逐。

二、凭啥用上先进工艺和最新架构?芯片技术之战拼的还是人才

既然工艺和架构如此重要,那么如何在这两方面实现突破,进而形成自身的优势呢?这对于所有芯片设计厂商来说,都是一道必答题。

对于这个问题,我们从联发科冲击高端市场的历程中或许能够得到一些答案。

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