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PC芯片厂造手机芯,为什么这么难?

2020-05-28
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手机芯和PC芯厂商向来各玩各的。在芯片制造这条“楚河汉界”的两端,一面是以英特尔、AMD、和NVIDIA为核心致力于桌面办公的“老大哥”,而另一面则是以高通、苹果、和麒麟为代表主宰移动时代的“后浪”,前者在PC时代风光无限至今仍余威不减,而后者则在移动时代大显身手仍欲掌控5G时代。
从PC时代,到移动时代,再到如今的5G/万物互联时代,手机芯厂商和PC芯厂商之间“你来我往,好不热闹”,然而“小卒子过河,有去无回”,双方只要一跃边界,便仿佛受魔咒一般无法正常发挥。无论是曾经红极一时的NVIDIA Tegra手机芯,还是当下被寄予厚望的高通骁龙PC芯,都有些上不了台面。

NVIDIA Tegra手机SoC芯片失败收场

NVIDIA Tegra出生于一个好时代,准确的说是一个“天时地利人和”的绝佳时代。
2007年1月,iPhone一代产品在美国旧金山横空出世,凭借着全触控设计和iOS操作系统等优势,乔布斯和苹果正式将手机行业拉进智能手机时代。同年11月,Google正式对外展示了Android操作系统,并以Apache免费开源许可证的授权方式,发布了Android的源代码。自此,当今两大手机操作系统全部亮相,而NVIDIA Tegra便是诞生于此时。
2008年2月,已经洞察到移动市场潜力的老黄(NVIDIA CEO黄仁勋)发布了旗下首款应用于智能手机与掌上电脑平台的APX2500芯片,即Tegra第一代芯片,然而无法完全摒弃PC芯制造思维的老黄注定了Tegra未来的悲惨结局。
事实上,早在第一代Tegra芯片之前,NVIDIA旗下便拥有自家的手机芯,即Goforce芯片,这个听起来便很老黄的命名方式与当下NVIDIA PC端Geforce独立显卡仅有一字母之差。
作为专为手机等移动平台打造的独立显卡,搭载Goforce平台最知名的产品或许便是摩托罗拉V3系列中的V3xx了,然而GoForce 3D 4800的加持并未让V3xx有多“鹤立鸡群”,反而由于比较鸡肋的可编程GPU 3D核心(尽管是移动端首个可编程GPU核心)等因素影响,GoForce在GoForce 6100之后便销声匿迹。
相比集成度更高的SoC芯片,以Goforce为代表的移动端独立显卡徒有一个高端大气的虚名。在实际商用过程中,无论是整合芯片提升总线效率,还是提升生产效率节省成本,亦或是降低功耗减少散热,SoC芯片都有其独到的优势,也正是如此,老黄才决心自己制造SoC芯片,即Tegra系列芯片。
然而刚一推出的Tegra一代产品并未获得太多订单,仅有彼时致力于打造Windows Phone操作系统的微软给予支持,直到首款移动双核芯片Tegra 2的出现。
凭借着不错的CPU性能和领先于对手一代的GPU性能,Tegra 2获得了不少主流手机和平板电脑品牌的订单,包括三星、摩托罗拉、LG、东芝、Acer、和华硕等,Strategy Analytics市场调研数据显示,2011年Tegra 2在Android平板电脑的市场份额约为34.4%。
然而架构老旧的Tegra 2依旧存在诸多问题,除了依旧采用分离式渲染架构,老黄的习惯性阉割也令Tegra 2出了大问题,缺失neon单元(simd拓展指令集)的Tegra 2在多媒体性能上远不及彼时友商的SoC,而这也成为了Tegra 2的最大黑点。
而到了Tegra 4时代,Tegra系列的订单大幅减少。据国内媒体快科技此前报道,2012年搭载Tegra芯片的手机市场份额仅为1~2%,同比下降54%,彼时的高端和低端芯片市场分别别高通和联发科。
当然,这中间还有一个插曲,彼时仅将高通视为对手的英特尔在移动端芯片市场份额将至不到1%,至此PC端两大芯片厂商发力手机端的梦想随之破灭。
总结来看,Tegra系列失败的原因主要包含四大方面:架构老旧、基带缺失、功耗过高、以及价格问题。
首先,Tegra系列吃老本,架构老旧,制程工艺上落后友商(K1之后好一些),比如Tegra 4未使用当时业内的统一渲染架构,而是采用老旧的像素、顶点分离式,这直接导致Tegra 4不支持当时新的OpenGL ES 3.0标准规范,与友商差了一大截。
架构老旧直接导致本来略有领先CPU和GPU性能在随后被友商逐渐追赶并碾压,在搭载Tegra 4的小米3移动版发布会上,老黄用蹩脚的中文表示,“我们特别擅长图形处理技术”,然而在移动市场,老黄似乎并没有如其所愿。
小米3移动版发布会上,老黄与雷军“尬聊”
其次,基带的缺失,这一直是老黄造手机芯最大的弱点(唯一集成基带的产品只有Tegra 4i,但是性能却阉割很多,产能也有问题),这导致很多OEM厂商在NVIDIA买芯片之后还要去高通等厂商买基带,以至长期无法及时完成处理器和基带的整合,这也是为什么当时NVIDIA在平板市场较为突出的原因(无需基带),而“买CPU送基带”的高通则在基带整合方面优势明显。
第三,则是功耗过高、散热不行而导致降频,当然这是和架构老旧有着直接关系。“架构落后,性能全是靠发热堆上去的”,一位Tegra产品老用户回忆道。
目前唯一为国人所了解、搭载Tegra芯片的任天堂Switch所采用的X1芯片为20nm架构,同架构的产品为当年高通的失败之作骁龙810,过高的TDP功耗引发的过多热量导致X1在Switch中只能通过降频来缓解,所幸的是Switch对于硬件性能要求并不高。
第四,价格问题。如果说高端芯片是由于基带等问题无法和高通竞争,那么中低端芯片便是由于成本过高无法与联发科等厂商竞争。
如今,在移动市场大败的Tegra芯片已经全面转战于自动驾驶领域(2015年),而曾经Tegra的官网如今也已经改成Jetson,而任天堂下一代Switch的处理器便很有可能为Jetson TX2。

AMD联合三星冲击手机SoC芯片新高度

除了搭载Jetson TX2芯片,此前也有外媒透露这款并不会在今年推出的全新Switch或将搭载三星与AMD联合研发的全新处理器,这项始于2019年的合作极有可能改变整个移动芯片市场格局。
2019年6月,三星与AMD宣布将在芯片领域开启深度合作,AMD将向三星授权RDNA图形架构的可定制图形IP以用于移动设备,而三星则将向AMD支付技术许可费和版税。
对此,AMD CEO Lisa Su表示,“与三星达成合作后,AMD将加速图形处理技术在电脑、游戏机、和云端等领域的应用,推动手机GPU的创新步伐,同时扩大高性能Radeon图形处理技术的客户群及生态系统。”
同年11月,外媒消息显示,三星将解散自研猫鼬架构CPU团队,重新拥抱ARM架构(不排除三星会对公版架构进行半定制设计),这将意味着饱受自研架构拖累(能效、制程等方面均有所差距)的三星Exynos处理器性能或将重回、甚至超过Exynos 7420(猫鼬架构前最后一代公版架构CPU)时代的巅峰。
然而,对于三星而言,光是重回ARM公版架构显然是没有用的。众所周知,相比高通骁龙芯片,目前三星Exynos与华为麒麟芯片最大的劣势便是GPU性能的差距,这主要是由于三星和华为采用的是ARM Mali GPU,相比骁龙Adreno GPU差距明显,这也是三星此次与AMD合作的关键原因。
不久前曝光的三星Exynos 1000芯片(或为5nm工艺)测试数据显示,该芯片GPU多项成绩已经远远超过骁龙865的Adreno 650 GPU,正常模式下Manhattan 3.1得分高出Adreno 650 47.8%,而在对GPU性能要求更高的Aztech Normal、和Aztech High项目测试中,Exynos 1000则分别高出Adreno 650 160.9%和190%,GPU性能优势明显。
GPU测试成绩:成绩越高越好
据了解,Exynos 1000所搭载GPU的架构便是AMD RDNA,即AMD RX 5x00系列同款PC端显卡平台。多项综合基准测试表明,AMD RDNA架构的GFXBench测试成绩高于Adreno 650。而此前也有媒体表示,即将发布的三星Exynos 992在运算性能方面也将比骁龙865提升1~3%。
事实上,这并不是AMD首次进军手机芯片市场,早在2002年,ATI便推出自家手机处理器ATI Imageon,2006年被AMD收购后改名为AMD Imageon,然而由于这款处理器糟糕的市场表现,2009年AMD将其以2000万美元打包卖给了高通,这便是Adreno GPU的前身,因此现在三星与AMD合作的全新三星Exynos处理器在某种意义上与高通骁龙处理器是同宗同源的。
至于AMD为何不自行进入手机芯片市场而选择三星合作,主要是由于NVIDIA Tegra芯片的前车之鉴和三星在手机芯片领域多年来的经验积累。
首先,芯片功耗过高等问题是手机芯的大忌,这是AMD这家PC芯片厂商无法解决的,依托三星Exynos是非常明智的选择。
其次,在手机芯片的制造上,三星拥有雄厚的技术积累,如果不是三星自研架构的拖累,或许现如今Android手机芯片市场份额会有很大不同。
再次,5G初期,越来越多的手机OEM厂商选择三星Exynos芯片,比如去年vivo主动向三星寻求合作的、搭载Exynos 980芯片的vivo X30/X30 Pro 5G手机。
最后,CPU市场已经被高通、三星、华为、联发科等几个玩家控制着,自行进入显然不合适宜,单说专利费这一点便够AMD喝一壶的,因此AMD现在与三星的合作模式(还能收取费用)显然要划算得多。
PC芯片厂商造手机芯片这件事,NVIDIA不是第一个,AMD也不是最后一个。至于未来如何,让我们拭目以待。




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