Qualcomm智能型手机芯片战略彻底分析

智能型手机处理芯片性能大幅提升

    芯片制造商无疑Qualcomm是智能型手机崛起大趋势的重要推手，2012年将问世的Snapdragon S4系列芯片更将再次改变外界对高阶手机芯片性能的认知。想要了解Qualcomm智能型手机芯片战略彻底分析？

    历经过去几年的高速发展，智能型手机已成为随处可见的消费性电子产品，而且未来数年还将延续快速普及的大趋势。根据市场顾问公司Strategy Analytics的预估，2011年至2015年全球智能型手机累计销量将达到40亿台；2011年第三季中国大陆地区智能型手机出货量较上一季成长58%，达到2400万台，也让中国正式成为全球第一大智慧手机单一市场。芯片制造商无疑Qualcomm是智能型手机崛起大趋势的重要推手，2012年将问世的Snapdragon S4系列芯片更将再次改变外界对高阶手机芯片性能的认知。想要了解Qualcomm智能型手机芯片战略彻底分析？请看手机王网站分析报导。

    ▲随着消费者对智能型手机性能的要求越来越高，2012年Snapdragon系列芯片组将成为市场上主流产品的首选。

    智能型手机及平板计算机的快速发展，也让相关硬件厂商嗅到庞大商机；在所有零组件之中、CPU（Central Processing Unit，中央处理器）无论对于计算机、还是智慧手机都是关键所在，其运算频率、架构特性和核心都决定其其性能的高低。与PC桌上型计算机不同的是，智能型手机的应用处理器芯片都是称为“SoC”系统整合芯片，芯片内包括了处理通用运算CPU、处理图形显示的GPU以及存储器控制器（memory controller）等模块，更高阶的SoC芯片还整合信号译码芯片、GPS芯片等。目前市场上的主流产品如“Apple A5”、“TI OMAP 4”、“NVIDIA Tegra 2”或“Qualcomm Snapdragon Scorpion”都是SoC系统整合芯片。

    ▲得益于重要客户如HTC、SAMSUNG、LG产品出货快速成长，Qualcomm在2011年获得了巨幅成长、旗下MSM系列芯片出货量达到了创记录的4.83亿片。（图片来源：Qualcomm 官方资料）

    由于在运算性能及低功耗要求上取得平衡，目前市场上多数智能型手机都采用由ARM授权生产的RISC架构处理芯片，各家芯片厂商也冠上了不同的款式名称，但可从芯片架构上来区分其性能高低。从2008年开始，ARM开始授权设计更具有弹性的Cortex AX系列架构，与采用ARMv6指令集的ARM 7（目前多用于白牌手机芯片）、ARM 9、ARM 11（目前仅存在于入门级智能型手机芯片）系列相比，采用ARMv7指令集的Cortex A8系列运算性能大幅提升3倍、对比过Apple iPhone 3G和iPhone 3GS性能的使用者应该深有感触。而Cortex A9架构更促成了双核处理器芯片的诞生，智能型手机的功能也进一步增加。

    ▲与 PC 桌上型计算机不同的是，智能型手机的应用处理器芯片都是称为“SoC”系统整合芯片。（图片来源：Qualcomm 官方资料）

Qualcomm提供智能型手机完整设计解决方案

    要讨论智能型手机芯片厂商，就不能不提到在2011年巨幅成长、旗下MSM系列芯片出货量达到了创记录的4.83亿片的全球通信芯片市场的领导厂商Qualcomm！1985年由7位有识之士在Irwin Jacobs博士于美国圣地亚哥的家中创立的。Qualcomm英文名称为“Quality Communications”的缩写，清楚说明了公司创办人希望让高质量的通讯科技，能成为推送整个社会发展的动力。身为全球最早致力现代无线通信商用和产业化的厂商，Qualcomm推出 CDMA商用无线通信系统、并开创性的解决了一系列从理论模型建立到电路系统实现、最后到无线系统网络部署的几乎所有关键工程难题，并由此形成庞大的专利保护壁垒。目前的 UMTS / CDMA / TD-SCDMA通信格式几乎很难完全绕过Qualcomm的专利，早期GSM规格专利结构，以主要专利持有人之间的低成本、或免费交叉许可为基础，这种结构使少数几家通信巨头垄断市场，并阻碍了新厂商的加入，进而减少消费者的选择。而Qualcomm在 CDMA2000和WCDMA规格的通信市场上，推动低于手机批发价格5%的专利费，帮助超过135家授权厂商打入行动通信市场，可说是全球迈入3G通信时代的重要推手。

    ▲由于在TDMA / CDMA / OFDM / MIMO所有领域的基频接收、以及抗干扰算法方面显著领先其他竞争对手，Qualcomm与绝大多数手机品牌都有业务合作关系、这连带增加了捆绑销售智能型手机完整解决方案的可能性。（图片来源：Qualcomm 官方资料）

    与TI德州仪器及Intel Marvell相比，Qualcomm还算是RISC架构处理芯片的后进者。德州仪器（TexasI nstruments）很早就开始供应包括NOKIA、MOTO、HTC品牌智能型手机所需的处理器芯片，从一开始运算速度为132 MHz的OMAP 710到如今双核心OMAP 4 系列芯片。德州仪器的产品能兼容包括Linux、Windows CE、Palm、Symbian S60、Windows Mobile 在内的各种作业系统。过去Intel拥有的手机芯片部门XScale也曾推出以高性能为特色的 RISC架构芯片，著名的PXA 270芯片更大量用于包括Palm 650在内的智能型手机。但是在智能型手机市场前景一片大好的时候，Intel却出人意料的将Xscale 高价卖给了Marvell、也断送了继续在ARM架构芯片市场存在的后路。

    ▲除了在Android作业系统阵营大受欢迎之外，Qualcomm的解决方案目前也是Windows Phone作业系统阵营内的主流。（图片来源：Qualcomm官方资料）

    过去Qualcomm在智能型手机处理芯片的名声不若TI或Intel那么响亮，但由于在TDMA / CDMA / OFDM / MIMO所有领域的基频接收、以及抗干扰算法方面显著领先其他竞争对手，Qualcomm与绝大多数手机品牌都有业务合作关系、这连带增加了捆绑销售智能型手机完整解决方案的可能性。由于产品涵盖入门、中阶及高阶市场并同时支持Android作业系统与 Windows Phone作业系统，加上重要客户如HTC、SAMSUNG、LG产品出货快速成长，Qualcomm在2011年获得了巨幅成长、旗下MSM系列芯片出货量达到了创记录的4.83亿片，旗舰产品Snapdragon处理器更是凭借高处理性能及出色的图形处理能力，成为 Android 作业系统和Windows Phone作业系统阵营中最受欢迎的智能型手机处理芯片：目前有超过 300款已发布的智能型手持装置选择使用Snapdragon平台，还有350款新产品正在设计中、超过30家合作伙伴共推出超过225款采用Snapdragon处理芯片的Android作业系统智能型手机。

    ▲智能型手机处理芯片性能在过去几年大幅成长，这也是智能型手机普及的背后动力之一。

    简化产品命名有利于消费者识别

    随着消费者对智能型手机性能的要求越来越高，2012年Snapdragon系列芯片组将成为市场上主流产品的首选，Qualcomm也决定更改芯片命名方式让消费者更容易识别。未来Snapdragon处理芯片将分为4种等级：System 1（S1）、System 2（S2）、System 3（S3）与System 4（S3）。Snapdragon S1系列芯片组强调性能与电池寿命的平衡性，处理芯片内整合运算速度达1GHz的CPU与Adreno 200图形显示芯片。Snapdragon S2系列芯片定位给高效能智能型手机与平板计算机产品使用，处理芯片内含市场上运算速度最高的单核行CPU Scorpion（运算速度可达 1.4GHz）以及Adreno 205图形显示芯片。Snapdragon S3系列芯片定位于强调多工与游戏表现的中高阶手持装置，处理芯片拥有高于S2系列两倍与高于S1系列4倍的图形显示效能、并含有运算速度高达1.5GHz的双核Scorpion处理器。

    ▲目前已确定率先换用Krait新核心架构的SoC芯片为双核1.5GHz（最高极限频率可达 1.7 至 2.0 GHz）处理芯片MSM8960。（图片来源：Qualcomm 官方资料）

    刚于2011年11月发表的Snapdragon S4系列芯片涵盖双核与4核应用处理器两种设计方案，该系列基于Qualcomm自行研发、有别于ARM标准架构的“Krait”架构与28nm制程工艺。根据Qualcomm官方文件数据，“Krait”架构处理芯片的DMIPS / MHz性能参数为3.3，对比相同运算频率的Cortex A9架构竞争对手快了约30%，运行相同任务时“Krait”架构的功耗也较低（265mW），而上一代Scorpion架构的功耗为432mW。若再考虑更高的运算频率及四核心架构设计，Qualcomm对Snapdragon S4性能的承诺（可比上一代产品减少65% 耗电量，以提升电池续航力，并同时提升150% 运算效能）并非没有根据，目前已确定率先换用“Krait”新核心架构的SoC芯片为双核1.5GHz（最高极限频率可达1.7至2.0GHz）处理芯片MSM8960，外界对即将问世的新产品线非常期待。

    ▲Qualcomm的产品线覆盖完整的市场级距，未来更全力支持4G通信规格。（图片来源：brightsideofnews.com）

智能手机芯片图形显示功能更上一层楼

    图形显示功能更上一层楼

    影响智能型手机整体使用体验的，并非只有处理芯片内的CPU Central Processing Unit中央处理器），负责3D与平面图形处理的GPU（Central Processing Unit 图形处理器）也非常重要！前面提到SoC系统整合芯片内，已包含CPU与GPU在内的各种控制模块，因此如何搭配成为影响智能型手机游戏性能的关键。最好的例子就是HTC Hero使用的MSM7200处理芯片，虽然运算频率可达528MHz，但由于芯片内GPU采用2005年的技术（ATI Imageon 2300），因此其3D图形性能表现一般。而后继机种HTC Legend使用的MSM7227处理芯片虽然仅将运算频率提升至600 MHz，但芯片内的GPU换用全新设计的Adreno200内核、因此其3D图形与游戏效果大幅提升。

    目前在智能型手机领域最常见的GPU，不外乎Adreno和PowerVR SGX两大系列，其中 Adreno系列是在Qualcomm 收购AMD手机图形芯片部门ATI Imageon之后，加速整合进入该厂SoC 芯片产品内，而研发PowerVR SGX系列的Imagination Technologies公司则采用开放授权模式，因此得到了包括Apple、SAMSUNG、TI 甚至MTK联发科等IC设计团队的大力支持。在性能对比上，过去PowerVR SGX系列更强调图形填充率、而Adreno系列更偏重于多边形生成率，所以Adreno内核更适合用在影像动态模型更复杂的游戏中，但是在高分辨率荧幕及色彩绚丽的游戏画面下则稍显吃力。最重要的是由于Apple及iOS软件开发工具对PowerVR SGX系列的大力支持（至今每一代 iPhone 皆采用该系列图形处理内核），所以大多数手机游戏都针对PowerVR SGX内核进行最佳化设计，而Android平台的游戏又大多移植自iOS平台，所以才会有使用者反应采用PowerVR SGX 内核的SAMSUNG 智能型手机其游戏效果优于 HTC 同等级产品（采用Qualcomm 处理芯片及 Adreno 内核），处理芯片运算频率只有550MHz的MOTO Droid（采用TI OMAP处理芯片及PowerVR SGX 内核）运行游戏的速度却与HTC Desire不相上下等现象。

    ▲得益于在各领域强大的硬件性能，目前已有超过300款已发布的智能型手持装置选择使用 Snapdragon平台。（图片来源：Qualcomm 官方资料）

    针对过去外界对Qualcomm处理芯片颇为诟病的“图形显示芯片性能较差，导致游戏性能不及对手”劣势，Qualcomm也积极迎头赶上。Snapdragon S4 系列芯片首款产品：换用Krait 新核心架构的处理芯片MSM 8960将整合最新一代Adreno 225图形处理内核。根据 Qualcomm官方文件数据，Adreno 225芯片的性能相当于Adreno 205的两倍，其图形处理能力应与Apple iPad 2采用的PowerVR SGX543MP2图形处理内核相当，不但运算频率提升到 400MHz、来自于台积电的28纳米等级晶圆制程工艺更有效提升了节能效果。目前所有 Adreno 2XX系列的图形显示核心均采用DirectX 9.0 格式，Qualcomm表示未来将在适当的时机推出拥有专利、支持 DirectX 11（D3D11）的图形核心，届时Adreno 225内核的3D图形显示性能又将更上一层楼。

    随着硬件性能的不断提升，越来越多软件厂商也开始针对Adreno内核进行最佳化设计。由于 60% 以上的智能型手机用户经常在手机上玩游戏，Qualcomm也与包括Electronic Arts Inc.、Gameloft Inc.、Glu Mobile Inc. 在内的众多主流智能型手机游戏公司紧密合作以带来更好的游戏体验。2011年6月问世的GamePack是专门提供给Snapdragon处理器的用户下载的精选游戏名单，包括Tripwire Interactive公司出品的《狂暴天球》（The Ball）、NAMCO BANDAI Games 出品的经典游戏《小蜜蜂》（GALAGA）30 周年特别版等大作都在名单之中，使用者还可藉由Snapdragon Game Command应用软件更方便下载所喜爱的游戏。

▲2011 年6月问世的GamePack是专门提供给Snapdragon处理器的用户下载的精选游戏名单，目前已经包括许多闻名的游戏大作。（图片来源：Qualcomm 官网）

    不仅是中高阶智能型手机所使用的处理器，Qualcomm也在潜力不可小觑的入门级智能型手机所使用的处理器市场努力耕耘，市场调查机构预估2009年至2014年之间，中阶及入门级智能型手机的年出货量将增加9倍之多，而这些产品大多选择使用著名的Qualcomm MSM 722X系列芯片，明年Qualcomm与台湾厂商MTK联发科将在入门级智能型手机用处理器市场展开激烈竞争，笔者也将在日后专门撰文进行仔细分析。

▲不仅是中高阶智能型手机所使用的处理器，Qualcomm也在潜力不可小觑的入门级智能型手机所使用的处理器市场努力耕耘，包括推出主打轻省应用的Brew作业系统。（图片来源：Qualcomm 官方资料）