一颗手机芯片的秘密

如果在大城市街头随便逮一个用户，问他的 Android 手机用的什么芯片，绝大多数人能够告诉你是 “双核” 或 “四核”，其中可能一半的人告诉你它是 Qualcomm 双核或四核。

随着智能终端尤其是智能手机的高速普及，移动芯片品牌与产品同样成为智能移动终端领域重要的核心与推动力，而移动芯片厂商也借机从幕后走向前台。

作为 PC 时代的产物，CPU 的概念深入人心，但进入到移动时代，尽管 CPU 的地位已经发生改变，但由于这样的历史习惯，诸如 “Qualcomm CPU” 这样的称法仍然非常普遍，但严格来讲，像 Qualcomm 骁龙 APQ8064、Qualcomm 骁龙 801 这些型号都并非单独的 CPU，而是 SoC（系统级芯片）。

SoC 的另一个名称是 “片上系统”。从狭义的角度讲，它指的是一个包含完整系统并有嵌入软件的全部内容的集成电路。从广义角度讲， SoC 是一个微小型系统，如果说 CPU 是大脑，那么 SoC 就是包括大脑、心脏、眼睛和手的一个系统整体。

实际上，在一颗 Qualcomm 骁龙 SoC 中，CPU 只占据了 15% 的能力，CPU 是顺序执行一般计算任务，而 SoC 是多个专业处理单元的 “移动异构计算”。其他 85% 则来自 GPU（图像处理器）、DSP（数字信号处理器）、Modem（调制解调器）、GPS（导航定位）、多媒体等等芯片的贡献。

“芯片组就好比划船，如果每个零件都很好，就像双手划船；而如果只有 CPU 而没有其他组件很好配合的话，就好比单手划船。” Qualcomm 市场营销副总裁 Tim McDonough 这样形象地比喻 CPU 在一颗 SoC 中的作用。

“现在的问题不是说硬件过剩，而是把一些能力放到不该放的地方。比如 CPU 的能力是过剩的，但其他能力还是不足，比如续航，比如与用户体验息息相关的划屏——由 GPU 核心决定。”Qualcomm 副总裁沈劲此前在接受爱范儿的采访时这样说。

事实上，从去年开始，Qualcomm 就一直在弱化人们对 CPU 的认知，而去推崇 “体验引擎” 的概念，所谓 “体验引擎”，正是指 CPU 之外的组件对于用户体验的提升。之所以这样做，一方面是因为人们在 PC 时代认知的问题，另一方面在于手机终端不同于电脑，它不仅仅是一个运算工具，还充当着用户的音乐视频播放器、相机、导航仪和游戏机。

具体来说，除了 CPU，一颗 SoC 还包括负责图形处理能力的 GPU、负责手机对人的主体理解的能力的 DSP、负责连接性的 Modem（LTE、WiFi、USB 蓝牙和 FM）、负责定位功能的 GPS、格洛纳斯和北斗，以及负责多媒体的 ISP 和音频芯片等。

就这几方面的能力，Qualcomm 分别为其推广了子品牌，比如外界比较熟悉 GPU Adreno 品牌，其 Modem 品牌是 “Gobi”，DSP 的品牌是 “Hexagon”。

为了降低智能手机的功耗，Qualcomm 骁龙 SoC 会充分利用芯片的能力，比如在播放音乐时，调用 DSP 而非 CPU 的能力，在体验大型 3D 游戏时，手机会调用 GPU 的处理能力。

拍照可谓智能手机上最重要的功能之一，可即便是搭载了相同的摄像头，为什么不同手机的成像质量却大相径庭？

这就得从另外一个集成在 SoC 里的 ISP 芯片说起。ISP 芯片是拍照过程中的运算处理单元，相当于相机的 “大脑”，其作用就是对传感器输入的信号进行运算处理，最终得出经过线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光校正等处理后的结果。ISP 芯片能够在很大程度上决定手机相机最终的成像质量，通常它对图像质量的改善空间可达 10%-15%。由于不同厂商对于 ISP 芯片的利用程度不同，最终成像质量的差异也就不足为奇了。

Modem 可能是消费者最容易忽略掉的一个重要因素，作为手机网络支持的组件，Modem 需要满足不同网络模式的无缝连接，并要在复杂情况下消除干扰，它涉及到数据吞吐量、电池消耗、连接能力等多方面用户体验。

目前最新的骁龙 805 搭载了今年发布的 28nm Gobi MDM9x25 调制解调器，支持 150Mbps 的 LTE Cat 4 网络，而另外搭载全新的 Gobi MDM9x35 调制解调器之后，就可以支持理论上最高速度为 300Mbps 的 LTE-Advanced 网络。三星刚刚发布不久的 Galaxy Note 4 正是采用了这款 SoC，而高速连接是 Galaxy Note 4 强调的重点之一，除此之外，骁龙 805 还为 Note 4 提供了 4K 拍摄以及 H.265 硬件解码的功能。

电池续航能力是智能手机硬件发展中一直面临的桎梏。在电池行业未能取得突破性进展之前，如何降低智能手机的功耗成为主要的解决途径。作为耗电大户，SoC 在功耗管理上的优化显然永无止境，比如什么时候该高电压，什么时候该低电压；屏幕暗的时候别让主处理器醒来，让 LED 背景灯调低，做一定像素补偿等等。

利用 Sensor 提升续航能力的一个代表性例子：三星 Galaxy Note 3 使用 Qualcomm RF360 射频芯片后，前端在射频这一块省了 30% 的电。RF360 的原理是把多点传输的射频信息压缩到一条点对点的通道中，降低射频信号对功耗的损伤。

“CPU 是 PC 时代的一套东西，移动不是继承 PC 时代的东西，而是重新定义。” 沈劲说。

作为技术的必要铺垫，Qualcomm 仍然在继续定义未来。在过去几年中，Qualcomm 研发团队一直致力于开发一种突破传统模式的全新计算架构。他们希望打造一个全新的计算处理器，模仿人类的大脑和神经系统，使终端拥有大脑模拟计算驱动的嵌入式认知。换句话说，在未来，硅片与生物系统之间的界限可能会逐渐模糊，智能手机或许能够精准地预测到你想做什么。

题图来自：framestore.com