前言

最近，网络上对于安卓和苹果SoC芯片的评价，好像有所转变了。

相对于苹果的A15到A16的挤牙膏式升级，隔壁天玑9200、骁龙8 Gen2都有了显著的进步，尤其是GPU部分，大有干翻苹果A系列芯片的趋势。（GFXBench测试数据来源于极客湾，天玑9200为工程机跑分）

不是说，苹果芯片一直领先安卓一到两年的吗？怎么突然就要被干翻了？在解答这些问题之前，我想和大家聊聊手机SoC的进化史。

因为SoC涉及的知识量比较多，所以这里不做科普，只是简单盘点SoC发展过程中的一些经典芯片，并穿插一些行业“趣闻”和“内幕”。

为了便于阅读，下面将手机系统级芯片简称为SoC。

认识SoC

SoC全称是System on Chip，即系统级芯片，个人理解是以CPU芯片为基础，再将GPU、ISP、DSP、基带芯片、蓝牙芯片、Wi-Fi芯片和GPS芯片等集合在一起的芯片。

下面是SoC中部分芯片或模块的主要功能介绍：

• 中央处理器 (CPU) — 系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行芯片；
• 图形处理单元 (GPU) —做图像和图形相关运算工作的芯片；
• 图像信号处理单元 (ISP) —顾名思义，就是用来处理图像传感器输出数据的芯片；
• 数字信号处理器 (DSP) —用于处理数字信号（音频、图像和视频信号）的可编程微处理器；
• 神经处理单元 (NPU) —用来加速机器学习 (AI) 任务的芯片，例如离线语音识别等；
• 视频编解码器 —处理视频文件和格式的芯片；
• 调制解调器 —将无线信号转换为手机可以理解的数据的组件，包括基带、Wi-Fi和蓝牙芯片等；

这是联发科天玑9200的SoC示意图，大家可以从各个功能芯片面积的大小，大致感受下SoC中各模块的重要性差异。

谁在做SoC

SoC可以说是目前最复杂的芯片之一，不是说靠一个公司就能包揽下设计、生产工作的。

目前，大家熟悉的SoC厂商有苹果、高通、华为、三星、联发科等，这些厂商基本上都是购买ARM的授权后，直接使用或自研CPU、GPU，然后再和其他芯片集合在一起形成SoC，最后找代工厂生产即可。

在这个过程中，做授权的ARM扮演了一个非常重要的角色。ARM授权可分为三种，从高到低分别是架构/指令集授权、内核授权和使用授权。

架构/指令集授权，是指厂商有了这一级别的授权后，就可以从整个架构和指令集方面入手进行深度定制，也就是俗称的自研架构。目前，拥有架构/指令集授权的厂商主要是高通、苹果等行业巨头。

内核授权，指厂商可以将其购买的ARM核心应用到其自行设计的芯片中，但不得对核心本身进行修改。拥有内核级授权的厂商包括德州仪器、博通、飞思卡尔、富士通等。

使用授权，指的是厂商只能购买已经封装好的ARM核心，不能进行任何的二次开发。不过，厂商可以在ARM核心之外再封装其他芯片（ISP、NPU、DSP等）来增加更多功能和特性。目前，ARM对大部分中国背景的企业均采取这一级别的授权，例如华为、联发科等。

一个厂商有没有具备CPU的自研能力，主要是取决于ARM授权的等级。

芯片代工厂方面，手机行业目前主要有台积电、三星和中芯国际（以中低端产品为主）这三家。

值得注意的是，不同代工厂的工艺会存在较大的差距，例如同为4nm制程时，三星的工艺不如台积电先进，所以三星代工的产品发热会更大一些（参考骁龙8和骁龙8+）。

SoC芯片的进化之旅

一、萌芽阶段（？至2009年）

手机的SoC发展，是伴随着手机的发展而发展的。我认为手机的发展过程，可以粗略地分为4个阶段（不严谨，主要是为了大家有个概念）：

1. 通话机阶段，即1G手机时代，此时的手机仅有通话这个功能，手机最重要的芯片就是基带。

2. 功能机阶段，即2G手机时代初期至中期，此阶段的手机多了短信、游戏（贪吃蛇之类的）、wap上网等功能。单靠基带芯片，肯定是应付不了的，所以手机也需要同步增加CPU等新的芯片，以实现游戏之类的新功能。

3. 多媒体机阶段，即2G时代后期，此时的手机增加了音视频录制/播放等功能，所以手机又需要增加对应的芯片，以实现相应的功能。

4. 智能机阶段，即3G时代至今的时代。手机可以运行操作系统，还能够安装应用，对芯片的要求也越来越高。

从通话机发展成智能手机，手机功能越来越多，但体积却越来越小（5G手机比3G/4G手机大是因为电池、屏幕变得更大了），这里面SoC的出现可谓是功不可没。

由于年代较为久远，很难去考证SoC是何时诞生的。我所了解到的信息是，德州仪器在2002推出OMAP平台的时候，就已经将基带和应用处理器集成到一块芯片上，这应该算是手机业内早期（早期，不一定是最早）SoC的雏形。

​ 真正让SoC迈进快车道的，还得是苹果。2007年发布的初代iPhone，宣告了智能手机时代的到来。

（考虑到业内公认是苹果开启了智能手机时代，而智能手机又促进了手机SoC的发展，故在这里介绍手机SoC时，先介绍苹果的SoC，顺序先后并不代表自研实力的强弱）

1、苹果&三星

按乔布斯的定义，初代iPhone是集大尺寸触摸屏的iPod、革命性的电话和突破性的互联网通信设备于一身的产品。反正很厉害就对了，但论实际的使用体验，初代iPhone的表现并不算好。

其中一个原因，是因为初代iPhone用的三星的S5L8900，该SoC是基于公版的ARM11 CPU研发的，90nm制程，核心频率为666.6MHz，但苹果将频率降低到了412Mhz，集成16KB一级缓存，无二级缓存，集成频率为60MHz的GPU，拥有的可运行内存(RAM)也仅为128MB。

基带方面，乔布斯选择了外挂当时集成度比较高的英飞凌基带，因为它不会占太多的空间。

2、德州仪器

作为参考，2007年年底发布的德州仪器OMAP34XX已经用上了最新Cortex-A8 CPU，同功耗下性能是ARM11 CPU的三倍。OMAP34XX初期使用的是65nm制程，主频最高为600MHz，最高支持256MB DDR运存，后期的产品用上45nm制程之后，频率也来到了1.2GHz。

3、高通

作为日后安卓阵营最著名的SoC厂商之一的高通，它的自研能力一直都不差。 2007年，高通发布Snapdragon S1系列SoC时，就集成了ARM11的CPU、3G基带、GPS、Wi-Fi、蓝牙和DSP等芯片。

​ 2007年，我们迎来了安卓系统，谷歌也成立了开放手机联盟。次年，HTC G1发布，这是全球首款安卓智能手机，搭载了高通的MSM7201A SoC，65nm制程，集成了高通自研的Adreno 130 GPU、基带、蓝牙、Wi-Fi，CPU为公版的ARM11，运存达到了192MB。

对比之下，同时期的iPhone 2使用的还是初代iPhone上的S5L8900。早期的智能手机，配置方面安卓更有优势。

4、英伟达

2008年，传闻是因为微软的“忽悠”，英伟达进军手机芯片行业，其发布的首款手机芯片为apx 2500，65nm制程，ARM11 CPU，核心频率750MHz，256KB的L2缓存，集成GeForce GPU，支持OpenGLES 2.0和Direct3DMobile标准。

5、华为

华为2008年发布的首款手机芯片海思Hi3611（K3V1），是专门为微软的Windows Mobile系统而研发的。

180nm制程（也有资料说是130nm，可能是后期用上了更好的制程），CPU为ARM9，核心频率为460MHz，集成音频、视频解码模块，基带则是外挂。

Hi3611的制程工艺、CPU都比较落后，所以性能较差。不过由于采用了类似联发科的交钥匙（Turnkey）模式，并且整套方案的价格也便宜，因此也受到了部分山寨厂商的喜爱。

6、联发科

2009年，联发科发布了专门为智能手机打造的芯片解决方案MT6516，集成了ARM9 CPU、多媒体解码器、2G基带、Wi-Fi等。这款SoC原本是计划匹配微软的Windows Mobile6.5系统的，后来因为安卓崛起太快，联发科就调整了市场策略，将MT6156改成了适配安卓系统的解决方案。据了解，当时使用MT6516方案的安卓手机，零售价可以做到100美元以内。

​ 至此，手机芯片发展史上比较有名的SoC厂商，基本上都已经陆续有产品面世。那么在接下来的智能手机时代，它们之间的军备竞赛，又是怎样的呢？

二、爆发阶段（2010-2019）

爆发阶段横跨了十年，为了便于阅读，这里以时间为节点，挑选当年较为重要的一些产品和大家细聊。

2010年，苹果“自研”SoC面世，这一年，苹果发布了基于三星S5PC110魔改而来的A4芯片，精简掉了iPad和iPhone用不上的模块，并做了一些升级，将L2缓存从S5PC110的512KB增加至640KB，集成PowerVR SGX 535 GPU、Cortex-A8 CPU，并采用了GPU与RAM直连的方式，进一步提升性能。

差不多是同一个时间段，英伟达发布了业内首款集成双核CPU（Cortex-A9 ）的Tegra2，40nm制程，频率最高为1.0GHz。虽然砍掉了neon（ARM neon技术可加速多媒体和信号处理算法，如视频编码/解码、2D/3D图形等），导致在一些方面表现不佳，但是当年安卓盛行，加上性能尚可，因此也有不少厂家采用。

高通发布了Snapdragon S2系列SoC，45nm制程，基于ARMv7指令集自研了Scorpion CPU，最高频率达到了1.5GHz，支持双通道LPDDR2运存，集成自研的Adreno 205 GPU、3G基带。

2011年，苹果封神

2011年，苹果发布了iPhone 4S，这是史上最经典的智能手机之一。这款手机搭载的A5芯片是苹果自行设计的，45nm制程，集成双核Cortex-A9 CPU、PowerVR SGX 543+ GPU。

​ 可能是受iPhone 4死亡之握信号事件的影响，这一年苹果全面换上了高通的基带。当然，也交了更多的高通税。

这里解释一下何为高通税。2G时代，高通就建立了CMDA通信标准，并申请了大量相关的专利。不过当时的2G主流是GSM标准，所以高通对其他手机厂商并没有太大的威胁。

到了3G时代，大家发现怎么绕，也绕不开高通CDMA的专利墙，最终CDMA便成为了3G标准的核心。换句话来说，高通掌握了3G标准话语权。

4G时代，高通在4G通信标准上再次获胜，成为4G标准的主要话事人。

​ 手握众多专利的高通，自然得想办法将专利变成钞票，于是就出现了高通税。以苹果为例，只要使用了高通专利技术的iPhone，就需要向高通支付4%售价的专利授权费。

与此同时，联发科也发布了专为安卓智能手机打造的解决方案MT6573，集成ARM11 CPU、3G基带、多媒体模块芯片等。

这里，再和大家聊聊高通的另一个骚操作。面对联发科，高通干脆不收专利授权费了。前提是联发科的芯片只能卖给已经用过高通芯片的厂商，并且用了联发科芯片的机型，售价不得高于2000。看到这里，大家应该也明白，为何联发科多年来一直专注于低端机市场了吧。（当然，后面也曾尝试过推出10核CPU的SoC冲高端，但结果并不理想，直到5G时代高端之路才逐渐起色）

2011年，三星正式将旗下的手机芯片品牌命名为Exynos，并推出了著名的猎户座芯片，即Exynos 4210。45nm制程，双核Cortex-A9 CPU，1 MB L2 Cache，集成ARM Mali-400 MP GPU。

在2011年，德州仪器也推出了一款极具前瞻性的SoC OMAP4430，其除了拥有两颗Cortex-A9 CPU之外，还集成了两颗专用于IO调度和传感器控制的Cortex-M3协处理器，它们可以在主处理器处于低功耗状态时仍然保证设备的传感器反应速度。

同年，英伟达推出了全球首款四核CPU的SoC芯片Tegra 3，40nm制程，四核Cortex-A9 CPU。Tegra 3还有一个“Companion CPU core(伴核)”设计，同样为Cortex-A9架构，不过最高频率仅500MHz。这一年英伟达还收购了基带厂商Icera，具备了处理器、基带的研发能力。

2012年，德仪离场，苹果、高通再突破

2012年，德州仪器退出移动市场。尽管它的SoC性能在当时并不算差，可惜基带技术已经跟不上时代，导致整体成本下不来，最终只能黯然离场。

这一年，苹果有了真正意义上的自研SoC——A6。其不再使用ARM公版CPU，而是基于ARMv7s指令集自主研发了“Swift”架构的CPU，性能介于Cortex-A9和Cortex-A5之间，32nm制程,，集成三核心的PowerVR SGX 543MP3 GPU。

凭借着3G专利混得风生水起的高通，这一年发布的MSM8960，28nm制程，集成自研的Krait架构CPU、支持几乎所有通信制式的新基带、自研的Adreno 225 GPU。

而华为，则是迎来了首款出货量达到千万级别的SoC K3V2 ，40nm制程，集成四核Cortex-A9 CPU、16核的Vivante GC4000 GPU。该款SoC尺寸规格为12x12mm， 号称是当时最小的四核SoC。

2013年，首款64位SoC诞生

2013年，苹果发布了业内首款64位CPU的SoC——A7，28nm制程，自研的Cyclone CPU。从A7开始苹果增加了低功耗协处理器M系列，专门负责计算手机的各项传感器数据。

​ 这一年，高通旗下的Snapdragon SoC启用了骁龙这一中文名，并梳理了产品线，将骁龙分为200/400/600/800四阶定位。同时，高通第三代Gobi LTE调制解调器加入对LTE-Advanced（4G+）以及全网通的支持，为后来统一手机网络制式打下了硬件基础，自此以后大家买手机不用再选移动版、联通版这样的机型了。

英伟达这一年也带来了Tegra 4，28nm制程，集成72个GeForce GPU核心、四核Cortex-A15 CPU以及节电核心、摄影运算架构，可选的Icera i500基带。

联发科发布的MT6592，凭借着“真八核”的宣传噱头和足够实惠的价格，成为各家大厂互联网手机的首选，在中低端市场又杀疯了。

2014年，麒麟爆发

2014年，高通推出了旗下首款64位CPU的SoC，然后诞生了史上最著名的火龙——骁龙810。20nm制程，四核Cortex-A57+四核Cortex-A53的CPU，Adreno 430 GPU，支持完整的H.265硬件解码。因为Cortex-A57发热大的原因（单核心5W，四核心20W），骁龙810当时的口碑并不好。

​ 2014年初，华为推出了麒麟910，这是华为首款以“麒麟”为名的芯片。28nm制程，四核Cortex-A9 CPU、Mali-450 MP4 GPU，集成了自研的巴龙710 LTE 4G基带。

同年6月，麒麟920芯片发布，28nm制程，集成四核Cortex-A15+四核Cortex-A7 CPU、Mali-T628 MP4 GPU、音频芯片、视频芯片、ISP、自研的Balong720基带。

​ 9月，麒麟925发布，大核主频从麒麟920的1.7GHz提升到1.8GHz，并集成了“i3”协处理器。 10月，麒麟928发布，大核主频从1.7GHz提升到2.0GHz。

隔壁的英伟达，终于想起它是显卡厂商了，在2014年的Tegra K1上面，直接集成了192核心的开普勒架构GPU，支持基于DirectX 11.1的虚幻4游戏引擎，能让移动设备实现PC级的游戏特效。

2015年，三星迎来高光时刻

2015年，三星迎来了它的高光时刻。三星Exynos 7420虽然和骁龙810一样是四核Cortex-A57+四核Cortex-A53的架构，但因为用了14nm制程，工艺上有优势，所以性能、功耗等参数反超骁龙810，这让采用了Exynos 7420的Galaxy S6系列因此大获成功。

骁龙810使用公版CPU翻车之后，高通在2015年年底便发布了自研CPU架构的骁龙820，集成4核Kryo CPU+Adreno 530 GPU+Hexagon 680 DSP+X12 LTE基带+Quick Charge 3.0等。

华为发布了麒麟950，16nm制程，四核Cortex-A72+四核Cortex-A53，Mali-T880 MP4 GPU，集成自研的双核14 bit ISP、自研音视频解码芯片。

英伟达推出了最后一款移动芯片Tegra X1，20nm工艺，CPU和骁龙810列相同。而GPU部分则采用了Maxwell架构，共计256个流处理器，堪比入门级PC独显。此后，英伟达便正式离场。

联发科发布了Helio X20，集成了十核CPU，试图冲高端市场。三丛集架构挺有前瞻性的，是今天的主流，但当时联发科的十核CPU却经常出现个别CPU超负荷，其它CPU核心却袖手旁观或关闭(锁核)的现象，于是被网友们戏称“一核有难，九核围观”。

2016年，首款骁龙神U诞生

高通发布了骁龙史上口碑最好的神U之一骁龙835，10nm制程，8核Kryo 280 CPU+Adreno 540 GPU，刷新了旗舰SoC的能效比记录，让安卓旗舰的续航首次整体超越iPhone，同时其还引入了机器学习和VR等大批新属性。

2017年，AI来了

2017年，智能手机正式进入了AI时代。

同年9月初，华为率先发布了全球首款内置独立NPU（神经网络单元）的芯片——麒麟970，10nm制程，终于和竞争对手处于同一水平线了。该SoC最大的特点是集成了一个专门的AI硬件处理单元—NPU（Neural Network Processing Unit，神经元网络），可以用来处理AI数据。

​ 9月中旬，苹果正式推出了自研芯片的集大成之作——A11 Bionic，10nm制程，集成6核自研CPU+3核自研GPU+自研ISP+自研解码器+集成神经网络引擎等。不过，在苹果SoC迎来突破的时候，信号体验却变得更糟糕，2017年iPhone开始全系使用英特尔的基带。

有意思的是，国内厂商展讯这一年发布的SC9861G-IA，用的是英特尔14nm工艺，还集成了英特尔Airmont CPU和五模（
TDD-LTE/FDD-LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM）全频段LTE Cat.7基带。

额，所以2017年最大的赢家是英特尔？

2018年，首个5G商用平台诞生

2018年，高通发布了骁龙855，可以通过外挂5G基带获得5G网络体验，算是首个5G商用平台。

当然，骁龙855本身参数也极为亮眼，集成8核Kryo 485 CPU，Adreno 640 GPU、Wi-Fi 6-ready、双14位CV-ISP等。

2019年，联发科再冲高端

2019年，三星发布了Exynos 980，这是全球首款集成5G基带的SoC。8nm制程，双核Cortex-A77+六核Cortex-A55，集成独立的NPU。

时隔两天之后，华为发布了麒麟990 5G，7nm制程，集成全网通5G（支持NSA/SA和TDD/FDD全频段）基带。另外，麒麟990 5G还带来了达芬奇架构的NPU，并采用了NPU大核+NPU微核的大小核架构设计。

同年，联发科再次冲高端市场，发布了天玑1000，并拿下了多个第一，包括全球最快的5G单芯片、全球第一支持5G双载波聚合、全球第一支持5G双卡双待、全球首个集成Wi-Fi 6的5G SoC。 此时，隔壁的高通，发布的骁龙865，仍旧是4G芯片，只能通过外挂基带实现5G通讯。

而苹果，则是收购了英特尔的基带业务，开始自研基带。几经辗转，没想到最初的英飞凌，最后的归属会是苹果。

三、挤牙膏阶段（2020至今）

5G时代到来之后，大家好像约定好了一样，集体进入了挤牙膏的状态。

这里附上A14芯片的部分参数，大家感受下：

A14采用6核CPU设计，性能较A12芯片提升40%；GPU采用4核设计，性能较A12芯片提升超30%。新的4核GPU，比竞争对手快50%。它有118亿个晶体管，比A13多出近40%。

苹果A系列芯片的对比，已经变成了为了对比而对比。后续的A15、A16迭代后的升级幅度，同样不如以往的A系列。

​ 麒麟9000虽然用的是更成熟的ARMv8指令集的CPU，并且还是台积电的5nm制程，但能耗比方面，算不上是十分优秀。只不过是隔壁三星代工的骁龙888表现更差，才让麒麟9000显得更出色一些。

联发科9000到9200，也只是很常规的迭代，体验是有提升的，但并不惊艳。

高通换了台积电代工之后，算是挽回了一些口碑。刚刚发布的骁龙8 Gen2，仍旧是台积电代工，但是CPU却变成了“1+2+2+3”的架构设计，压力可能要来到手机厂商和软件开发商这边了。好在AI方面，骁龙8 Gen2的升级还是比较可观的。

如果说上面这些厂商在摆烂的话，那三星就直接是躺平了。Exynos 2200未达预期之后，有爆料称三星S23系列将不再使用自研SoC。

兴许是ARMv9指令集过新，才导致各大SoC的CPU性能上不去。但背后的缘由，还是因为SoC的未来发展方向，不再是极致性能，而是更聪明的AI。未来，我们的智能手机，将会变得更智能。