2021全球移動(dòng)處理器產(chǎn)業(yè)鏈解析
移動(dòng)處理器相比臺(tái)式處理器更加注重能源效率，以低電壓、低熱量、低耗電為特點(diǎn)，正在不斷提高性能，并開始占領(lǐng)傳統(tǒng)桌面處理器的市場(chǎng)。
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移動(dòng)處理器的定義：移動(dòng)處理器專門針對(duì)包括筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能終端，除了追求性能，也追求低熱量和低耗電，最早的筆記本電腦直接使用臺(tái)式機(jī)的CPU，但是隨CPU主頻的提高，筆記本電腦狹窄的空間不能迅速散發(fā)CPU產(chǎn)生的熱量，還有筆記本電腦的電池也無法負(fù)擔(dān)臺(tái)式CPU龐大的耗電量，所以開始出現(xiàn)專門為筆記本設(shè)計(jì)的移動(dòng)處理器。
移動(dòng)處理器與桌面處理器的區(qū)別
筆記本的處理器在制作工藝上要比同時(shí)代的PC處理器要更加的先進(jìn)，筆記本處理器要具備PC處理器不具備的電源管理技術(shù)，所以要使用更高的微米精度，所以各個(gè)要求都要大于普通PC處理器上的要求。使用場(chǎng)景中，移動(dòng)處理器架構(gòu)在越來越輕薄的筆記本與智能手機(jī)等移動(dòng)終端上，對(duì)能源效率的高要求越來越明顯，倒逼處理器技術(shù)的發(fā)展。
隨著性能不斷提升及生態(tài)不斷完善，RISC架構(gòu)也在逐步進(jìn)軍CISC為主的PC、桌面及服務(wù)器領(lǐng)域，ARM架構(gòu)將大放異彩
處理器指令集架構(gòu)分為CISC復(fù)雜指令集和RISC精簡(jiǎn)指令集兩類。
CISC復(fù)雜指令集具備更強(qiáng)的單核性能，為了應(yīng)對(duì)不同情況而設(shè)計(jì)，但計(jì)算效率較低，有著復(fù)雜龐大的指令系統(tǒng)包含超過200的指令數(shù)目和多于4種尋址方式，指令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)。以X86為典型，通常應(yīng)用于服務(wù)器和PC市場(chǎng)。
RISC精簡(jiǎn)指令集具備高度優(yōu)化的指令集、大量寄存器、高度規(guī)則的指令流水線以及讀取/存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，以流水線方式運(yùn)作，并在并行處理方面具備明顯優(yōu)勢(shì)。MIPS和Power PC由于軟件生態(tài)的落后，市場(chǎng)份額很小，已不是主流的架構(gòu)方案，僅在特定的領(lǐng)域繼續(xù)應(yīng)用。而ARM憑借開源、異構(gòu)運(yùn)算、可定制化等優(yōu)勢(shì)，開始大面積應(yīng)用到低能耗的移動(dòng)設(shè)備。?隨著性能不斷提升及生態(tài)不斷完善，RISC架構(gòu)也在逐步進(jìn)軍CISC為主的PC、桌面及服務(wù)器領(lǐng)域。
X86與ARM的架構(gòu)之爭(zhēng)
英特爾X86主導(dǎo)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器市場(chǎng)，ARM架構(gòu)壟斷手機(jī)市場(chǎng)，看似二者分境而治，實(shí)則業(yè)界對(duì)于二者誰能主宰未來市場(chǎng)的討論一直進(jìn)行著。ARM架構(gòu)將貫穿從loT領(lǐng)域、移動(dòng)端到桌面端最后占領(lǐng)服務(wù)器領(lǐng)域，從而取得全面的勝利;另一方則認(rèn)為X86架構(gòu)強(qiáng)大之處在于英特爾積累的服務(wù)器芯片以及部分閉源的專業(yè)級(jí)領(lǐng)域生態(tài)系統(tǒng)幾乎不可撼動(dòng)。
另外也有中立者認(rèn)為二者并不具備可比性，ARM在功耗上的優(yōu)勢(shì)與X86在性能上的優(yōu)勢(shì)都是不可替代的?？傮w而言，X86仍然在服務(wù)器和PC領(lǐng)域中占據(jù)著極高的市場(chǎng)份額，ARM架構(gòu)在移動(dòng)設(shè)備、車載信息設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位。
由于摩爾定律的性能增長(zhǎng)失速與移動(dòng)終端的多樣化需求的缺口越來越大，移動(dòng)處理器進(jìn)入集成多種芯片的大整合時(shí)代，異構(gòu)計(jì)算和SoC成為主流。
摩爾定律這一定律到今天為止，基本上準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展節(jié)奏。此前摩爾定律幾乎每年都會(huì)推動(dòng)微處時(shí)間?理器的性能提升50%，而半導(dǎo)體的物理學(xué)限制卻讓其放慢了腳步。如今，CPU的性能每年只能提升10%左右。
多樣化計(jì)算需求
在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，單一芯片應(yīng)對(duì)不同形式計(jì)算力不從心，異構(gòu)計(jì)算成為主流。移動(dòng)設(shè)備或者云平臺(tái)需要處理各種各樣的信息，包括通訊、執(zhí)行程序、處理圖片、娛樂游戲、處理各種傳感器的信息等等。
傳統(tǒng)依靠類似 CPU 這樣通用處理器來處理這些信息的效率非常低。CPU 這種為順序計(jì)算而設(shè)計(jì)的處理器，一旦被占用，其他處理請(qǐng)求就只能等待，導(dǎo)致時(shí)間效率低。
異構(gòu)眾核芯片發(fā)展的原因
同構(gòu)眾核芯片又會(huì)遇到功耗問題，每個(gè)核都要有它Cache等配合硬件;而CPU和GPU芯片合用，因?yàn)镚PU要求大量數(shù)據(jù)，所以在芯片之間傳送大量數(shù)據(jù)存在是瓶頸，很難達(dá)到峰值。
因此，CPU和GPU應(yīng)該做在一個(gè)芯片王P芯片上的數(shù)據(jù)傳輸頻帶要寬很多;更進(jìn)一步，GPU仍然有編程困難的問題，如有針對(duì)專門用途的、算法和編程都比較能簡(jiǎn)化的小核，是更優(yōu)解。
在SoC之上，可按需集成不同異構(gòu)芯片，是移動(dòng)處理器的重要技術(shù)。隨著ARM類處理器在消費(fèi)類電子的市場(chǎng)份額的擴(kuò)大，將驅(qū)動(dòng)SoC的的市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)。
SoC系統(tǒng)級(jí)芯片定義
系統(tǒng)級(jí)芯片System on a Chip的縮寫SoC，又稱片上系統(tǒng)，由多個(gè)具有特定功能的集成電路組合在一個(gè)芯片上形成的系統(tǒng)或產(chǎn)品。
SoC技術(shù)概述
SoC關(guān)鍵技術(shù)主要包括總線架構(gòu)技術(shù)、IP核可復(fù)用技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、SoC驗(yàn)證技術(shù)、可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)、超深亞微米電路實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并且包含做嵌入武軟件移植、開發(fā)研究，是一門跨學(xué)科的新興研究領(lǐng)域。
SoC的優(yōu)勢(shì)
SoC在性能、成本、功耗、可靠性，以及生命周期與適用范圍各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此它是集成電路設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在性能和功耗敏感的終端芯片領(lǐng)域，SoC已占據(jù)主導(dǎo)地位;而且其應(yīng)用正在擴(kuò)展到更廣的領(lǐng)域。單芯片實(shí)現(xiàn)完整的電子系統(tǒng)，是IC產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。
移動(dòng)處理器集成多種芯片滿足多樣化計(jì)算需求
例如高通的驍龍系列移動(dòng)處理器就包括了各種各樣的處理單元∶加速 3D 的 GPU，處理照片的ISP，處理通信的基帶芯片，處理音頻的編解碼器，加速向量計(jì)算的 DSP等。在移動(dòng)平臺(tái)上，各種芯片各司其職，大大提升了移動(dòng)設(shè)備各項(xiàng)功能的響應(yīng)速度。
蘋果的M1 Max 芯片改變了移動(dòng)PC的設(shè)計(jì)思路，M1 Max 芯片把 GPU、CPU、RAM 同時(shí)融在一塊芯片里面，而且還不是簡(jiǎn)單的融入，是把中央處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎以及圖像處理器等諸多功能全部配備在一塊統(tǒng)一內(nèi)存的芯片上面。
SoC的應(yīng)用前景
SoC的下游應(yīng)用領(lǐng)域分布于消費(fèi)電子、智能家居、智能安防、智能商顯、汽車電子。消費(fèi)電子包括智能手機(jī)、平板電腦和便攜電腦是SoC市場(chǎng)占據(jù)最大份額且未來應(yīng)用方向種最重要的賽道。
ARM架構(gòu)在SoC之上，隨著ARM類處理器在消費(fèi)類電子的市場(chǎng)份額的擴(kuò)大，將驅(qū)動(dòng)SoC的的市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2023年，SoC總體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2，070億美元。
SiP憑借微型化、異質(zhì)芯片的可整合性、產(chǎn)品上市時(shí)間快、成本低的特點(diǎn)，與消費(fèi)類電子的需求相契合。
SiP系統(tǒng)級(jí)封裝定義
伴隨著集成電路(Integrated Circuit)微縮(Scaling)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，將各式功能的電子零件整合在同一集成電路芯片上而成為一個(gè)子系統(tǒng)，此即為系統(tǒng)級(jí)芯片技術(shù)(System on Chip，SoC)的基本概念。
將各式不同功能的芯片及組件整合在同一封裝的技術(shù)，即統(tǒng)稱為系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package，SiP)。兩者皆是為了提升各種電子系統(tǒng)效能、降低成本而發(fā)展出的系統(tǒng)整合技術(shù)。SiP的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：
微型化∶在相同功能上，SIP模組講多種芯片集成在一起，相對(duì)獨(dú)立封裝的IC更節(jié)省空間。
異質(zhì)芯片的可整合性∶可將各式不同的芯片整合在同一封裝內(nèi)，使各種功能不同的芯片能選擇使用基最具成本效益的制程。
產(chǎn)品上市時(shí)間快∶SIP模組在調(diào)試階段能更快的完成預(yù)測(cè)及預(yù)審。
成本低∶低故障率、低測(cè)試成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、低倉儲(chǔ)備料，使?總成本減少。
SiP與 SoC相輔相成
傳統(tǒng) CMOS的制造技術(shù)一直遵循著摩爾定律進(jìn)行制程尺寸微縮，并且廣泛應(yīng)用在中央處理器(CPU)、記憶體(Memory)與邏輯(Logic)芯片上。
然而，就系統(tǒng)而言，多樣化不同功能的組件，例如模擬電路、RF電路、無源元件等，才能因應(yīng)人類感官與環(huán)境感知越來越多的需求。SoC技術(shù)加上SiP技術(shù)將"異質(zhì)"的芯片整合在一起，將能創(chuàng)造更高價(jià)值的系統(tǒng)。
