总结出增强技术在手机中的实际支持情况。通过分析得知，应用处理器、基带芯片、射频芯片的发展使手机具备更强的与外界相连的能力，高清语音、视频对话等业务也得到了更强力的支持。
手机芯片 应用处理器 基带芯片 射频芯片
1 引言
当今社会，手机已经成为人们在日常生活当中必不可少的电子产品。现在的手机已经不仅仅是一种通信工具，它还可以被用来看视频、听音乐、玩游戏及拍照等。随着时代的发展，越来越多的功能都将被赋予到手机上，而这一切的改变都源于手机芯片的进步。
手机芯片主要可分为CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）、内存、基带芯片和射频芯片等。它们通常被集成在一个SoC（System on Chip，系统级芯片）内。芯片就是手机的核心，手机上所有的功能都是基于芯片实现的。可以说芯片就是手机的大脑和心脏，通过手机芯片的参数可以快速地了解一款手机。手机的发展离不开芯片，通过对芯片的分析可以了解手机发展的方向。因此，本文将介绍当今芯片发展的现状，重点关注应用处理器、基带芯片以及射频芯片，通过对芯片的介绍和分析，总结手机对增强技术的支持情况。
2 芯片发展现状
当今市场上主要的手机芯片商包括高通、MTK、海思、展讯、三星和苹果，其中高通的市场份额是最大的。高通和MTK一并主导了公开市场的竞争；而以展讯为代表的低成本厂商也占据了不少中低端手机的份额，并且积极谋求向上拓展；海思、三星和苹果则是自用市场的代表，他们依托公司整体的强大实力，成为芯片市场的重要力量，并可能成为推动市场重大变革的诱因。
2.1 手机芯片产品现状
因为三星和苹果的手机芯片都只用于各自的手机品牌，并且在短期内没有进军公开市场的可能，所以图1只介绍了高通、MTK、海思和展讯近年来的主要手机芯片以及计划：
（1）SD（Snapdragon，骁龙）是高通SoC的品牌名称，包含了骁龙800系列、骁龙600系列、骁龙400系列和骁龙200系列，该系列产品种类丰富，其中骁龙800系列的性能代表了同时代SoC的最高标准。
（2）MTK的芯片系列名为MT，当前最高端的SoC为MT6291。
（3）展讯SharkL系列为入门级SoC，椒图主要用于安全手机，Whale系列是新推出的中高端芯片。
（4）海思的芯片系列名为麒麟（Kirin），芯片种类较少但每一代芯片的性能都在不断上升。
总的来说，高通和MTK的芯片种类较多，而且分布较广，涵盖了高、中、低端各个类别；海思的芯片主打高端路线，主要跟华为手机定位于中高端有关；展讯的芯片主要以中、低端为主，但未来有计划向中高端芯片发展。
2.2 芯片制造工艺现状
除了芯片设计技术，芯片的制造工艺也是影响手机芯片发展的重要因素，手机芯片厂商需要把设计的芯片架构图提供给芯片制造厂商进行生产。芯片制造所需的厂房和设备价格高昂，环境要求严格，知识产权的门槛高，所以能满足手机芯片制造的厂商并不多。目前只有Intel和三星同时具备了芯片设计和制造的能力，其他主要的芯片制造厂商还包括台积电、联电和中芯。
衡量芯片制造工艺最重要的标准就是芯片纳米，也称为制程线宽。越低的制程线宽代表了越高的芯片性能、更低的制造成本以及越小的芯片体积。目前三星和台积电分别具备了14 nm和16 nm的制造工艺，代表了业界的最高水平，表1为当今主流手机芯片的制程线宽。
从表1的数据可以看出，目前商用的主流芯片当中只有高通芯片使用了14 nm的制程线宽，其他几家的旗舰芯片也都达到了16 nm的制程线宽。基于低芯片纳米生产线产能的限制以及价格因素，大多数中低端芯片还是使用的28 nm或20 nm的制程线宽。从发展的角度来看，芯片的制程线宽必定继续降低，在制造工艺方面还有进一步突破的可能，手机芯片在短期内还不会受到制造技术发展瓶颈的限制。
3 应用处理器
应用处理器是伴随智能手机产生的，随着目前手机平台功能的增强，应用处理器除了进行图像、声音、视频等的处理外，还可以支持复杂系统运行、高像素拍照、3D图像、GPS等多种接口功能。应用处理器包括了CPU、GPU、内存、视频/音频编解码器、功率放大器、GPS模块等，其中最重要的当属CPU和GPU。这两者的性能直接影响了手机所能支持的功能以及性能指标。所以接下来将要主要分析CPU和GPU的发展趋势。
3.1 CPU
CPU即中央处理器，是手机的运算中心和控制中心，它的性能直接决定手机运行速度的快慢。手机CPU的设计厂商有很多，但所有的CPU都是基于ARM和Intel公司的指令集，其中又有超过95%的CPU是基于ARM指令集的。ARM公司所使用的精简指令集具有高效低能耗的特点，特别适用于手机终端。目前业界使用最多的是ARMv7/ARMv8指令集。
ARM公司还提供CPU架构的授权，目前包括三星、海思、MTK和部分高通的CPU所使用的都是ARM提供的Cortex-A架构。此架构从高到低依次为Cortex-A72、Cortex-A57、Cortex-A53和Cortex-A。除此架构之外，高通基于ARM指令集自主设计了Krait架构来满足其特性化的需求。表2列出了当前手机CPU所使用架构的现状。
CPU性能主要由内核数、架构及主频等因素共同决定。目前大多数的芯片都使用的8核CPU，MTK的MT6797甚至已经达到了10核，增加内核数可以提高CPU的处理速度。架构级别越高则代表越先进、性能越好。而主频则直接影响了处理速度，主频越高速度越快，但是能耗也越高。Cortex-A53是能效最高的架构，可用于处理手机日常的任务，所以大多数的CPU都采用了Cortex-A53架构。Cortex-A57和Cortex-A57虽然性能更好，但是由于能耗较大，只用于处理高清视频等运算要求较高的应用，一般与Cortex-A53内核构成大小核CPU。
由于高通也已倾向于不再自己研发CPU架构，所以未来趋势上Cortex-A架构将占据绝对主流地位，CPU也更倾向于大小核的配置。单个内核的性能和能耗仍将是芯片厂商最关心的指标。
3.2 GPU
GPU即图形处理器，主要执行复杂的图形计算。现在主要的手机GPU厂商包括高通、ARM和Imagination。其中Imagination的GPU名为PowerVR，现在主要使用于苹果手机。高通和ARM的GPU更多被用于公共市场，因此我们主要关注高通和ARM的GPU发展。
高通的GPU名为Adreno，现主要包括Adreno300、Adreno400、Adreno500三个系列，主要集成在高通骁龙处理器。其中Adreno530被认为是当前性能最好的GPU，骁龙820搭载了这款GPU。
ARM的GPU名为Mali，主要使用的型号有Mali-T700、Mali-T800系列。近年来在ARM的CPU越来越强势的影响下，Mali在GPU的市场上已经占据了最大的份额，MTK、海思、展讯等芯片厂商都集成了ARM的GPU。其最强版本Mali-T880 MP12的性能与Andreno530相比还有不小的差距。
随着手机屏幕越来越大，大型游戏和3D视频等对GPU性能需求更高的功能应用于手机，未来GPU在手机芯片中所占的地位也将越来越高。高通在GPU技术上的领先是其SoC性能得以领先其他厂商的重要因素之一。但随着ARM加大对GPU研发的投入，未来ARM在GPU技术上将对高通造成强烈的冲击。
4 基带芯片
基带芯片负责基带信号的编解码，决定了手机处理通信信息的能力。可分为五个子块：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。基带芯片决定了手机的通信功能，是手机芯片厂商得以立足市场的关键。Intel等芯片行业的巨头之所以无法涉及手机芯片市场，很大的原因就是缺乏基带芯片的设计能力，高通甚至以买基带芯片送SoC的策略挤掉了曾经的手机芯片巨头德州仪器，由此可见基带芯片设计的技术对于手机芯片厂商的重要性。在基带芯片上占据主导地位的是高通、MTK和海思。
图2为主要厂商的主流手机芯片在基带功能上发展的过程。从支持的模式角度来看，高通因为拥有诸多的CDMA专利，其芯片最早支持了六模全频；而MTK和海思也分别在2015年和2016年推出了六模全频的芯片，预计未来将会有更多芯片支持六模全频。在支持的终端传输能力方面，现阶段的芯片都普遍支持了cat6以上的能力，相比之下，高通的芯片能支持更高的传输能力，其预计推出的芯片MSM8998甚至可以支持下行cat16和上行cat13。海思Kirin950并未装载其能力最强的基带芯片，其Balong750基带芯片能够支持下行cat13和上行cat12，性能与高通目前的基带芯片不相上下。这也与其海思芯片的定位有关，现阶段的海思手机芯片都用于华为手机，所以其SoC内基带芯片的性能只要求匹配当前主流的网络配置。基带芯片的发展与通信技术的热点是紧密相关的，现有的基带芯片已经支持诸如VoLTE、LAA、4×4MIMO等当今通信的热点技术。
5 射频芯片
射频芯片负责发射和接收信号，手机通过射频芯片接收信号然后交给基带芯片或者应用处理器进行处理，而基带信号也将传到射频芯片进行混频等处理，然后再发送给基站。射频芯片的电路主要包括：天线、接收滤波、高频放大、接收本振、混频、中频、发射本振、功放等，衡量射频芯片的参数一般为工作频段和增益。
射频芯片设计复杂，因此较为稳定，更新较慢。目前高通、MTK和海思主要使用自主设计的射频芯片。现阶段的射频芯片均可以支持LTE、3G、2G等各个频段，另外根据芯片支持业务的需求，射频芯片还可能额外支持其他频段。比如为支持LTE-U的业务，高通WTR3950额外支持5 GHz的射频收发。
图3主要从支持载波聚合的类型来归纳射频芯片的发展趋势，并罗列了高通和MTK射频芯片的发展趋势。可见其射频芯片所支持的载波聚合的内容与基带芯片是相同的。由此可看，射频芯片的趋势主要受基带芯片发展的影响，未来手机技术的趋势将倾向于支持更多载波的聚合。
6 结束语
手机芯片是手机中最重要的部分，也是技术最复杂、最能体现手机功能和性能的部分。文章通过对手机芯片现状以及发展趋势的分析，全面地了解现阶段手机的现状，从而判断未来手机发展的方向。从以上对芯片的分析可以看出，手机的应用处理器正在飞速地发展，未来的手机将能够支持更多的功能，比如3D视频、大型游戏、高速摄影等，有可能成为集通信、办公、娱乐为一体的平台。而随着基带芯片和射频芯片的不断发展，未来的手机将具备更强的与外界相连的能力，高清语音、视频对话等业务也能得到更强力的支持，使人与人之间的沟通更加方便、快捷、多样。
参考文献：
[1] 张文涛. 高通芯片路标[Z]. 2016.
[2] 王磊. MTK手机芯片路标[Z]. 2016.
[3] 王俭涛. 海思手机芯片路标[Z]. 2016.
[4] 石健. 展讯芯片路标[Z]. 2016.
[5] 孙永杰. 博弈手机芯片市场，英特尔、高通均临挑战[J]. 通信世界， 2014（44）： 15.
[6] 陈全. 浅析我国智能手机芯片行业的发展困境和趋势[J]. 移动信息， 2015（6）： 57-58.
[7] Qualcomm. Find Snapdragon Smartphones， Tablets and Smart Devices[Z]. 2015.
[8] AMD. Cortex-A72 Processor[Z]. 2015.
[9] 李鑫，黄海生. GNSS射频芯片中小数分频技术研究[J]. 现代电子技术， 2016（5）： 55-57.
[10] 潘应进. 基带芯片架构及验证研究[J]. 电子世界， 2016（5）： 179-180.
