手机里的秘密 SoC芯片解读

何为SoC

SoC（System-on-a-Chip），译为片上系统，也称为系统级芯片。实际上它是一个高度集成的芯片系统，除了包括常见的CPU外，还包括了数字信号处理器DSP模块、GPU、嵌入的存储器模块以及和外部进行通讯的接口模块等手机上常用的硬件，它和电脑机箱里的集成主板有些类似（图1）。

探根究底 手机为什么要用SoC

普通台式电脑上，主板大多只集成一般必要的芯片，至于显卡、CPU、内存、硬盘则大多由用户自行配置，进行硬件扩展。因此普通电脑都具备极佳的扩展性，只要主板支持，我们可以任意将CPU升级到支持的最高频率以提高性能（图2）。

虽然台式机主板扩展性好，但是随之带来的是工艺的复杂，因为一台组装的电脑需要多个硬件厂商的产品，既需要制定一套复杂的标准，还要进行各种硬件之间的兼容性测试。显然这并不适合移动设备的生产。

一方面现在的手机、平板等移动设备更新换代速度极快，这要求手机厂商研发一款新手机的周期要很短，根本没有时间也没有技术去开发和测试各种硬件，这就要求手机芯片开发商提供高集成度的芯片以降低手机开发周期。

另一方面，手机内部空间小，不可能像台式机主板那样内置各种丰富的扩展接口，现在手机上唯一可以扩展的就只有外置SD卡。

正是由于上述原因，现在手机芯片开发商都会针对手机厂商推出定制SoC芯片系统，基本上厂商只要换上自己的外壳就可以推出自己的手机了，大大简化了手机开发周期。这也是为什么联发科一推出新的八核芯片系统，市场上立刻就会出现铺天盖地的山寨八核手机的原因（图3）。

深入手机内部 全面解读SoC

从上面的描述可以知道，SoC是集成多个模块的集成芯片，那么里面集成的各个模块又是怎么进行工作的呢？SoC又和手机的性能有什么关系？

首先，手机SoC芯片里集成的模块有不同的分工，比如CPU主要负责计算和多任务处理，GPU主要负责图形解码，通讯模块主要进行手机通信和Wi-Fi、蓝牙通信（图4）。

不过在实际运行中，SoC芯片系统会根据不同的使用环境科学地调配模块的运行。比如高通骁龙SoC芯片，其中集成的DSP（数字信号处理器）和GPU都有解码能力，当用户在使用手机播放音乐的时候，由于音频解码处理要求较低，此时芯片系统就只是调用低功耗的DSP进行解码，从而降低智能手机的电量消耗。但是当用户切换到大型3D游戏时，由于游戏画面需要渲染，此时系统就会调用芯片上的GPU进行解码。这样既不会影响用户的使用体验，又可以大幅降低手机的电量消耗（图5）。

其次，SoC芯片性能直接决定手机性能的高低，不同技术的SoC芯片决定了其硬件性能。因此要说自己的手机性能怎么样，实际上是指SoC芯片的性能。比如小米平板使用的英伟达Tegra 4的SoC，它集成的GPU使用72核GeForce GPU光栅化处理单元，在安安兔测试中，GPU的3D绘图（192×1080）得分高达7681分，而高通骁龙801（搭载Adreno 330图形处理器）相应得分则只有5500分左右（图6）。在不考虑游戏兼容性前提下，显然英伟达的SoC有着更好的游戏性能。

此外，不同芯片厂商对集成模块的优化技术水平也是决定手机性能的一个重要因素。比如SoC集成的ISP芯片是拍照过程中的运算处理单元，它的性能对手机相机最终的成像质量影响很大（约占15～20%）。因此对于使用不同SoC芯片的两款手机来说，即使它们使用的是一样的镜头，最终成像质量也会有很大的差异，其中就是由于ISP芯片对图像处理能力不同所致。所以市面上那些所谓的音乐手机、拍照手机之所以在手机某一方面有突出的表现，幕后功臣主要就是SoC所集成的芯片。