PC晶片廠跨界造手機晶片,為什麼這麼難?

手機晶片廠和PC晶片廠商向來各玩各的。在晶片製造這條「楚河漢界」的兩端,一面是以英特爾、 AMD 、和 NVIDIA 為核心致力於桌面辦公的「老大哥」,而另一面則是以高通、蘋果、和麒麟為代表主宰行動時代的「後浪」,前者在PC時代風光無限至今仍餘威不減,而後者則在行動時代大顯身手仍欲掌控5G時代。

從PC時代,到行動時代,再到如今的5G/萬物互聯時代,手機晶片廠商和PC晶片廠商之間「你來我往,好不熱鬧」,然而「小卒子過河,有去無回」,雙方只要一躍邊界,便彷彿受魔咒一般無法正常發揮。無論是曾經紅極一時的 NVIDIA Tegra 手機晶片,還是當下被寄予厚望的高通驍龍PC晶片,都有些上不了檯面。

NVIDIA Tegra手機SoC晶片失敗收場

NVIDIA Tegra 出生於一個好時代,準確的說是一個「天時地利人和」的絕佳時代。

2007年1月,iPhone一代產品在美國舊金山橫空出世,憑藉著全觸控設計和 iOS 作業系統等優勢,賈伯斯和蘋果正式將手機行業拉進智慧型手機時代。同年11月,Google 正式對外展示了 Android 作業系統,並以 Apache 免費開源許可證的授權方式,發佈了 Android 的開源程式碼。自此,當今兩大手機作業系統全部亮相,而 NVIDIA Tegra 便是誕生於此時。

2008年2月,已經洞察到行動市場潛力的老黃( NVIDIA CEO黃仁勳)發佈了旗下首款應用於智慧型手機與掌上電腦平台的 APX2500晶片,即 Tegra 第一代晶片,然而無法完全摒棄PC晶片製造思維的老黃注定了 Tegra 未來的悲慘結局。

事實上,早在第一代 Tegra 晶片之前,NVIDIA 旗下便擁有自家的手機晶片,即 Goforce 晶片,這個聽起來便很老黃的命名方式與當下 NVIDIA PC端Geforce獨立顯卡僅有一字母之差。

作為專為手機等行動平台打造的獨立顯卡,搭載 Goforce 平台最知名的產品或許便是摩托羅拉V3系列中的 V3xx 了,然而 Goforce 3D 4800的加持並未讓 V3xx 有多「鶴立雞群」,反而由於比較雞肋的可程式 GPU 3D核心(儘管是行動端首個可程式 GPU 核心)等因素影響,Goforce 在 Goforce 6100之後便銷聲匿跡。

相比整合度更高的SoC晶片,以 Goforce 為代表的行動端獨立顯卡徒有一個高階大氣的虛名。在實際商用過程中,無論是整合晶片提升匯流排效率,還是提升生產效率節省成本,亦或是降低功耗減少散熱,SoC晶片都有其獨到的優勢,也正是如此,老黃才決心自己製造 SoC晶片,即 Tegra 系列晶片。

然而剛一推出的 Tegra 一代產品並未獲得太多訂單,僅有彼時致力於打造 Windows Phone 作業系統的微軟給予支持,直到首款行動雙核晶片 Tegra 2的出現。

憑藉著不錯的 CPU 性能和領先於對手一代的 GPU 性能,Tegra 2獲得了不少主流手機和平板電腦品牌的訂單,包括三星、摩托羅拉、LG、東芝、Acer、和華碩等,Strategy Analytics市場調研數據顯示,2011年 Tegra 2在 Android 平板電腦的市場市佔率約為34.4%。

然而架構老舊的 Tegra 2依舊存在諸多問題,除了依舊採用分離式渲染架構,老黃的習慣性閹割也令 Tegra 2出了大問題,缺失neon單元(simd拓展指令集)的 Tegra 2在多媒體性能上遠不及彼時友商的SoC,而這也成為了 Tegra 2的最大黑點。

而到了 Tegra 4時代,Tegra 系列的訂單大幅減少。2012年搭載 Tegra 晶片的手機市場市佔率僅為1~2%,同比下降54%,彼時的高階和低階晶片市場分別別高通和聯發科。

當然,這中間還有一個插曲,彼時僅將高通視為對手的英特爾在行動端晶片市場市佔率將至不到1%,至此PC端兩大晶片廠商發力手機端的夢想隨之破滅。

總結來看,Tegra 系列失敗的原因主要包含四大方面:架構老舊、基帶缺失、功耗過高、以及價格問題。

首先,Tegra 系列吃老本,架構老舊,製程工藝上落後友商(K1之後好一些),比如 Tegra 4未使用當時業內的統一渲染架構,而是採用老舊的像素、頂點分離式,這直接導致 Tegra 4不支援當時新的 OpenGL ES 3.0標準規範,與友商差了一大截。

架構老舊直接導致本來略有領先 CPU 和 GPU 性能在隨後被友商逐漸追趕並碾壓,在搭載 Tegra 4的小米3行動版發佈會上,老黃用蹩腳的中文表示,「我們特別擅長圖形處理技術」,然而在行動市場,老黃似乎並沒有如其所願。

小米3行動版發佈會上,老黃與雷軍「尬聊」

其次,基帶的缺失,這一直是老黃造手機晶最大的弱點(唯一整合基帶的產品只有 Tegra 4i,但是性能卻閹割很多,產能也有問題),這導致很多 OEM 廠商在 NVIDIA 買晶片之後還要去高通等廠商買基帶,以至長期無法及時完成處理器和基帶的整合,這也是為什麼當時 NVIDIA 在平板市場較為突出的原因(無需基帶),而「買CPU送基帶」的高通則在基帶整合方面優勢明顯。

第三,則是功耗過高、散熱不行而導致降頻,當然這是和架構老舊有著直接關係。「架構落後,性能全是靠發熱堆上去的」,一位 Tegra 產品老使用者回憶道。

目前唯一最被熟知、搭載 Tegra 晶片的任天堂 Switch 改採用的X1晶片為20nm架構,同架構的產品為當年高通的失敗之作驍龍810,過高的 TDP 功耗引發的過多熱量導致X1在 Switch 中只能透過降頻來緩解,所幸的是 Switch 對於硬體性能要求並不高。

第四,價格問題。如果說高階晶片是由於基帶等問題無法和高通競爭,那麼中低階晶片便是由於成本過高無法與聯發科等廠商競爭。

如今,在行動市場大敗的 Tegra 晶片已經全面轉戰於自動駕駛領域(2015年),而曾經 Tegra 的官網如今也已經改成 Jetson,而任天堂下一代 Switch 的處理器便很有可能為 Jetson TX2。

AMD聯合三星衝擊手機SoC晶片新高度

除了搭載 Jetson TX2晶片,此前也有外媒透露這款並不會在今年推出的全新 Switch 或將搭載三星與 AMD 聯合研發的全新處理器,這項始於2019年的合作極有可能改變整個行動晶片市場格局。

2019年6月,三星與 AMD 宣佈將在晶片領域開啟深度合作,AMD 將向三星授權 RDNA 圖形架構的可定製圖形IP以用於行動設備,而三星則將向 AMD 支付技術許可費和版稅。

PC晶片廠跨界造手機晶片,為什麼這麼難?

對此,AMD CEO Lisa Su表示,「與三星達成合作後,AMD 將加速圖形處理技術在電腦、遊戲機、和雲端等領域的應用,推動手機 GPU 的創新步伐,同時擴大高性能 Radeon 圖形處理技術的客戶群及生態系統。」

同年11月,外媒消息顯示,三星將解散自研貓鼬架構 CPU 團隊,重新擁抱 ARM 架構(不排除三星會對公版架構進行半定製設計),這將意味著飽受自研架構拖累(能效、製程等方面均有所差距)的三星 Exynos處理器性能或將重回、甚至超過 Exynos 7420(貓鼬架構前最後一代公版架構CPU)時代的巔峰。

然而,對於三星而言,光是重回 ARM 公版架構顯然是沒有用的。眾所周知,相比高通驍龍晶片,目前三星 Exynos 與華為麒麟晶片最大的劣勢便是 GPU 性能的差距,這主要是由於三星和華為採用的是 ARM Mali GPU ,相比驍龍 Adreno GPU 差距明顯,這也是三星此次與 AMD 合作的關鍵原因。

不久前曝光的三星 Exynos 1000晶片(或為5nm工藝)測試數據顯示,該晶片 GPU 多項成績已經遠遠超過驍龍865的 Adreno 650 GPU ,正常模式下 Manhattan 3.1得分高出 Adreno 650 47.8%,而在對 GPU 性能要求更高的 Aztech Normal、和 Aztech High 計畫測試中,Exynos 1000則分別高出 Adreno 650 160.9%和190%,GPU 性能優勢明顯。

GPU 測試成績:成績越高越好

據瞭解,Exynos 1000所搭載 GPU 的架構便是 AMD RDNA,即 AMD RX 5x00系列同款PC端顯卡平台。多項綜合基準測試表明,AMD RDNA架構的GFXBench測試成績高於Adreno 650。而此前也有媒體表示,即將發佈的三星Exynos 992在運算性能方面也將比驍龍865提升1~3%。

事實上,這並不是 AMD 首次進軍手機晶片市場,早在2002年,ATI 便推出自家手機處理器 ATI Imageon,2006年被 AMD 收購後改名為 AMD Imageon,然而由於這款處理器糟糕的市場表現,2009年 AMD 將其以2000萬美元打包賣給了高通,這便是 Adreno GPU 的前身,因此現在三星與 AMD 合作的全新三星Exynos處理器在某種意義上與高通驍龍處理器是同宗同源的。

至於 AMD 為何不自行進入手機晶片市場而選擇三星合作,主要是由於 NVIDIA Tegra 晶片的前車之鑑和三星在手機晶片領域多年來的經驗積累。

首先,晶片功耗過高等問題是手機晶的大忌,這是 AMD 這家PC晶片廠商無法解決的,依託三星Exynos是非常明智的選擇。

其次,在手機晶片的製造上,三星擁有雄厚的技術積累,如果不是三星自研架構的拖累,或許現如今 Android 手機晶片市場市佔率會有很大不同。

再次,5G初期,越來越多的手機 OEM 廠商選擇三星 Exynos 晶片,比如去年 vivo 主動向三星尋求合作的、搭載 Exynos 980晶片的 vivo X30/X30 Pro 5G手機。

最後,CPU 市場已經被高通、三星、華為、聯發科等幾個玩家控制著,自行進入顯然不合適宜,單說專利費這一點便夠 AMD 喝一壺的,因此 AMD 現在與三星的合作模式(還能收取費用)顯然要划算得多。

PC晶片廠商造手機晶片這件事,NVIDIA 不是第一個,AMD 也不是最後一個。至於未來如何,讓我們拭目以待。

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