隨著互聯網時代和社交時代的來臨，用戶觀看信息的方式也變得多種多樣，數碼發燒友這個群體逐漸形成，它們更關心、比較CPU和GPU規格。

部分科技愛好者喜歡通過性能評價手機的好壞，也談論處理能力和芯片，無論是從PC和游戲機到最新的智能手機。Arm，華為，高通，三星，聯發科等公司的最新處理器，都成為了科技數碼發燒友最關心的話題之一。但是，例如一些不太關心科技的人來說，這些主題充滿了行話和聽起來有些抽象的想法，即使你說了，他們也不一定會理會，這些想法聽起來像是一堵磚墻，無法理解諸如“什么是SoC？”之類的基本問題。

但是本文，可以推薦給你的小伙伴，也就是不太關心科技的這些用戶，他們會漲知識，和你一起聊科技。

SoC是什么？

SoC代表片上系統。顧名思義，SoC是包含在單個程序包中的完整處理系統。它不是單處理器芯片封裝，如果您曾經構建過PC，則可能會熟悉。取而代之的是，SoC包含多個處理部件，內存，調制解調器以及其他基本零件，這些零件和零件在一塊單獨的芯片中制成，并焊接到電路板上。

將多個組件組合到一個芯片中可以節省空間，成本和功耗。SoC也連接到其他組件，例如相機，顯示器，RAM，閃存等。從本質上講，SoC是智能手機的大腦，它處理從Android操作系統到檢測何時按下電源按鈕的所有操作。

下面的列表包含您可以在智能手機片上系統中找到的最常見組件。我們將在本文后面的內容中介紹一些最重要的內容。

• 中央處理器（CPU） -SoC的“大腦”。運行Android OS和大多數應用程序的大部分代碼。
• 圖形處理單元（GPU）—處理與圖形有關的任務，例如可視化應用程序的用戶界面和2D / 3D游戲。
• 圖像處理單元（ISP）-將手機攝像頭中的數據轉換為圖像和視頻文件。
• 數字信號處理器（DSP）- 處理比CPU更復雜的數學功能。包括解壓縮音樂文件和分析陀螺儀傳感器數據。
• 神經處理單元（NPU）—用于高端智能手機，以加速機器學習（AI）任務。這些包括語音識別和相機處理。
• 視頻編碼器/解碼器—處理視頻文件和格式的節能轉換。
• 調制解調器—將無線信號轉換為手機可以理解的數據。組件包括4G LTE，5G，WiFi和藍牙調制解調器。

最后，談論SoC時常會提到一種稱為制造過程的東西。它以納米（nm）的形式列出。一般而言，納米尺寸越小，SoC的內部布線越小。這對于功率效率和硅面積大小來說更好。盡管有不同的制造方法可以使直接比較棘手。7nm是目前智能手機SoC使用的最小可用制造工藝。

SoC的示例

上文我們簡要地了解了什么是SoC，下面，簡單聊聊 SoC 的具體廠家以及產品類別。在智能手機領域，高通，三星半導體，華為的海思和聯發科是該行業的四大品牌。您的智能手機可能裝有其中一家公司的芯片。

高通公司是最大的智能手機SoC供應商，每只耳朵都為大多數旗艦，中端甚至低端智能手機發布芯片。高通公司的SoC屬于Snapdragon品牌。擁有公司最佳技術的高級芯片屬于Snapdragon 800系列的標志，例如最新的Snapdragon 865。中端和超級中端產品分別以Snapdragon 600和700系列名稱為品牌商標。例如具有5G連接功能的Snapdragon 765。入門級產品以400系列命名。

三星的Exynos SoC在類似的高級，中級和入門級規模上運行。這些產品以前被列為Exynos 9900、9800和9600系列，其中Exynos 7000系列產品支撐了該產品組合的預算。但是，三星最新的高端芯片是Exynos 990，而Exynos 980是5G中層芯片組。

三星的Exynos命名方案現在與華為非常相似。在麒麟990是華為公司最新的旗艦芯片，自帶4G中和5G變種。麒麟600系列與Snapdragon 600系列非常相似，為更實惠的智能手機提供中等規格。最后，聯發科技的Helio系列涵蓋了價格實惠的P系列產品，直至以游戲為重點的G系列，以及聯發科最新的5G旗艦芯片Dimensity（天磯）1000。

這一切都始于CPU

您可能對術語“處理器”很熟悉，因為在媒體報道中，多次提到它，通常與CPU互換提及，并且稱其為性能核心。CPU是最常用的處理器類型。它的設計具有很高的靈活性，適用于各種任務。因此，CPU運行Android操作系統和您的應用程序。它還部分負責SoC內部其他處理器之間的數據同步。

快速概覽，CPU使用預測單元，寄存器和執行單元進行操作。這就是所謂的CPU體系結構。寄存器通常以64位數據格式保存數據位或指向內存的指針。執行單元使用一個或多個寄存器執行某項操作，例如讀取和寫入內存或執行數學運算。CPU可以一次使用多個執行單元，每個執行單元需要一個或兩個時鐘周期來完成其功能。

CPU具有足夠的靈活性以適合各種任務。可以通過更改時鐘速度（以GHz為單位），內核數或更改基礎架構以在每個時鐘周期執行更多操作來提高和降低性能。后一點通常被稱為構建“更寬”或“更大”的CPU，這就是Apple手機芯片如此強大的方式。但是，這些更廣泛的設計也需要在功率和效率之間進行權衡。

智能手機SoC中的CPU有多種風格，所有這些都基于Arm CPU架構。Arm的最新CPU內核是大型Cortex-A77和小型Cortex-A55。智能手機CPU通常以八核配置出現，具有功能強大的大型內核以應對更苛刻的應用程序，而具有較小功率的內核則可確保較長的電池壽命。

集成顯卡

除了CPU之外，圖形處理單元（GPU）是包裝在電話SoC中的另一種傳統的數字處理硬件。GPU的通用性遠不及CPU，因此其設計也大不相同。它們被構建為可重復循環并行執行數學函數，它們的執行速度比普通CPU快得多。請記住，在1080p顯示屏上有數百萬個像素可以填充，在運行應用程序或喜愛的游戲時必須計算每個像素。

反復重復大多數圖形操作以填充屏幕上的所有像素。因此，GPU被設計為可以對大量數據一次全部運行大量數學運算。

與每個周期執行一兩個操作的CPU不同，GPU每個周期執行數十，數百甚至數千個并行操作。這取決于GPU設計的大小和性能。

移動SoC領域中的兩個主要GPU是Arm的Mali，和高通的Adreno。兩者都提供更大或更小的GPU技術版本，旗艦芯片封裝在它們最強大的3D游戲硬件中。

好的相機需要好的處理器

人們越來越多地評價智能手機的照相功能。雖然高端傳感器和鏡頭硬件是必不可少的，但強大的圖像處理功能同樣是故事的重要組成部分。只需看看Google Pixel 4的簡單相機硬件設置即可獲得令人印象深刻的結果。

盡管通常在CPU和GPU上進行圖像編輯和調整，但是在將圖像保存到手機之前，會對相機傳感器數據進行大量處理。ISP是專門的DSP，可處理常見的成像任務，如長焦，去馬賽克，銳化和降噪。換句話說，它將來自攝像機傳感器的數字信息轉換為漂亮的圖片。

后兩者在智能手機中尤其重要，在智能手機中，較便宜的手機往往會變得過于銳利并產生糊狀的細節。同時，在高端，華為麒麟990是首款具有DSLR級塊匹配和3D過濾（BM3D）降噪功能的SoC。這在Huawei Mate 30 Pro中產生了很好的效果。

最重要的是，漂亮的圖片需要功能強大的圖像處理器。

下一代AI處理器

神經處理單元，AI處理器或機器學習核心之類的術語通常可以互換使用，但它們在現代智能手機SoC中往往具有相同的含義：專門針對神經網絡常用的數學和算法進行了優化的處理器。

就像GPU是針對圖形數學優化的處理器以及ISP針對圖像任務進行優化的方式一樣，NPU是專門設計用于比CPU更快速，更高效地運行神經網絡和機器學習任務的處理器。NPU也具有自己的本地內存緩存，以加快執行速度，而不必使用較慢的RAM。

神經網絡通常需要采用多個輸入數據來僅生成單個輸出的操作。多次累加運算特別流行，通常對從16位到8位甚至4位數據的各種數據大小進行操作。盡管可以在靈活的GPU上加速某些操作，但這與CPU使用的數學和數據類型非常不同。

NPU是進入電話SoC的最新專業處理器。盡管該技術主要保留給旗艦級芯片使用，但在不久的將來，它將逐漸推廣到價格更便宜的手機中。

4G和5G調制解調器可實現更快的數據傳輸

SoC的最后一塊是數據調制解調器，它使您可以從運營商訪問數據網絡。不同的調制解調器還決定數據連接的速度和質量。最強大的調制解調器的速度超過1Gbps。也有用于Wi-Fi和藍牙數據的調制解調器，但今天我們專注于4G和5G調制解調器。

當前所有智能手機SoC都具有集成的4G調制解調器。這意味著4G調制解調器位于SoC內部。首批用于智能手機的5G調制解調器是外部的，這意味著它們必須連接到主SoC。這雖然效率不高，但更易于實現高端功能，并為制造商提供了靈活性，同時5G網絡向更多消費者推廣。

具有集成5G調制解調器和功能的首批SoC已在這里。華為擁有麒麟990的5G版本，而高通的Snapdragon 765提供了集成的5G。但是，功能最強大的5G調制解調器仍在外部。高通公司的Snapdragon X55和三星的Exynos 5123調制解調器提供了比其集成同類產品更快的速度以及mmWave支持。2020年的旗艦5G手機將使用外部調制解調器的時間更長一些。

總結

SoC 是手機中的核心大腦，也是軟件運行的關鍵，僅僅小塊的主板，就是手機中必不可少，賴以生存的硬件。隨著互聯網時代和社交時代的來臨，用戶觀看信息的方式也變得多種多樣，數碼發燒友這個群體逐漸形成，它們更關心、比較CPU和GPU規格，但是隨著性能成熟和新功能，性能飽和成為了核心話題，CPU性能變得越來越不重要。智能手機SoC越來越少涉及任何一項功能，而更多地采用異構計算方法來解決處理問題。

如今的手機處理的工作負載比以往任何時候都要大。結果，每個芯片內部的專用處理器的數量繼續增加。從幾年前的基本CPU和GPU組件，到如今的DSP，高級ISP和NPU。隨著安全性，機器學習和5G的發展，這些鮮為人知的部分變得越來越重要。