智能手机转向多核竞争

智能手机转向多核竞争 過去 單核心的晶片一次只能處理一個指令 為使智慧型手機有足 夠的運算能力 可 運行大量 應用軟體和功能 透過核晶片分工合作 除運行順暢外 也能一次開 啟多 個高功耗的 應用程式 因此手機大廠紛紛推出 四核心 智慧型手機 在 對智慧型手持 行動裝置的效能 節電需求不斷提升下 多核心的行 動晶片組成 為晶片大廠廝 殺的 新戰場 智慧型手機規格不 斷提升 Source 拓墣產業研究所 2012 12 一 2013 年將邁入多核時代 隨著手機大廠 將各式技術與新 應用納入智慧型手機中 包括Wi Fi 藍牙 GPS 4G LTE 技術等 在功能越 來越多的情況下 智慧型手機設計成為難度很高的 挑戰 整合超過 數項功能 如無線信號天線3G 4G 等 根據 Prosper Mobile Insights 統計 智慧型手機 對 MP3 Player 數位相機的取代率分 別為 37 6 44 3 對鬧鐘 GPS 的取代率均超過50 而錄影機 收音機等設 備也受到一定程度衝 擊 然而手機有體積與重量的限制 待機時間越長越好 操作畫 面要盡量簡 單容易 售價卻越 來越低 圖一 智慧型手機功能與 應用 Source 拓墣產業研究所 2012 12 過去 單核心的晶片一次只能處理一個指令 為使智慧型手機有足 夠的運算能力 可 運行大量 應用軟體和功能 透過核晶片分工合作 除運行順暢外 也能一次開 啟多 個高功耗的 應用程式 因此手機大廠紛紛推出 四核心 智慧型手機 消費者透過手機進 行越 來越多過去只有在電腦才能完成的工作 在對智慧型手持行 動裝置的效能 節 電需求不 斷提升下 多核心的行 動晶片組成 為晶片大廠廝 殺的新 戰場 圖二 智慧型手機規格不 斷提升 Source 拓墣產業研究所 2012 12 2012 下半年各大手機大廠皆以四核心 智慧型手機 為旗艦機亮點 包括Samsung 宏 達電 LG 中興 華 為 聯想 魅族 小米 天語等 以低耗電 高效能為特色 掀起 一場 四核競賽 表一 Samsung Sony 宏達電 LG Motorola 四核心 智慧型手機比較 Source 拓墣產業研究所 2012 12 表二 大陸 四核心 智慧型手機比較 Source 拓墣產業研究所 2012 12 2012 年第四季起開始有手機大廠推出採用四核心 處理器的 智慧型手機 但由 於與 四核心處 理器相 關的台積電 28nm 產能不足 現階段 單月產能已超過5 萬片 預估 2012 年底的可達 6 8 萬片 正積極擴充28nm 產能 預計 於 2013 年資本支出增加 後 產能 將提升至 11 萬片 有望 於 2013 年第一季才緩解 換言之 四核心 智慧型 手機大規模搶 佔市場啟動 點在 2013 年第二季 目前 Apple 四核處理器僅規劃 用於 iPad MacBook 等產品 至 於手機 iPhone 因為 功耗限制 仍以雙核心為主 不過 Apple 曾收購晶片大廠Intrinsity 換言之也有開 始研發四核處理器 此外 在Apple 去 Samsung 化策略下 未 來 Apple 將與台積電 合作 畢竟其在 20nm 上的技術優 勢仍存在 兩者合作 於 2012 年 8 月起著手驗證台 積電 20nm 製程 並 於 2012 年底試產 規劃 於 2013 年第四季投產 二 晶片廠紛 紛推出智慧型手機四核心處理器 隨著手機功能需求增加 除了基頻 射頻 應用處理器外 包括 Wi Fi 藍牙 LTE 3D 繪圖 音訊等功能的整合 使手機需要的核心數量越 來越多 需要越 來 越高的效能 透過多核心設計 即可快速切換工作 使平均功耗低 而峰值功耗則維持 較高 即多核心處理 應用將為 未來發展趨 勢 根據 ARM 架構多核心處理器開發藍圖趨勢來 看 考量 功耗 效能 成本是必要 而 多核心不一定 為高效能的保證 而ARM 能在行 動通訊市 場取得龍頭地位 在 於其 優勢為嚴 格控制 處理器功耗 具 備良好散 熱能力 其中 Cortex A15 應用將以平板裝 置與智慧型手機 為主 而 Cortex A15 除低功耗外 時脈可達2 5GHz 效能是目前 行動裝置 處理器 5 倍 最高可支援 1TB 記憶體 並提高 匯流排吞吐量 與提升的處理 器運 算能力 圖三 ARM 多核心發展趨 勢 Source ARM 2012 12 A15 高性能核心是延續A9 發展 而 A7 則是回歸到 Cortex A8 循序 執行 不過 A7 運算能力 提升 節能效率 為 Cortex A8 的 5 倍 但大小是其1 5 採用更低延遲的 L2 緩存 而 Cortex A7 可與 Cortex A15 實現相容 且A7 支援新的虛擬化指令集等 換言之 任何在A15 核心上運行代碼都可在A7 上運作 只是運算速度較慢 但讓系 統單晶片 SoC 同時搭載 Cortex A15 和 Cortex A7 可根 據任務負載不同互相切換 即 為 big LITTLE 技術 結合 Cortex A15 多核心 處理器的 高效能及 Cortex A7 的高節 能效率 big LITTLE 虛擬化技術發展 能讓同一個SoC 上整合 2 種不同卻相容的處理器 讓 電源管理軟體能針 對不同作業 無縫地選 擇適合 單核或多核心處理器 使應用程式 可無縫隙轉換更高效能處理器 以達節能目標 圖四 ARM Cortex A15 效能比較 Source ARM 2012 12 手機晶片大廠Qualcomm 聯發科 NVIDIA 等皆推出四核心 晶片解決方案 其中 Qualcomm 預計 於 2013 年第一季推出MTK8225Q 四核心 採用 A5 架構 處理器 聯 發科則在 2013 年第一季前 會推出 MSM6589 四核心 採用 A7 架構 處理器 表三 聯發科 Qualcomm NVIDIA 四核心 晶片解決方案比較 Source 拓墣產業研究所 2012 12 過去聯發科晶片解決方案以低階手機市場為 主 預計 2013 年第一季推出的 MT6589 四核心處理器 將主攻中高階手機市 場 採用該 處理器的 手機最遲在 2013 年第二季推 出 MT6589 以 A7 架構 為核心 4 個 1G CPU 在價 格部分 走向親民 約 18 20 美元 Qualcomm S4 晶片價格約 30 40 美元 極具競爭力 而在 四核心 智 慧型手機終端價格有機會下探 150 美元 聯發科 MT6589 為 MT6577 四核升級版 目前 採用 MT6577 雙核解決方案的手機包括 聯想 樂 Phone A660 S880i S560 P700i A789 中興 Grand V970 V889M 酷派 7290 TCL S710 先鋒手機 P80w 360 特供機大 V 華 為閃耀 G500 Pro 等 其中聯想也 將採 用 MT6589 四核處 理器推出 代號 為 Arkansas 手機 價格約 為 1 499 1 799 元人民 幣間 另外則有華 為 聯想 中興 金立等也將採 此方案 屆 時聯發科 將以 MTK6577 主攻低階 MTK6589 攻中階 用 MTK6599 來打 中高階智慧型手機 聯發科甚至規劃 於 2013 年底推出 MT6599 解決方案 八核心處理器 採 ARM 架構 為 28nm 製程 支援 1300 萬畫素鏡頭和1280 800 以上顯示解析度 除支援 WCDMA TD SCDMA 網路外 亦 會支援 4G LTE 晶片價格落在20 美元上下 為因應聯發科推出 Turnkey 方案打入中 國大陸手機市 場 Qualcomm 2012 年 6 月也 推出 QRD Qualcomm Reference Design 設計方案 其QRD 方案能 將研 發週期縮短至 3 個月 但相較 於聯發科 Turnkey 方案只要 幾天 聯發科仍具優 勢 透過 QRD 包 括手機開發平台及生態系統計畫 讓 ODM 廠商快速 通過測試硬體元件 開發 以 Qualcomm Snapdragon 驍龍 S4 行動處理器手 機平台 提 供消 費者差異化的智慧型手 機 推出成本更低的產品 目前藍牙 Wi Fi 和 FM 整合技術已在QRD 平台上驗證 與測試 包括 採用新款驍龍 S4 Play 和 Plus 處理器的 智慧型手機 上市時間預計 為 2013 年第一季 圖五 Snapdragon S4 系列產品規格 Source Qualcomm 2012 12 MSM8225Q 和 MSM8625Q 為 Qualcomm MSM8225 和 MSM8625 的升級版 兩者四 核心解 決方案主要是鎖定入門款市場 主打高規低價 目前已有多款四核手 機產品 推出 MSM8225Q 和 MSM8625Q 四核 處理器皆 支援 LPDDR2 記憶體 整合Wi Fi 藍牙 4 0 和 FM 連接 二者差異主要在於 MSM8225Q 支持 WCDMA 而 MSM8625Q 除支持 WCDMA 外 還支援 CDMA2000 聯發科推出 Turnkey 解決方案與 Qualcomm 推出 QRD 解決方案 其中QRD 主要是 以舊產品加上新服 務 以 壓低成本 為特色 以期在大陸市 場佔 有一席之地 兩大廠 有機 會降低手機大廠 四核心 智慧型手機的製造成本 換言之 2013 年 150 250 美 元四核心 智慧型手機 將全面進攻 三 多核行 動運算效能與省電效率之拉鋸 四核心處 理器逐 漸成 為智慧型手機大廠突顯旗艦機款差異策略 透過搭載四核心處理 器與最新作業系統 預期2013 年智慧型手機大廠 將透過四核心 處理器的 效能 強 化產品市 場區隔 以吸引電信運營商和消費者的青睞 不過若 從運算能力 來看 核心 數量並非決定晶片運算的關鍵 儘管是採用多核心但 底層架構未優化情況下 多核心反而使得手機運行不順暢 即多核心智慧型手機是 要在多工處理中才具有優勢 甚至是使用3D 遊戲中才能看出表現 多核心晶片帶 來高效能也 帶來 高功耗 將面臨電池續航時間不足等問題 如何讓四核心 效能真正 展現 又不 會帶來 高散 熱議題 對晶片大廠 來說是很大的挑 戰 因此與其追求多核 心硬體規格 不如回歸到手機本身功能的流暢度及電力優化 狀況 多核心增加 CPU 數量以降低每個 內核的最高頻率 為代價 即只有軟體 對核心的使用 效率很高 多核解決方案才有存在價值 目前Android 系統尚未 對多核處理器進行 全面優化 即多核晶片手機反而比單核晶片手機跑得慢 為達節省電源目的 手機 App 開發商推出多核省電App 如 CPU Sleeper 即當手機螢幕關掉時 會把其他 CPU Core 進入休眠模式 只 會開啓 1 顆 CPU 來處理背景 工作 而當手機螢幕開啓時 休眠的 Core 會重新投入工作 以確保運作不受影響 圖六 手機電源管理顯示 Source DroidRzr 2012 12 除 CPU 外 圖形處理晶片 Graphics Processing Unit GPU 在手機的性能上也 佔有 舉足輕重的角色 包括在手機上播放影片 錄影皆運用到GPU 甚至 3D 遊戲的速 度和性能都與GPU 有極大關係 因此部分智慧型手機的CPU 與前一代沒有改變 透過 GPU 的升級 使得網頁瀏覽 看影視 玩遊戲更為流暢 面對手機硬體螢幕的解析度提升 2D 3D 影像解碼及運行越 來越複雜情況下 已使 得現有 GPU 負載增加 過去以CPU 為開發重點的設計思維 透過提升CPU 效能設 計解決方案 來提升整體效能 然而若影像呈現部分轉由多核心GPU 處理 可減輕 CPU 的運算負荷 並降低SoC 的功耗與 溫度 以達成省電之目 標 換言之 在高階 智慧型手機的產品設計中 開始也有多核心GPU 設計趨 勢 以提升運算高解析度 內容之 應用 四 TRI 觀點 一 隨著軟體及相關技術發展 處理器從雙核走向四核 目前智慧型手機已成 為一般民眾連網的主要工具 除瀏覽網頁 導航與玩遊 戲外 還需符合 永遠開機 永不 斷線 Always On Always Connected 功能 因此 CPU 也因 為任務需求而往多核發展 隨著手機大廠推出四核心 智慧型手機 帶動 其出貨 量成長 然而 四核心 高性能伴隨著高耗電 在電池未跟上增加手機晶片的核數心下 四核心 發展仍