SuVolta:迎接SoC技術(shù)時代來臨

硅電晶體仍然是智慧型手機和平板電腦等后PC時代產(chǎn)品的核心。然而，對于這些行動消費產(chǎn)品來說，電晶體是否成功的衡量指標(biāo)與過去已經(jīng)有很大的區(qū)別。頻率（時脈速度）是PC時代的重要指標(biāo)，中央處理單元（CPU）則是幾十年來推動半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的主要晶片。外形尺寸在過去幾乎沒什么影響力，也沒有太多動力針對晶片（SoC）或封裝（SiP）整合系統(tǒng)級功能。

而今，針對某一特定功能的外形尺寸、成本和功耗已經(jīng)是行動市場中的重要驅(qū)動因素，從而也提高了晶片上整合功能性硬體（如電源管理、運算、音視訊、繪圖、GPS和收音機）的重要性。這種從主要以性能為中心的晶片轉(zhuǎn)向以功耗受限的晶片，以及對降低成本和提高系統(tǒng)級整合度的高度關(guān)注正動搖著傳統(tǒng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。無晶圓廠供應(yīng)商和代工企業(yè)使用SoC技術(shù)已經(jīng)有十多年時間了，直到后PC時代行動產(chǎn)品的飛速普及才使得這種技術(shù)終于發(fā)揮全部潛力。在最近5年來，SoC技術(shù)已經(jīng)從智慧手機的核心發(fā)展為實現(xiàn)平板電腦和超輕薄筆電（ultrabook）等全功能行動電腦的核心。

后PC時代

隨著智慧型手機和平板電腦的發(fā)明，電腦運算模式已經(jīng)產(chǎn)生了根本變化，完整的用戶體驗成為獨立于基礎(chǔ)技術(shù)原始性能的重要基準(zhǔn)。蘋果的iPhone和iPad正是這種模式轉(zhuǎn)型的最佳例子。這兩種設(shè)備都提供了令人高度滿意的用戶體驗──并非因為它們能夠以最先進(jìn)的晶片提供最快的運算速度，而是由于能以合理的運算速度與價位實現(xiàn)豐富的功能。

表1：基于SoC（Nvidia）和CPU（英特爾）的微軟Surface平板電腦比較。采用SoC的平板電腦更利于行動使用，而採用CPU的平板電腦在作為行動設(shè)備使用時的可攜性較差。（來源：微軟Surface網(wǎng)站）。

這些設(shè)備的功能共同增強了用戶體驗──卓越的繪圖渲染、無線連接、快速開機、保持連線的待機狀態(tài)、更長電池壽命和觸控式屏幕應(yīng)用。它們也許無法提供最快的原始電腦性能，但可讓一般用戶感覺速度很快，并提供了優(yōu)質(zhì)的用戶體驗。iPad代表種類廣泛的后PC產(chǎn)品先驅(qū)。像華碩的Transformer、微軟的Surface、Google的Nexus、蘋果的MacBook Air和英特爾（Intel）的Ultrabook等諸多創(chuàng)新產(chǎn)品也重新定義了行動時代的電腦運算模式。

諸如iPad等后PC早期產(chǎn)品的成功關(guān)鍵是，這些產(chǎn)品是全新設(shè)計的，完全不受傳統(tǒng)PC時代的軟體或硬體影響。傳統(tǒng)硅晶硬體技術(shù)的創(chuàng)新可能必須使用大量邏輯電晶體的更高性能獨立式處理器（CPU）以及更復(fù)雜的軟體層來使用巨大的記憶體容量。而iPad等新產(chǎn)品使用功耗極度受限的硬體和非常精益的軟體來完成特殊任務(wù)（如用視訊解碼器驅(qū)動顯示器）。為了實現(xiàn)行動領(lǐng)域要求的高功效系統(tǒng)，盡可能轉(zhuǎn)移最多的負(fù)載到硬體并同時使用精簡的軟體就顯得非常重要。直接將傳統(tǒng)PC硬體和軟體硬塞進(jìn)新的外形結(jié)構(gòu)中無法實現(xiàn)高功效，也不會帶來卓越的用戶體驗。

平板電腦和智慧手機的興起并不會完全取代傳統(tǒng)PC。在可預(yù)見的未來，PC仍將在每個桌面找到發(fā)揮空間，伺服器陣列也會在資料中心持續(xù)用于運算密集型應(yīng)用。當(dāng)然，徵諸以往的歷史發(fā)展，我們可以預(yù)期傳統(tǒng)PC中的CPU半導(dǎo)體技術(shù)最終可能被智慧型手機的突破性SoC技術(shù)取代，或至少發(fā)生徹底改變。過去幾年來，SoC技術(shù)的快速發(fā)展對這一假設(shè)提供了有力的佐證。

回顧歷史演進(jìn)

從1980年代末至1990年代初出現(xiàn)獨立代工廠以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)被劃分為叁大實體──整合設(shè)備制造商（IDM，如英特爾、2009年前的AMD和叁星），無晶圓廠公司（fabless，如蘋果、高通、博通、Nvidia），以及為fabless生產(chǎn)晶片的晶圓代工廠（如臺積電、聯(lián)電、叁星與GlobalFoundries）。

從歷史上看，英特爾和AMD專注于生產(chǎn)基于CPU的晶片（如Core和Athlon），而Nvidia致力于為PC和伺服器市場生產(chǎn)獨立的繪圖晶片（GPU）。在這個領(lǐng)域中的所有其它公司都采用某種形式的晶片系統(tǒng)整合（SoC）來滿足各自市場的不同需求。

SoC的一般定義是將各種功能硬體模組整合在晶片上，以滿足特定的產(chǎn)品應(yīng)用要求。最簡單的SoC可能整合一些混合訊號和數(shù)位電路的基本連接晶片。較復(fù)雜的SoC可能在晶片上整合了應(yīng)用處理器單元（APU）和GPU。功能更強的SoC進(jìn)一步整合各種其它硬體模組（如GPU、音視訊解碼器和數(shù)據(jù)機）。隨著這種不斷在晶片上整合各種功能的能力增加，使得SoC技術(shù)得以快速發(fā)展，從支援簡單的功能手機、智慧型手機直到平板電腦。

伴隨著行動電話和網(wǎng)際網(wǎng)路的出現(xiàn)，高通（Qualcomm）最早開始為成長中的連網(wǎng)市場設(shè)計晶片，而Nvidia最早作為GPU製造商出現(xiàn)在市玚上。隨著時間的推移，這些公司都對不斷演進(jìn)的技術(shù)趨勢作出了積極回應(yīng)，并在其晶片中實現(xiàn)越來越高的功能整合度，也為其帶來了成功。高通透過增加應(yīng)用處理器（由ARM授權(quán)取得Krait）、GPU（收購AMD Imageon取得Adreno）和電源管理單元，從獨立的連接晶片發(fā)展出豐富的產(chǎn)品線。高通的旗艦產(chǎn)品 Snapdragon系列現(xiàn)在包含所有這些模組，是一款功能非常強大的行動SoC產(chǎn)品。

同樣地，Nvidia從獨立的GPU制造商開始發(fā)展，其間不斷增加應(yīng)用核心（透過ARM授權(quán)）和連接模組（透過收購Icera）。Nvidia現(xiàn)在提供高度整合的行動SoC（Tegra系列）已被用于多種平板電腦中。就在幾年前，未曾涉足行動晶片設(shè)計業(yè)務(wù)的蘋果公司開始使用應(yīng)用處理器（透過ARM授權(quán)）和GPU（透過Imagination Technologies授權(quán)）設(shè)計自己的SoC晶片（A系列）。叁星也收購了各種SoC建構(gòu)模組，甚至更早就將這一趨勢擴(kuò)展到伺服器晶片。

業(yè)界的整并趨勢象徵SoC影響力的不斷增強。蘋果收購PA-Semi，使其能自行設(shè)計自家的應(yīng)用處理器。高通最近收購了Atheros以強化其無線連接套件，并收購Summit Technology，意在增強其電源管理能力。Nvidia收購Icera是為了增強其連接產(chǎn)品，英特爾也收購英飛凌無線部門期望獲得進(jìn)軍基頻連接市場的入場券。這些收購都指向一個整併中的市場，其中只有少數(shù)幾家強大的公司能擁有所有的功能模組，從而可在不斷成長中的行動市場作好激烈競爭的準(zhǔn)備。

智慧型手機為SoC技術(shù)展現(xiàn)無窮潛力，并為SoC得以抗衡CPU提供了首款最重要的平臺。晶片整合為智慧型手機帶來的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過獨立的桌上型電腦。使用專用功能模組比使用通用處理核心具有更多的優(yōu)勢──這些模組可工作在更低的頻率，同時提供更高的系統(tǒng)級性能，而消耗的系統(tǒng)級功耗卻更低。

另外，透過將更多的功能轉(zhuǎn)移到硬體上實現(xiàn)，SoC可支援精簡軟體，因而實現(xiàn)更低的系統(tǒng)級功耗。使用專用核心可使智慧手機只執(zhí)行用于特定任務(wù)的特定模組，而通用核心必須一直工作，與執(zhí)行的任務(wù)無關(guān)。因此與獨立CPU相較，SoC更適合行動設(shè)備應(yīng)用。

早期的SoC技術(shù)可讓代工生態(tài)系統(tǒng)公司擁有比英特爾等老牌公司更大的優(yōu)勢，而這種技術(shù)也廣泛受益于智慧型手機出貨量的快速成長。在第一個五年（直到2012年），英特爾根本無法進(jìn)入智慧型手機市場。iPad的推出和隨后平板電腦市場的成長更進(jìn)一步鞏固了這一趨勢。

進(jìn)步神速是SoC爆發(fā)性潛能的一種最佳指標(biāo)，這不僅反映在功能性和出貨量，也表現(xiàn)在所支援的強韌設(shè)計與軟體生態(tài)系統(tǒng)普及上。近五年來，SoC技術(shù)從支援功能手機的基本運算/連網(wǎng)功能迅速發(fā)展成為所有智慧型手機和早期ultrabook的核心，可支援范圍廣泛的功能，包括音視訊、游戲、通訊和生產(chǎn)等。