手機芯片市場發(fā)展之路

文/李聞達(dá)

目前，手機芯片國產(chǎn)化進程已經(jīng)起步，盡管與海外巨頭相比起步較晚，但是已邁出關(guān)鍵步伐。

8月30日，2015年北京田徑世錦賽在中國國家體育場鳥巢正式落下帷幕。9天的比賽讓全世界人民舉世矚目，在鳥巢舉行的田徑世錦賽上，不論是閃電博爾特的強勢回歸，還是中國田徑展示的“中國速度”，都彰顯了世界人民在體育事業(yè)上追夢的努力。

這樣的速度同樣發(fā)生在科技界，摩爾提出摩爾定律的時候，電腦還像冰箱那樣笨重。然而，這條定律最終成為了整個硅谷的基石。摩爾定律下五十載的芯片技術(shù)發(fā)展，不斷推高人類計算機技術(shù)發(fā)展水平，芯片技術(shù)的不斷進步不僅給未來帶來了新的可能性，也給未來帶來了新的限制。每一次進步，意味著面臨的限制和挑戰(zhàn)也就越大，但同時也更彰顯其優(yōu)越性。

李聞達(dá)

特約撰稿人

在計算機芯片發(fā)展面臨挑戰(zhàn)的同時，隨著移動智能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動芯片產(chǎn)業(yè)得到了爆發(fā)式發(fā)展。2013年移動芯片需求首次超過了PC芯片，成為市場上的明星。

隨著移動芯片的發(fā)展浪潮以及4G商用的全面到來，我國的移動芯片市場也正在蓬勃發(fā)展。主要表現(xiàn)在：一是在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破；二是中國芯片廠商的市場競爭力在不斷增強。與此同時，國外的芯片巨頭也在不斷加大對中國市場的投入。可以預(yù)見，移動芯片市場機遇與移動芯片技術(shù)不斷飛躍。

手機芯片制造工藝逐步增強

智能手機尺寸一天一天在發(fā)生變化，屏幕解析度也逐步提高，但在同時，手機重量卻要求越來越輕、設(shè)計要求越來越薄，高性能卻得搭配低功耗。手機芯片供應(yīng)商已從CPU 2.2GHz升級到2.5GHz的規(guī)格競賽中，暫時抽身出來解決這個高效低耗的問題，以滿足終端品牌手機廠商及代工廠的最新需求。

雖然芯片的尺寸并不是衡量一款處理器好壞最重要的因素，但是更小的體積和更高效的節(jié)點可以帶來一些額外的電池續(xù)航壽命，同時還能讓芯片的造價更低。

回顧一下處理器的制造工藝。從本質(zhì)上來說，處理器的制造過程和工藝代表了處理器是如何創(chuàng)建、以及它的大小和使用了何種技術(shù)。當(dāng)探討處理器的大小和制造工藝時，總會看到nm（納米）這個詞。在這種情況下，nm這個數(shù)字代表了CPU或GPU中單個晶體管的大小。通常的規(guī)則是晶體管尺寸越小、彼此之間的距離就越短，能源消耗也就越低。而準(zhǔn)確的工藝是讓芯片尺寸變小必不可少的條件，新技術(shù)的突破可以讓處理器變得更小、更高效。

從早期的A n d roid手機開始，移動芯片的體積已經(jīng)大幅縮小了。2008年問世的HTC Dream，也被稱作T-Mobile keyword/ keywordG1keyword/keyword，當(dāng)時配備了65nm工藝的高通MSM7201A處理器，主頻只有528MHz。而早期其它的Android手機則使用了德州儀器的芯片，比如摩托羅拉Droid。而HTC Nexus One當(dāng)時則使用的是驍龍S1處理器，采用了比較先進的65nm工藝。

在2010年年初，N V I DI A帶來了采用40nm工藝的Tegra 2芯片，而隨后高通驍龍keyword/keywordS2keyword/keyword和三星首款Exynos處理器也都使用了45nm的工藝。

不過，移動芯片工藝一直以兩倍的速度提高。比較近期的NVIDIA Tegra 3仍然還在使用40nm生產(chǎn)工藝，而三星的Exynos 4212已經(jīng)提高到32nm。而無論是高通還是三星，在2012年年中都停留在了28nm的工藝上。

從此，高通的驍龍系列和N V I DI A的Tegra芯片都一直在使用28nm制造工藝，包括去年的驍龍805和Tegra K1等，這也標(biāo)志著近兩年，移動芯片的制造工藝進步已經(jīng)非常緩慢。如今，三星已經(jīng)成功的處于領(lǐng)先的地位，最新量產(chǎn)的Exynos 5430和5433分別被使用到Galaxy Alpha和Galaxy Note 4上，工藝提升到了20nm級別。而PC芯片巨頭英特爾在移動領(lǐng)域雖然一直水土不服，但旗下的Bay Trail芯片也使用了22nm工藝。

盡管最近幾年移動芯片的尺寸沒有明顯的變化，但是在性能方面得到改善，全新的64位ARM Cortex-A57和A53核心為移動設(shè)備帶來更高的性能和能源的更高效利用。首先，新的核心設(shè)計已經(jīng)經(jīng)過了全面改善，其次，現(xiàn)在高通和三星都已經(jīng)具備了20nm工藝的量產(chǎn)能力。而另一股不可忽視的力量則是聯(lián)發(fā)科，雖然目前量產(chǎn)的處理器還是28nm，但是旗艦級處理器已經(jīng)提升到了20nm。

另外，16nm工藝也會成為今年的另外一大話題，比如臺積電目前已經(jīng)具備了這樣的能力。雖然在年初臺積電就已經(jīng)開始量產(chǎn)16nm工藝芯片，但是等到大批量被應(yīng)用到產(chǎn)品中，還需要等到年底或2016年年初。

雖然芯片的尺寸并不是衡量一款處理器好壞最重要的因素，但是更小的體積和更高效的節(jié)點可以帶來一些額外的電池續(xù)航壽命，同時還能讓芯片的造價更低。

當(dāng)然，芯片的工藝不會停留在14/16nm工藝水平，所有的主流廠商都盯上了10nm甚至更先進的工藝。目前ARM已經(jīng)開始和臺積電合作，在2016年開始生產(chǎn)10nm工藝新品。而繼英特爾之后，臺積電也表示開始進軍7nm工藝領(lǐng)域，并且在不遠(yuǎn)的將來就會實現(xiàn)。歐洲最大的芯片制造設(shè)備廠商ASML NV表示，目前臺積電已經(jīng)計劃購買兩種最先進的EUV掃描儀，而很有可能在2016年用來提高光刻的精度，縮小節(jié)點距離。

移動芯片市場日趨激烈

2014年，博通退出手機芯片（手機基帶芯片）市場的消息再次讓我們看到智能手機產(chǎn)業(yè)競爭的激烈和殘酷。在此之前，德州儀器(Texas Instruments Inc)、意法半導(dǎo)體(ST Microelectronics NV)、愛立信(Ericsson)以及英偉達(dá)（NVIDIA）等均在競爭中退下陣來，而隨著競爭的加劇，未來還會有相關(guān)廠商難逃退出手機芯片市場的命運。但是，移動芯片市場的機遇卻從未消失過，華為發(fā)布了全球首顆8核LTE Cat6手機芯片麒麟920，并受到了業(yè)內(nèi)高度評價。

眾所周知，芯片產(chǎn)業(yè)（不僅是手機芯片），技術(shù)、規(guī)模、資金是其生存和發(fā)展的三要素。這些特性在曾經(jīng)最大的傳統(tǒng)PC芯片產(chǎn)業(yè)中得到了驗證。AMD當(dāng)年在PC市場與英特爾較量的初期和中段，技術(shù)上雙方可以說伯仲難分，但最終受限于規(guī)模和資金的短板，被英特爾大幅超越。而到了今天的手機芯片市場莫不如此。

從目前手機芯片市場的競爭格局看，真正三個要素均具備的只有高通。技術(shù)上，高通無論在與手機芯片密切相關(guān)的AP，還是基帶芯片，還是重要的SoC集成能力上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它的競爭對手們；規(guī)模上，高通目前在AP和基帶芯片市場的市場份額及營收均排在首位，且遙遙領(lǐng)先于對手。

而高通最大的競爭對手聯(lián)發(fā)科（MTK）。從2G時代起，聯(lián)發(fā)科形成了其生存和發(fā)展的根基Turnkey模式—這是一個類似于“交鑰匙”的“工程項目模式”，指向客戶提供的總體解決方案。這種模式因價格低廉而頗受中小型手機廠商的歡迎。進入到3G時代，這種模式仍是聯(lián)發(fā)科倚重的模式，但惟一不同的是，手機芯片產(chǎn)業(yè)的老大高通也開始在類似的模式上發(fā)力，即高通的QRD模式（Qualcomm Reference Design，高通參考設(shè)計）。高通將這種能夠幫客戶縮減設(shè)計時間的模式覆蓋到了高、中、低端。按照高通的解釋就是未來高通手機芯片要全面QRD化。

當(dāng)然，除了高通、聯(lián)發(fā)科的芯片之外，還有一類手機芯片或者說是企業(yè)有生存的可能，那就是自給自足的蘋果、三星和海思。蘋果通過首發(fā)業(yè)內(nèi)第一款64位A7手機芯片已經(jīng)向業(yè)內(nèi)證明其在手機芯片的技術(shù)實力。至于說到規(guī)模，其每年僅1億多部的iPhone和幾千萬的iPad就足以支撐其生存和發(fā)展，再看三星的手機并非是純粹的自給自足，因為除了它自己的智能手機在使用之外，其他手機廠商也在使用，這是與之前高通、聯(lián)發(fā)科純開放市場手機芯片和蘋果純自給自足不同的地方。

2014年中國智能手機芯片(AP+基帶)領(lǐng)域不乏熱點，4G、8核、大屏等新品層出。但是，伴隨整個產(chǎn)業(yè)的成熟，競爭更加激烈，企業(yè)利潤趨于下降，同時從業(yè)企業(yè)更加集中。數(shù)據(jù)顯示，2014年中國整體市場手機芯片出貨量達(dá)到4.37億顆，預(yù)計2015年整個市場將更加趨于飽和，出貨量增速將放緩至16%。

較為有利的信息是，海外巨頭的不斷退出為中國芯片廠商騰出發(fā)展空間，華為海思、展訊通信、大唐聯(lián)芯等國內(nèi)芯片廠商有望取得進一步的發(fā)展機會。

作為4G元年，LTE無疑是2014年的最大驅(qū)動因素，雖然LTE帶動了整個手機市場的增長，但3G產(chǎn)品需求卻有所冷卻，整體出貨量并未如預(yù)期爆發(fā)，而是呈現(xiàn)緩步增加的態(tài)勢。根據(jù)DigiTimes Research數(shù)據(jù)，2014年中國智能手機芯片出貨量約為4.37億顆(其中第4季度數(shù)據(jù)為本報告根據(jù)增長趨勢預(yù)估)，其中因為多數(shù)廠商將上半年推出平價4G智能手機的計劃推遲到下半年，使得整體市場出現(xiàn)前冷后熱之勢，其中上半年出貨量約1.94億顆，下半年出貨量約為2.35億顆。

圖 手機芯片構(gòu)成示意圖

圖 手機芯片品牌分布比例示意圖

2015年智能手機芯片市場將伴隨整機市場走勢趨于飽和，出貨量將進一步放緩。不過，多數(shù)中國手機廠商將加大力度開拓海外新興市場，如華為、小米及聯(lián)想，相關(guān)芯片廠商也加大力度開發(fā)相應(yīng)解決方案，如展訊開發(fā)出面向印度市場的單核智能手機平臺SC7715等，這在一定程度上抵消了下滑的趨勢。

中國芯片的機遇與挑戰(zhàn)

市場的成熟、價格的走低以及國際龍頭企業(yè)的競爭也給了中國手機芯片企業(yè)發(fā)展的機會。2014年每隔幾個月就有一家芯片巨頭宣布退出。2014年中國芯片廠商新品頻發(fā)，不斷拉近與國際先進水平的距離，如華為海思的8核、64位麒麟620，展訊的4G、SC9830等。2015年全球手機市場醞釀重新洗牌，此時也許正是國產(chǎn)芯片廠商的機會。

從技術(shù)上看，目前手機芯片處理性能已經(jīng)能夠滿足用戶需要。也就是說，在普通應(yīng)用環(huán)境下，同樣的核數(shù)，1.7GHz和1.9GHz的差別其實不是很大，受芯片尺寸限制，進一步提高核數(shù)已不容易，手機上的大型游戲更多的是依賴GPU(圖形處理)的性能。從另一個角度來講，應(yīng)用處理器進化的路線不是在主頻，而是在更低的制程技術(shù)、64位支持等方面。因此2015年手機芯片廠商競爭的焦點是4G、64位和工藝。

目前，主要手機芯片廠商高通、聯(lián)發(fā)科、三星、MARVELL、海思均已發(fā)布64位處理器。預(yù)計2015年下半年，64位手機將登陸中國市場。手機芯片市場繼“核戰(zhàn)”之后將上演“64位”之戰(zhàn)。

在基帶方面，受限于電信運營商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進程，目前廠商的選擇多以4G CAT 4為主。不過，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的進一步拓展，支持更高上下行帶寬，2015年終端芯片有望進一步發(fā)展到CAT 6。

移動芯片是移動智能終端的關(guān)鍵器件。移動芯片包含了應(yīng)用處理器、基帶芯片、射頻芯片、電源管理芯片和存儲芯片。其中最重要的芯片是基帶芯片（BP）和應(yīng)用處理器（AP），二者結(jié)合在一起成為移動智能終端的CPU。

圖中展示了基帶芯片和應(yīng)用處理器在CPU中的分工模式。其中，基帶芯片負(fù)責(zé)通信協(xié)議/射頻信號處理，是移動終端的基礎(chǔ)通信模塊。應(yīng)用處理器負(fù)責(zé)運行操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。這兩類芯片也是當(dāng)今移動終端芯片平臺中最重要的部分。以下提及的移動芯片廠商指的是主要從事基帶芯片和應(yīng)用處理器設(shè)計、生產(chǎn)的企業(yè)。從技術(shù)體系來講，移動芯片主要分為ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)。ARM架構(gòu)是由ARM設(shè)計的32位精簡指令集處理器架構(gòu)。X86架構(gòu)是Intel公司設(shè)計的復(fù)雜指令集處理器架構(gòu)。

4G智能手機、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展及銀行卡“換芯潮”，將為集成電路企業(yè)提供更多市場空間。我國移動通信開始從3G時代進入4G時代，2014年全國移動電話用戶總數(shù)達(dá)12.8億戶，其中4G用戶超過8000萬，4G終端普及速度超出預(yù)期，明年國產(chǎn)手機特別是 4G中低端競爭將異常激烈，在手機芯片供不應(yīng)求的情況下，本土集成電路企業(yè)將會從中分得一部分市場空間；

我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在智慧城市、智慧交通、工業(yè)監(jiān)控等方面的需求不斷提升，據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心報告，2015年中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)7500億元，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展帶來對各種感測器及低功耗、小尺寸晶片需求快速攀升，其中8寸晶圓產(chǎn)能將是關(guān)鍵；根據(jù)央行規(guī)定，從2015年起我國將逐步停發(fā)磁條銀行卡，以金融IC卡進行替代，目前各地已陸續(xù)開展“磁條卡換芯”工作，業(yè)內(nèi)預(yù)計未來幾年我國每年新投放的金融IC卡數(shù)量可達(dá)數(shù)十億張。

市場研究機構(gòu)IDC預(yù)計，智能手機銷售增長需求將逐漸轉(zhuǎn)移到中國等發(fā)展中國家，中端市場將成為發(fā)展主流?！爸械投耸袌霾灰馕吨蛢r低質(zhì)，而是高性價比，手機用戶將有著更高的品質(zhì)要求，手機芯片也將呈現(xiàn)高技術(shù)、高性能和多樣化的發(fā)展趨勢。這些包括組成智能手機的所有芯片，如MCU、RFIC、GPS、PMIC、MEMS、CIS等。在此情況下，封裝工藝也將向高密度、高性能、薄型化發(fā)展，多芯片fcCSP封裝也將成為AP/BB芯片的主流。

中端智能手機市場的發(fā)展以及中國大陸手機制造商占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了新的機會。目前，手機芯片國產(chǎn)化進程已經(jīng)起步，盡管與海外巨頭相比起步較晚，但是已邁出關(guān)鍵步伐。

有利的環(huán)境是，海外巨頭的不斷退出也為國產(chǎn)廠商騰出了發(fā)展空間。隨著愛立信、英偉達(dá)、博通等老牌芯片廠商或退出或轉(zhuǎn)型，國內(nèi)的市場競爭對手只有高通、英特爾等，涌現(xiàn)出了一批具有一定競爭優(yōu)勢的芯片廠商，如展訊、華為海思、大唐聯(lián)芯等。

而且，利好的國家相關(guān)政策也正在不斷出臺。2014年6月，國務(wù)院批準(zhǔn)實施《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，提出了包括設(shè)立國家級領(lǐng)導(dǎo)小組、國家產(chǎn)業(yè)投資基金等在內(nèi)的8項推進措施，集成電路產(chǎn)業(yè)基金規(guī)模將達(dá)1500億元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于過去十年的研發(fā)投入金額。

本土手機芯片企業(yè)可以根據(jù)當(dāng)前市場的變量進行戰(zhàn)略布局。比如，來自4G換機潮的驅(qū)動，來自普通智能終端的集成多芯片的要求、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與可穿戴產(chǎn)品的啟動，都將帶來強大的市場需求。

這些都給中國本土企業(yè)提供了技術(shù)的窗口和發(fā)展的機遇，國內(nèi)企業(yè)整體制造成本比進口芯片低，本地化服務(wù)業(yè)可以做到非常到位，技術(shù)更“接地氣”。

責(zé)任編輯：張貝貝

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