2023年11月26日发(作者：诺基亚2022功能机)

处理器SoC是手机中的核心，它直接决定了手机的性能。经过近二十年的发展，虽然它的

基本原理和核心结构并没有发生化，但是它的处理器性能、CPU主频、内存，通信基带等

都有了很大的进步。该文介绍了手机SoC的基本原理、发展历程、最新一代产品的特征以

及未来的发展趋势。

手机SoC的基本原理

SoC（Systemon Chip）即片上系统，是一个专用的集成电路，包含了完整的系统并有嵌入

软件的全部内容。它是手机的核心模块，集成了手机的 CPU、GPU、DSP、RAM、通信基

带、GPS等部件。下面主要介绍SoC中的几个核心部件。

（1） CPU（Central Processing Unit）是整台手机的控制中枢，也是逻辑部分的控制中

心。其功能与PC中的CPU一样，所有任务都要经过它的处理控制才能完成。CPU

的架构对其整体性能起到了决定性的作用，使用不同架构的CPU在同主频下，其性

能差距可达到2～5倍。此外，主频、RAM、核心数、能耗等也是决定CPU性能指

标的重要参数。

（2） GPU（Graphics Processing Unit）的作用类似于PC机中的显卡。它是一块高度

集成的芯片，其中包含了图形处理所需的元件。对于GPU来说，它的性能由多边形

生成速率和像素渲染能力决定。在传统的智能机中，所有的软件和游戏都由CPU来

处理，而如今GPU担起图像显示的任务，并且还提供了视频播放、视频录制和照相

时的辅助处理功能，这使得CPU被大大解放，手机SoC的整体性能也有了较大的

提升。

（3） DSP（Digital Signal Processing）是与手机中拍照和录像功能密切相关的一个部

件，它专注于处理图像和各种音频。DSP的主要功能是进行难度较高的计算处理，

在拍照时根据算法对画面进行优化，比如降噪、曝光补偿、色彩校正等。目前，DSP

正在进一步加强深度学习、人工智能等相关功能，这将为用户带来更好的拍摄画质

和更出色的使用体验。

（4）通信基带是手机终端中难度最高的核心部分，主要负责移动通信功能。基带芯片是用

来将音频合成为即将发射的基带信号，或把接收到的基带信号解码为音频信号。此外，它

还负责对输入输出的文字、图片等信息的解码和编码。与其他芯片不同的是，基带芯片中包

含了独立的CPU、DSP、调制解调器等部件，以减少对系统CPU资源的占用。

手机SoC发展历程

伴随着智能手机的诞生，手机SoC也应运而生。2000年，摩托罗拉发布了名为天拓A6188

的手机，这是世界首款真正意义上的智能手机，运行PPSM（Personal Portable Systems

Manag⁃er）操作系统，搭载了摩托罗拉自主研发的Dragon ball EZ（龙珠）处理器。这款

处理器的主频虽然只有16MHz，但它是第一款运用在智能手机上的处理器，为如今智能手

机的普及奠定了基础。早期的手机SoC性能比较低，兼容性不强，功耗高。许多芯片制造

厂商为了解决这些问题研发了很多产品，其中主要有德州仪器，Nvidia，Marvell，Intel，

高通，苹果，三星，联发科，海思麒麟等等。下面简单介绍几款具有代表性的移动SoC：

NvidiaTegra2

早期手机SoC的CPU部分多采用单核心的设计，且主频不高。2011年，NVIDIA在CES

（International Consumer ElectronicsShow）展场上，发布NvidiaTegra2片上系统处理

器。这块处理器基于台积电的40nm的制程工艺，采用了ARM的架构，集成了2.6亿个晶

体管，内建了2个处理器核心，主频为1GHz。这是世界上第一款双核心的手机SoC，开启

了手机SoC的多核心时代。

苹果A7处理器

2013年秋，苹果发布了iPhone5s，搭载了全球首款64位手机处理器，并且内建一个M7

协处理器，用以处理各种传感器数据 — —加速度传感器，指南针、陀螺仪等，减轻了CPU

的负担，节省了能耗。

华为海思麒麟970

2017年，华为旗下的海思半导体发布了麒麟970处理器，这款处理器是世界首款AI芯片，

首次引入了NPU（Neural-net⁃work Processing Unit）模块。 随着人工智能技术的发展，

传统的手机处理器已经不能满足日益增长的运算量。NPU — —用来专门处理人工智能计

算的芯片，将深度学习、图像处理等相关的运算接管过来，减轻CPU、GPU的压力，从而

降低功耗。因为NPU的协同计算，搭载麒麟970的手机在图像识别速度上，可达到约2000

张/分钟。

新一代SoC发展现状

目前智能手机处理器多采用ARM的架构，并且随着制程工艺的更新，性能越来越强悍，甚

至可以比肩某些桌面级的处理器。最新的制程工艺已经达到了7nm的级别。现如今，综合

排名前三的手机CPU也已被广泛应用于各大手机厂商的智能手机中，它们分别是：苹果A12

处理器。

苹果的a12处理器是世界上第一款实现量产和商用的7nm处理器，该芯片系统的缓存是自

A7处理器推出以来变化最大的，此外，A12搭载的NPU也是有了质的飞跃，它的NPU从

之前的双核直接提升到了八核心设计，并且拥有更大的CPU和更大容量的缓存结构。

2018年，高通公司发布骁龙855处理器，这款处理器的性能可用两个词描述：坚挺，持久。

首先，骁龙855采用了7nm集成工艺，Kryo485CPU,其摒弃了之前的架构，采用了1+3+4

的三丛集架构：1代表一颗主频为2.84Ghz，是基于Cortex-A76的核心；3是指3颗中

核，主频为2.41Ghz；4指4枚小核心，主频为1.78GHz。此外，骁龙855内部集成了X24

LTE调制解调器，该设计可以使Android系统手机率先支持5G, 支持最高可达2Gb⁃

ps的下行速率。

作为我国的头号通信公司，2018年华为公司的海思麒麟980芯片一经发布便引起了广泛关

注。该芯片采用了台积电7nm工艺制造，集成69亿个晶体管，这使得麒麟980性能比之

前提升了20%，能效提升了40%。并且，双核NPU是一项新的创新，该设计可使得处理

器实现每分钟识别4500张图像，支持很多种不同的AI场景。对于GPU来说，相比于之前

的970，麒麟980芯片提升近一半。

国内现状及未来趋势

近几年，我国的SoC在技术和质量上都有了很大的提高，但仍面临着更大的挑战。比如功

耗问题给当今我国SoC的发展带来较大的限制，这个问题使得整个器件需要做一些全新的

调整，现行的集成电路设计思想也需要一定的改革和创新。今后，我国要集中精力攻克SoC

发展的关键技术，加大力度开发芯片软件，增强对移动通讯和互联网的关注度，因为他们的

融合将会主导SoC之后的发展方向。