2021全球移动处理器产业链解析
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2021-12-29 00:07
移动处理器相比台式处理器更加注重能源效率，以低电压、低热量、低耗电为特点，正在不断提高性能，并开始占领传统桌面处理器的市场。
移动处理器的定义：移动处理器专门针对包括笔记本电脑、智能手机、平板电脑等移动智能终端，除了追求性能，也追求低热量和低耗电，最早的笔记本电脑直接使用台式机的CPU，但是随CPU主频的提高，笔记本电脑狭窄的空间不能迅速散发CPU产生的热量，还有笔记本电脑的电池也无法负担台式CPU庞大的耗电量，所以开始出现专门为笔记本设计的移动处理器。
笔记本的处理器在制作工艺上要比同时代的PC处理器要更加的先进，笔记本处理器要具备PC处理器不具备的电源管理技术，所以要使用更高的微米精度，所以各个要求都要大于普通PC处理器上的要求。使用场景中，移动处理器架构在越来越轻薄的笔记本与智能手机等移动终端上，对能源效率的高要求越来越明显，倒逼处理器技术的发展。
随着性能不断提升及生态不断完善，RISC架构也在逐步进军CISC为主的PC、桌面及服务器领域，ARM架构将大放异彩
处理器指令集架构分为CISC复杂指令集和RISC精简指令集两类。
CISC复杂指令集具备更强的单核性能，为了应对不同情况而设计，但计算效率较低，有着复杂庞大的指令系统包含超过200的指令数目和多于4种寻址方式，指令执行时间较长。以X86为典型，通常应用于服务器和PC市场。
RISC精简指令集具备高度优化的指令集、大量寄存器、高度规则的指令流水线以及读取/存储体系结构，以流水线方式运作，并在并行处理方面具备明显优势。MIPS和Power PC由于软件生态的落后，市场份额很小，已不是主流的架构方案，仅在特定的领域继续应用。而ARM凭借开源、异构运算、可定制化等优势，开始大面积应用到低能耗的移动设备。 随着性能不断提升及生态不断完善，RISC架构也在逐步进军CISC为主的PC、桌面及服务器领域。
英特尔X86主导计算机、服务器市场，ARM架构垄断手机市场，看似二者分境而治，实则业界对于二者谁能主宰未来市场的讨论一直进行着。ARM架构将贯穿从loT领域、移动端到桌面端最后占领服务器领域，从而取得全面的胜利;另一方则认为X86架构强大之处在于英特尔积累的服务器芯片以及部分闭源的专业级领域生态系统几乎不可撼动。
另外也有中立者认为二者并不具备可比性，ARM在功耗上的优势与X86在性能上的优势都是不可替代的。总体而言，X86仍然在服务器和PC领域中占据着极高的市场份额，ARM架构在移动设备、车载信息设备领域占据着主导地位。
由于摩尔定律的性能增长失速与移动终端的多样化需求的缺口越来越大，移动处理器进入集成多种芯片的大整合时代，异构计算和SoC成为主流。
摩尔定律这一定律到今天为止，基本上准确预测了半导体行业的发展节奏。此前摩尔定律几乎每年都会推动微处时间 理器的性能提升50%，而半导体的物理学限制却让其放慢了脚步。如今，CPU的性能每年只能提升10%左右。
在移动互联网时代，单一芯片应对不同形式计算力不从心，异构计算成为主流。移动设备或者云平台需要处理各种各样的信息，包括通讯、执行程序、处理图片、娱乐游戏、处理各种传感器的信息等等。
传统依靠类似 CPU 这样通用处理器来处理这些信息的效率非常低。CPU 这种为顺序计算而设计的处理器，一旦被占用，其他处理请求就只能等待，导致时间效率低。
同构众核芯片又会遇到功耗问题，每个核都要有它Cache等配合硬件；而CPU和GPU芯片合用，因为GPU要求大量数据，所以在芯片之间传送大量数据存在是瓶颈，很难达到峰值。
因此，CPU和GPU应该做在一个芯片王P芯片上的数据传输频带要宽很多;更进一步，GPU仍然有编程困难的问题，如有针对专门用途的、算法和编程都比较能简化的小核，是更优解。
在SoC之上，可按需集成不同异构芯片，是移动处理器的重要技术。随着ARM类处理器在消费类电子的市场份额的扩大，将驱动SoC的的市场份额的增长。
系统级芯片System on a Chip的缩写SoC，又称片上系统，由多个具有特定功能的集成电路组合在一个芯片上形成的系统或产品。
SoC关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术，并且包含做嵌入武软件移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。
SoC在性能、成本、功耗、可靠性，以及生命周期与适用范围各方面都有明显的优势，因此它是集成电路设计发展的必然趋势。在性能和功耗敏感的终端芯片领域，SoC已占据主导地位;而且其应用正在扩展到更广的领域。单芯片实现完整的电子系统，是IC产业未来的发展方向。
例如高通的骁龙系列移动处理器就包括了各种各样的处理单元∶加速 3D 的 GPU，处理照片的ISP，处理通信的基带芯片，处理音频的编解码器，加速向量计算的 DSP等。在移动平台上，各种芯片各司其职，大大提升了移动设备各项功能的响应速度。
苹果的M1 Max 芯片改变了移动PC的设计思路，M1 Max 芯片把 GPU、CPU、RAM 同时融在一块芯片里面，而且还不是简单的融入，是把中央处理器、神经网络引擎以及图像处理器等诸多功能全部配备在一块统一内存的芯片上面。
SoC的下游应用领域分布于消费电子、智能家居、智能安防、智能商显、汽车电子。消费电子包括智能手机、平板电脑和便携电脑是SoC市场占据最大份额且未来应用方向种最重要的赛道。
ARM架构在SoC之上，随着ARM类处理器在消费类电子的市场份额的扩大，将驱动SoC的的市场份额的增长。预计2023年，SoC总体市场规模将达到2，070亿美元。
SiP凭借微型化、异质芯片的可整合性、产品上市时间快、成本低的特点，与消费类电子的需求相契合。
伴随着集成电路（Integrated Circuit）微缩（Scaling）技术的蓬勃发展，将各式功能的电子零件整合在同一集成电路芯片上而成为一个子系统，此即为系统级芯片技术（System on Chip，SoC）的基本概念。
将各式不同功能的芯片及组件整合在同一封装的技术，即统称为系统级封装（System in Package，SiP）。两者皆是为了提升各种电子系统效能、降低成本而发展出的系统整合技术。SiP的应用优点：
微型化∶在相同功能上，SIP模组讲多种芯片集成在一起，相对独立封装的IC更节省空间。 异质芯片的可整合性∶可将各式不同的芯片整合在同一封装内，使各种功能不同的芯片能选择使用基最具成本效益的制程。 产品上市时间快∶SIP模组在调试阶段能更快的完成预测及预审。 成本低∶低故障率、低测试成本、简化系统设计、低仓储备料，使 总成本减少。
传统 CMOS的制造技术一直遵循着摩尔定律进行制程尺寸微缩，并且广泛应用在中央处理器（CPU）、记忆体（Memory）与逻辑（Logic）芯片上。
然而，就系统而言，多样化不同功能的组件，例如模拟电路、RF电路、无源元件等，才能因应人类感官与环境感知越来越多的需求。SoC技术加上SiP技术将"异质"的芯片整合在一起，将能创造更高价值的系统。
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来源：智能计算芯世界
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