為什麼手機晶元要設計兩種架構

Ⅰ 為什麼高通和蘋果A系晶元都是基於arm的晶元，性能差別卻這么大

蘋果A系列晶元性能強於高通晶元，一個很重要原因就是蘋果A系列晶元沒有集成基帶，只由CPU和GPU兩個部分組成，甚至連WiFi晶元也沒有。因此在相同的體積和工藝製程下，蘋果A系晶元CPU的面積更大，上面可以集成的晶體管數量也就越多。

而高通本來是通信行業的，和手機處理器比起來，基帶晶元才是它最拿手的地方。所以高通晶元一個主要特色就是將基帶晶元也集成到了處理器當中。這樣做的好處是讓基帶晶元也和CPU、GPU一樣使用最先進的工藝製程，從而減少功耗，降低發熱量。但是手機晶元的體積那麼小，高通處理器再繼承了基帶、WiFi等模塊之後，留給CPU、GPU的空間就比較小了。因此同一時期的高通晶元在性能上是不如蘋果A系晶元的。

但是手機不是 游戲 機，決定手機使用體驗的除了性能之外還有很多方面，其中就包括基帶的信號和功耗。高通擁有自己的基帶技術，基帶與處理器之間的兼容性更好，因此網路信號質量更佳，且功耗比較低，手機發熱量小。更重要的是，由於集成了基帶，其它手機廠商購買了高通處理器之後，就相當於得到了一套完整的移動平台解決方案，基帶、WiFi、藍牙之類的都包括進去了。

相對的，蘋果A系處理器由於沒有基帶晶元，只能尋求第三方的外掛基帶。而使用外掛基帶就存在與處理器的兼容性問題，而且功耗比較高，手機發熱量大。比如iPhone XS Max使用的英特爾基帶就是基於14nm的，而同期高通晶元集成的基帶只有7nm，兩者的功耗就差了許多。更早的iPhone X由於CPU和基帶的功耗都比較高，一玩 游戲 就發熱卡頓。

比較下來，蘋果A系處理器的性能好，但是信號質量稍弱一些。而通驍龍處理器的性能不如蘋果，但信號質量更好。所以一般對手機性能要求比較高的用戶會選擇蘋果手機，但如果對信號網路質量比較高的用戶則會選擇高通手機。

ARM只是給你一個CPU的架構，但是你要設計一整顆SoC，所以發揮的空間很大。

①蘋果的晶元設計能力相當強；

②蘋果沒有基帶，很多空間；

③iOS系統把硬體性能提升一個等級；

說起iPhone5s，大家是不是想起它率先加入了指紋識別，但是它還有一個特點讓人震撼，那就是它的晶元是第一顆移動端的64位的晶元。

當然ARM架構是沒推出64位的架構的，但是蘋果覺得32位已經不夠用，直接跳過ARM的32位的架構，自己推出了64位的架構，逼著ARM後來也推出了64位的架構。你可以想像當時的蘋果設計晶元能力是多麼強大。

所以，不是說給予ARM的架構，晶元設計能力就是一樣的，蘋果有著超乎大家想像力的晶元設計能力。

早起的晶元對比高通的，沒有基帶部分、沒有ISP部分，甚至連WIFI的通訊晶元都沒有，這些空間空出來之後，全都用來做CPU了，塞入了更加多的晶體管，性能自然更加強啊。

除此之外，蘋果本身還十分捨得堆料。在晶元的緩存中，也是安卓的成倍的存在，這些成本都是相當昂貴的，但是蘋果捨得給下去，大大提高晶元的緩存性能。

你以為蘋果只有晶元的硬體優勢？蘋果的晶元很強，但是iOS的優化也是很強的。

前些年，蘋果的GPU性能跟不上，但是得益於強大的CPU幫助，還有iOS的優化，讓蘋果的性能表現提升了一個等量級。

這才是蘋果A系列晶元強大的原因。

題主說的沒錯，高通驍龍系列晶元和蘋果A系列晶元都是用的ARM的指令集，但由於設計思路的不同，兩者的CPU性能有著天壤之別。

我們知道，蘋果是第一個用上64位處理器的手機廠商，為了發掘最強大的性能，蘋果把自己的CPU做的非常強悍。於是，在當年令人無法想像的A7處理器就誕生了。

A7 Cyclone是一個很寬的架構，每個時鍾周期最多可以同時解碼、發射、執行、收回6個指令/微操作，作為比較，上一代的A6 Swift則最多不超過3個。另一方面，A7的重排序緩沖達到了驚人的192，是上代的四倍多，同時巧合的是正好與Intel Haswell架構一樣。分支預測錯誤懲罰也增加了，但幅度不大，而且又正好與Intel Sandy Bridge及其後的架構在同樣范圍內。也就是說，A7的規模幾乎已經能和桌面版的core處理器相比較了。

這種情況下，A7展現出了巨大的單核性能提升，高通方面直到驍龍652處理器發布才能夠與之相比。

高通驍龍處理器一直以來都是魔改ARM公版架構，公版架構的規模相當小，同主頻的時候公版架構性能只有蘋果A系列的一半。因此高通處理器的單核性能相對較弱，但較小規模的架構可以堆更多的核心，因此，高通處理器的多核心性能還是不錯的。我們能夠看到，驍龍845的單核性能依然不如A9，但多核性能已經接近A11了。

如果從晶元的角度來說，高通和蘋果的產品不完全基於ARM，不過，總體的印象來說，蘋果的A系列晶元確實會好過高通。下邊先列舉幾個整體性的原因，後邊說一些關於CPU的內容。

高通的旗艦晶元大多出現在年初，而蘋果的產品是在秋天，兩款晶元之間是有著半年多的時間差。比如高通驍龍845表現非常不錯，結果到了秋天，蘋果弄出來一個A12。第二年高通的855出來了，但是產品上市，鋪貨，七七八八的事情處理完成，855這樣的晶元大范圍輸送到用戶手裡可能要到年中，然而蘋果下一代又要快來了。

一般來說事情有個先後，而年份又是一個非常重要的整體概念和劃分依據，即使兩方的設計能力相當，並且都意圖設計最好的晶元，但這種時間上的差就會造成晚出來的那個會有更好的表現，也更容易使用最新的一些技術。另外，蘋果的運營效率不得不佩服，A系列晶元可以瞬間觸及用戶，技術的傳到也會帶來技術感知上的時間差。

晶元的表現是一個綜合的概念，也要通過產品來實現。由於蘋果品牌和價格上的優勢，產品屬於高端的原因，蘋果手機的整體定位傾向於市場上最好的那類，如果產品表現好，也會去部分帶動晶元的表現。

其中一個比較重要的環節在價格，依託iPhone高端上比較大的銷量，蘋果可以在晶元上大量投入，可以把高性能的晶元更好的賣出去。這種更為良性的循環可以推動蘋果設計出更好的晶元。安卓這邊由於產品擋位鋪的比較大，中低端的產品不再少數，其中一些晶元並沒有使用那麼先進的技術，而國內一些性價比的機型在突出性能的同時，在整體素質方面也會多少有些不足，這些在產品端的不足會對晶元的表現帶來不利的影響，甚至可能不能發揮晶元性能的極致。當然，這里說的不光光是跑分，晶元是一個非常綜合的東西。

這個方面其實很好理解了，也就是經常提到的優化問題。

喬布斯提到一個類似這樣的觀點，好的軟體公司都要有自己的硬體。軟體是我們接觸最直接的部分，系統相應， 游戲 表現等都是軟體的圖像帶來的直接反饋。蘋果的A系列晶元是為IOS專門定製，整體表現會占優勢。反過來說，IOS就像是一個優化器，可以把A系列的性能更好的展現出來。

手機畢竟是多功能集成的產品，IOS的規則可以更好的實現資源調度。最常見的例子：安卓的後台問題直到現在還是會多多少少拖累整機的表現。

總體上來說，由於時間差，產品定位，不同平台的問題，蘋果和高通的晶元在最終表現上確實會有差距。

不過從目前的表現來看，兩者之間的差距其實並沒那樣巨大，一則是晶元技術的發展，另外一個原因在於手機這個品類的成熟。當中檔產品已經可以滿足大部分需求的時候，高端晶元差距的感知也會變少。

問題中提到了ARM，這里簡要說幾個關於CPU的部分，也應該是熟知的部分了。

1、指令集

提到ARM，最直接的關聯是指令集。ARM定了很多規范，不過蘋果和高通如何使用這些規范則是另外一回事兒。而規范的使用和規范的制定存在相互影響，很難說蘋果的晶元就是完完全全的按照ARM的規范來，也有可能是蘋果和高通在一些地方用的好進而影響規范的制定。總之，ARM作為晶元行業中重要的一員，但並不是說萬物就基於ARM。另外，現在手機晶元集成的功能很多，ARM也並不能完全覆蓋，比如常說的人工智慧晶元，GPU,ISP，網路模塊等。

2、架構

蘋果和高通的晶元架構差別，比如A12，六核心，兩個Vorex核心，四個tempest核心。

高通驍龍855，八核心，一個prime核心，三個performance核心，四個efficiency核心。兩者在緩存，內存控制，調度極致方面肯定有很多不同。不過究竟哪個好還是會回到前邊的內容，最終的產品和平台如何使用。另外，在宣傳策略上也會有差異，蘋果經常是丟出一句，非常強，參考對象變成了英特爾。而高通這邊，除了和蘋果晶元競爭，還要面對華為，三星等晶元的競爭，總體思路上也會有一些變化。

以上還只是CPU這一個部分，整個晶元的架構和最終表現的差異最終會更大。總體來說，把蘋果和高通的晶元直接對比很難說的清楚。

最後提下這里對移動晶元的看法。相比性能，多功能集成和進一步小型化封裝或許更值得去關注。比如，apple watch的S晶元。另外，晶元是否有好的表現依託於產品，而只有產品有好的銷量才可以維持晶元的不斷進步。試想，如果沒有智能手機的興起，哪裡有ARM的一統江湖。

嚴格地來說，高通驍龍和蘋果A系列晶元採用的是ARM的架構/指令集層級授權，而並非簡單地使用了ARM的IP核心。

這個級別的授權可以對ARM架構進行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減，蘋果就是一個很好的例子，在使用ARMv7-A架構基礎上，擴展出了自己的蘋果swift架構。

那既然都是架構/指令集層級授權，為什麼高通驍龍和蘋果A系列晶元的性能差異那麼大？

其實單純從跑分的角度來看，驍龍的多核性能和A系列晶元不相上下。但蘋果採用的了「少核心，多性能」的策略，不計成本地增大核心面積和效率，用來換取功耗和性能。

不僅如此，蘋果設計的晶元在流水線效率、通道、帶寬和L2/L3上從不吝嗇，目的就是為了把單核的性能提高。

這樣的設計對於日常應用和 游戲 來說很占優勢，因為這些場景下CPU更多的是單核（或雙核）工作。

另外一個讓我們覺得A系列晶元性能更好的原因是iOS對於蘋果晶元的優化，正是因為蘋果不僅有自研晶元的能力，更是在操作系統上形成了閉環，使得iOS配+蘋果晶元的體驗要超過安卓+高通晶元。

從底層一點的技術上來看，由於安卓採用的Java虛擬機導致了安卓系統對資源的佔用要比蘋果iOS要多，一直以來就使得安卓手機在體驗上沒有蘋果手機流暢。

不過這兩年隨著晶元性能和內存容量的不斷提高，安卓手機的體驗已經越來越接近蘋果手機。而驍龍的GPU性能要比A系列晶元更勝一籌，所以兩者的差距事實上並沒有想像中的那麼巨大。

拿A10做例子說明：

簡單理解就是A系沒基帶，可以堆CPU配置，其它處理器需要內置基帶，核心面積有限。

蘋果A系列晶元是用面積換速度！

作為晶元設計者很難清楚，晶元其實就是速度、面積、功耗的折中，三者完全折中才是最出色的產品。當然，如果要追求高速度，那麼就要加大面積，提高功耗。

我們這里做一個簡單的比喻，我們要把8箱蘋果從樓下拿到樓上怎麼速度夠快呢？

第一種情況 ：找一個跑得快的人，一個樓梯，每次上下樓用時3分鍾，每次搬一箱，那麼8箱就需要8次，用時24分鍾；

第二種情況 ：找一個跑得快的人，兩個慢的人。快的用時3分鍾一個來回，慢的人5分鍾一個來回，那麼快的人搬5次，慢的人三次，總共用時15分鍾，比之前少用了9分鍾，但是多請了一個人。

第三種情況 ：把樓梯改成電梯，縮短上下樓時間。那麼就要在房間里安裝個電梯，那麼時間就更多短了。

第四種情況： 就是多找幾個人，坐著電梯上下，就會更快。這樣的話，屋內的人多了，消耗多了，電梯也佔了空間，那麼就需要更多的空間。

其實晶元設計也一樣，要麼多核設計，要麼增大面積，增加電路；蘋果手機晶元內部沒有基帶晶元，所以相同的大小可以放更多的電路，那麼勢必導致其速度更快。當然功耗也隨之增加，這也是蘋果手機續航差的一個原因。

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高通和蘋果均使用ARM公司的ARM架構，為何性能差距這么大？

讓我們一起來看看，為何蘋果處理器要遠遠領先其他廠家呢。

ARM公司已經將基礎框架搭建完成，如何進一步設計則看各家公司的研發實力。

所有的一切，同蘋果高額的利潤模式同樣密不可分。

蘋果處理器晶元面積較大，並且沒有集成基帶晶元，節省了一定空間。

一個使用安卓系統，一個使用iOS系統。

設計對象的差異化，導致兩款處理器性能也存在差異。

Ⅱ 換湯不換葯，為何全球95%的晶元都需要ARM的架構

ARM是一家好很厲害的公司 ，ARM處理器是英國Acorn有限公司設計的低功耗成本的第一RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節省達35%，卻能保留32位系統的所有優勢。當然這家公司不生產產品，它是做架構設計的，ARM架構，曾稱進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine）更早稱作Acorn RISC Machine，是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構。還有基於ARM設計的派生產品，重要產品包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。ARM家族佔比所有32位嵌入式處理器的75%，成為佔全世界最多數的32位架構。當然現在已經不只是32位了。

Ⅲ 手機晶元為什麼非要做成soc，而不是CPU和GPU，ISP分開的形式

高集成度是未來晶元行業的必然方向，這也是為什麼現在的手機晶元要做成SoC的原因。現在手機的SoC包括了CPU、GPU、ISP、音效卡、基帶、內存控制器等一系列晶元。事實上，現在桌面級CPU中也集成了眾多的其他晶元，包括內存控制器、集成顯卡；GPU也以HBM顯存作為發展趨勢。做一說做成高集成度的SoC是整個晶元行業的趨勢，而不是手機晶元這一塊。

其次，手機在向著越來越輕薄的方向發展，所以手機內部的空間是非常重要，高集成度的晶元可以有效的提高手機內部空間的使用率，降低手機的設計難度；同時也縮短了手機的開發時間，有利於產品更快上市。

從晶元設計者來說，提高手機晶元的集成度也有利於產品的成本控制以及提高競爭力。因為在SoC的內部可操作空間和晶元之間的貸款都可以有SoC廠商控制，如果採用單獨晶元設計的話，前期的晶圓開發成本就會非常高，只能依賴高集成度以及大量出貨來維持相對低廉的成本。

前面有答主提到了製程工藝的問題，實際上，製程工藝的作用確實是可以提高縮小晶圓的實際面積，但是隨著晶元的集成度越高，晶元的面積並不會有明顯下降，現在很多廠商的晶元並不會有明顯縮小面積的行為，而是注重晶體管數量，用晶體管的規模換取性能。