手机厂商：今年再不上5nm，出门都不好意思打招呼在刚刚过去的2020年

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【手机厂商：今年再不上5nm，出门都不好意思打招呼】在刚刚过去的2020年， 5nm处理器只在苹果iPhone12系列、华为Mate40以及年末发布的vivoX60、小米11(至截稿日处于预购状态)等少数机型搭载。而2021年， 5nm处理器将应用于更多5G机型。无论是新近推出第二款5nm处理器和首发机型GalaxyS21的三星，确认搭载高通骁龙888的IQOO7 ，还是支持高通骁龙888平台的OPPO、魅族、黑鲨等十几家OEM厂商，皆对5nm工艺跃跃欲试。 5G叠加5nm ，为手机处理器带来了哪些改变，各大芯片厂商如何在该领域展开角逐?在新技术与新制程的碰撞下，手机芯片设计又面临哪些新的挑战?
入局玩家越来越多
在CES2021上，三星发布了旗舰芯片Exynos2100 ，这也是继麒麟9000、苹果A14、三星Exynos1080和高通骁龙888之后的第5款5nm5G处理器。
一般来说，手机芯片可以划分为AP(应用处理器)和BP(基带芯片) 。对于新一代旗舰芯片，各大芯片厂商既强调5nm带给AP的性能提升，也看重其为5G开发的BP能力。
提升制程很烧钱，因此制程的提升必须带来芯片性能的提升，才算“贵得其所” 。直观地从晶体管数量来看，麒麟9000的晶体管数量达到了153亿，比起采用台积电7nm加强版工艺制程的麒麟990(5G版) ，足足多出50亿。而苹果A14则内置了118亿个晶体管，晶体管数量相较7nm芯片增加了近40% 。在性能数据方面， 5nm工艺带来的提升也很明显。相较上一代旗舰芯片，骁龙888的CPU整体性能提升25% ， GPU的图形渲染速度较前代平台提升了35% 。 Exynos2100处理器性能较上一代单核提升了19% ，多核提升了33% ，图形性能相较于前代提升了40% 。
由于手机处理的数据量呈指数级上升，且数据类型更加多元， AI已成为高端手机处理器的必备技能， AP也从“CPU+GPU”走向了“CPU+GPU+NPU/AI引擎”这一方向。在AI算力支援上，苹果NPU(神经网络处理器)的内核翻倍，算力达到了11.8TOPS 。骁龙888和Exynos2100的算力均提升至26TOPS 。麒麟9000搭载的新一代NPU ，采用双大核+微核NPU架构，性能相对麒麟990(5G)提升了100% 。
对5G能力的强调，也是5nm处理器的一大特性。多模多频段的连接能力是各家厂商最强调的配置，支持5G且向下兼容4GLTE(长期演进) ，支持SA(独立组网)/NSA(非独立组网)双组网，兼容FDD(频分双工)/TDD(时分双工) ，并具备载波聚合、DSS、双SIM甚至多SIM卡功能，已成各产品的标配。在5G提升用户室外体验的同时，各家厂商的产品还普遍支持Wifi6功能，并保障用户的室内连接，塑造了5G时代的移动新体验。
同样值得注意的是，紫光展锐和联发科先后推出了6nm制程的5GSoC(系统级芯片) ，与5nm制程的芯片产品仅有“一线之隔” 。联发科在1月20日发布了6nm制程的全新5G处理器天玑1200 。据相关报道，联发科代号为“天玑2000”的5nm芯片已经满足OPPO、vivo、荣耀等客户的开案需求，预计于2022年第一季度正式推出。在2022年，市场有望看到更多的5nm处理器设计玩家。
如何构建差异化竞争
芯片设计属于创新密集型、技术密集型的轻资产行业，因此5nm5G芯片的竞争，可谓是全球顶尖厂商的巅峰之战。
TrendForce集邦咨询分析师姚嘉洋向《中国电子报》表示， 5G手机处理器可以细分成几个要素，分别为CPU、GPU、DSP(数字信号处理)/NPU/APU(加速处理器)、5GModem(调制解调器)、ISP(图像信号处理)与先进制程的搭配。
以CPU为例， Cortex-X1、A78CPU的搭载，已经出现在高通、三星的产品里，以此来提升处理器整体的运算能效。
以5GModem为例，就能看到毫米波与sub-6GHz(频段)支援上的差异。制程方面，虽然都采用5nm制程，但毕竟台积电与三星在良率、性能与功耗等基本要素上还是略有差别，这也导致了5G手机处理器之间的差异。
从CPU的研发模式中可以看出各个厂商的研发重点。虽然几家芯片厂商都采用了Arm架构研发CPU ，但苹果为了更好地整合软硬件能力， A系列处理器多基于Arm的指令集进行自研，单核性能较为突出。骁龙888则基于Cortex内核进行了二次开发，打造了Kryo680架构，以提升产品的整体性能和稳定性。其他厂商大多使用公版Arm核心。
除了单核结构，各家的多核架构也有所不同，华为、三星、高通在性能提升上的跨度更大。
三星代工的骁龙888和Exynos2100 ，都采用了“Cortex-X1超大核+3个A78大核+4个A55小核”组成的3丛集8核心架构。但即使是采用了相同的结构，三星在性能提升方面做得更为激进，将超大核的主频做到了2.9GHz ，略高于骁龙888的2.84GHz 。