手机芯片市场发展之路

手机芯片市场发展之路

文/李闻达

目前，手机芯片国产化进程已经起步，尽管与海外巨头相比起步较晚，但是已迈出关键步伐。

8月30日，2015年北京田径世锦赛在中国国家体育场鸟巢正式落下帷幕。9天的比赛让全世界人民举世瞩目，在鸟巢举行的田径世锦赛上，不论是闪电博尔特的强势回归，还是中国田径展示的“中国速度”，都彰显了世界人民在体育事业上追梦的努力。

这样的速度同样发生在科技界，摩尔提出摩尔定律的时候，电脑还像冰箱那样笨重。然而，这条定律最终成为了整个硅谷的基石。摩尔定律下五十载的芯片技术发展，不断推高人类计算机技术发展水平，芯片技术的不断进步不仅给未来带来了新的可能性，也给未来带来了新的限制。每一次进步，意味着面临的限制和挑战也就越大，但同时也更彰显其优越性。

李闻达

特约撰稿人

在计算机芯片发展面临挑战的同时，随着移动智能终端和移动互联网的飞速发展，移动芯片产业得到了爆发式发展。2013年移动芯片需求首次超过了PC芯片，成为市场上的明星。

随着移动芯片的发展浪潮以及4G商用的全面到来，我国的移动芯片市场也正在蓬勃发展。主要表现在：一是在关键技术领域实现突破；二是中国芯片厂商的市场竞争力在不断增强。与此同时，国外的芯片巨头也在不断加大对中国市场的投入。可以预见，移动芯片市场机遇与移动芯片技术不断飞跃。

手机芯片制造工艺逐步增强

智能手机尺寸一天一天在发生变化，屏幕解析度也逐步提高，但在同时，手机重量却要求越来越轻、设计要求越来越薄，高性能却得搭配低功耗。手机芯片供应商已从CPU 2.2GHz升级到2.5GHz的规格竞赛中，暂时抽身出来解决这个高效低耗的问题，以满足终端品牌手机厂商及代工厂的最新需求。

虽然芯片的尺寸并不是衡量一款处理器好坏最重要的因素，但是更小的体积和更高效的节点可以带来一些额外的电池续航寿命，同时还能让芯片的造价更低。

回顾一下处理器的制造工艺。从本质上来说，处理器的制造过程和工艺代表了处理器是如何创建、以及它的大小和使用了何种技术。当探讨处理器的大小和制造工艺时，总会看到nm（纳米）这个词。在这种情况下，nm这个数字代表了CPU或GPU中单个晶体管的大小。通常的规则是晶体管尺寸越小、彼此之间的距离就越短，能源消耗也就越低。而准确的工艺是让芯片尺寸变小必不可少的条件，新技术的突破可以让处理器变得更小、更高效。

从早期的A n d roid手机开始，移动芯片的体积已经大幅缩小了。2008年问世的HTC Dream，也被称作T-Mobile keyword/ keywordG1keyword/keyword，当时配备了65nm工艺的高通MSM7201A处理器，主频只有528MHz。而早期其它的Android手机则使用了德州仪器的芯片，比如摩托罗拉Droid。而HTC Nexus One当时则使用的是骁龙S1处理器，采用了比较先进的65nm工艺。

在2010年年初，N V I DI A带来了采用40nm工艺的Tegra 2芯片，而随后高通骁龙keyword/keywordS2keyword/keyword和三星首款Exynos处理器也都使用了45nm的工艺。

不过，移动芯片工艺一直以两倍的速度提高。比较近期的NVIDIA Tegra 3仍然还在使用40nm生产工艺，而三星的Exynos 4212已经提高到32nm。而无论是高通还是三星，在2012年年中都停留在了28nm的工艺上。

从此，高通的骁龙系列和N V I DI A的Tegra芯片都一直在使用28nm制造工艺，包括去年的骁龙805和Tegra K1等，这也标志着近两年，移动芯片的制造工艺进步已经非常缓慢。如今，三星已经成功的处于领先的地位，最新量产的Exynos 5430和5433分别被使用到Galaxy Alpha和Galaxy Note 4上，工艺提升到了20nm级别。而PC芯片巨头英特尔在移动领域虽然一直水土不服，但旗下的Bay Trail芯片也使用了22nm工艺。

尽管最近几年移动芯片的尺寸没有明显的变化，但是在性能方面得到改善，全新的64位ARM Cortex-A57和A53核心为移动设备带来更高的性能和能源的更高效利用。首先，新的核心设计已经经过了全面改善，其次，现在高通和三星都已经具备了20nm工艺的量产能力。而另一股不可忽视的力量则是联发科，虽然目前量产的处理器还是28nm，但是旗舰级处理器已经提升到了20nm。

另外，16nm工艺也会成为今年的另外一大话题，比如台积电目前已经具备了这样的能力。虽然在年初台积电就已经开始量产16nm工艺芯片，但是等到大批量被应用到产品中，还需要等到年底或2016年年初。

虽然芯片的尺寸并不是衡量一款处理器好坏最重要的因素，但是更小的体积和更高效的节点可以带来一些额外的电池续航寿命，同时还能让芯片的造价更低。

当然，芯片的工艺不会停留在14/16nm工艺水平，所有的主流厂商都盯上了10nm甚至更先进的工艺。目前ARM已经开始和台积电合作，在2016年开始生产10nm工艺新品。而继英特尔之后，台积电也表示开始进军7nm工艺领域，并且在不远的将来就会实现。欧洲最大的芯片制造设备厂商ASML NV表示，目前台积电已经计划购买两种最先进的EUV扫描仪，而很有可能在2016年用来提高光刻的精度，缩小节点距离。

移动芯片市场日趋激烈

2014年，博通退出手机芯片（手机基带芯片）市场的消息再次让我们看到智能手机产业竞争的激烈和残酷。在此之前，德州仪器(Texas Instruments Inc)、意法半导体(ST Microelectronics NV)、爱立信(Ericsson)以及英伟达（NVIDIA）等均在竞争中退下阵来，而随着竞争的加剧，未来还会有相关厂商难逃退出手机芯片市场的命运。但是，移动芯片市场的机遇却从未消失过，华为发布了全球首颗8核LTE Cat6手机芯片麒麟920，并受到了业内高度评价。

众所周知，芯片产业（不仅是手机芯片），技术、规模、资金是其生存和发展的三要素。这些特性在曾经最大的传统PC芯片产业中得到了验证。AMD当年在PC市场与英特尔较量的初期和中段，技术上双方可以说伯仲难分，但最终受限于规模和资金的短板，被英特尔大幅超越。而到了今天的手机芯片市场莫不如此。

从目前手机芯片市场的竞争格局看，真正三个要素均具备的只有高通。技术上，高通无论在与手机芯片密切相关的AP，还是基带芯片，还是重要的SoC集成能力上都远远超出它的竞争对手们；规模上，高通目前在AP和基带芯片市场的市场份额及营收均排在首位，且遥遥领先于对手。

而高通最大的竞争对手联发科（MTK）。从2G时代起，联发科形成了其生存和发展的根基Turnkey模式—这是一个类似于“交钥匙”的“工程项目模式”，指向客户提供的总体解决方案。这种模式因价格低廉而颇受中小型手机厂商的欢迎。进入到3G时代，这种模式仍是联发科倚重的模式，但惟一不同的是，手机芯片产业的老大高通也开始在类似的模式上发力，即高通的QRD模式（Qualcomm Reference Design，高通参考设计）。高通将这种能够帮客户缩减设计时间的模式覆盖到了高、中、低端。按照高通的解释就是未来高通手机芯片要全面QRD化。

当然，除了高通、联发科的芯片之外，还有一类手机芯片或者说是企业有生存的可能，那就是自给自足的苹果、三星和海思。苹果通过首发业内第一款64位A7手机芯片已经向业内证明其在手机芯片的技术实力。至于说到规模，其每年仅1亿多部的iPhone和几千万的iPad就足以支撑其生存和发展，再看三星的手机并非是纯粹的自给自足，因为除了它自己的智能手机在使用之外，其他手机厂商也在使用，这是与之前高通、联发科纯开放市场手机芯片和苹果纯自给自足不同的地方。

2014年中国智能手机芯片(AP+基带)领域不乏热点，4G、8核、大屏等新品层出。但是，伴随整个产业的成熟，竞争更加激烈，企业利润趋于下降，同时从业企业更加集中。数据显示，2014年中国整体市场手机芯片出货量达到4.37亿颗，预计2015年整个市场将更加趋于饱和，出货量增速将放缓至16%。

较为有利的信息是，海外巨头的不断退出为中国芯片厂商腾出发展空间，华为海思、展讯通信、大唐联芯等国内芯片厂商有望取得进一步的发展机会。

作为4G元年，LTE无疑是2014年的最大驱动因素，虽然LTE带动了整个手机市场的增长，但3G产品需求却有所冷却，整体出货量并未如预期爆发，而是呈现缓步增加的态势。根据DigiTimes Research数据，2014年中国智能手机芯片出货量约为4.37亿颗(其中第4季度数据为本报告根据增长趋势预估)，其中因为多数厂商将上半年推出平价4G智能手机的计划推迟到下半年，使得整体市场出现前冷后热之势，其中上半年出货量约1.94亿颗，下半年出货量约为2.35亿颗。

图 手机芯片构成示意图

图 手机芯片品牌分布比例示意图

2015年智能手机芯片市场将伴随整机市场走势趋于饱和，出货量将进一步放缓。不过，多数中国手机厂商将加大力度开拓海外新兴市场，如华为、小米及联想，相关芯片厂商也加大力度开发相应解决方案，如展讯开发出面向印度市场的单核智能手机平台SC7715等，这在一定程度上抵消了下滑的趋势。

中国芯片的机遇与挑战

市场的成熟、价格的走低以及国际龙头企业的竞争也给了中国手机芯片企业发展的机会。2014年每隔几个月就有一家芯片巨头宣布退出。2014年中国芯片厂商新品频发，不断拉近与国际先进水平的距离，如华为海思的8核、64位麒麟620，展讯的4G、SC9830等。2015年全球手机市场酝酿重新洗牌，此时也许正是国产芯片厂商的机会。

从技术上看，目前手机芯片处理性能已经能够满足用户需要。也就是说，在普通应用环境下，同样的核数，1.7GHz和1.9GHz的差别其实不是很大，受芯片尺寸限制，进一步提高核数已不容易，手机上的大型游戏更多的是依赖GPU(图形处理)的性能。从另一个角度来讲，应用处理器进化的路线不是在主频，而是在更低的制程技术、64位支持等方面。因此2015年手机芯片厂商竞争的焦点是4G、64位和工艺。

目前，主要手机芯片厂商高通、联发科、三星、MARVELL、海思均已发布64位处理器。预计2015年下半年，64位手机将登陆中国市场。手机芯片市场继“核战”之后将上演“64位”之战。

在基带方面，受限于电信运营商的网络建设进程，目前厂商的选择多以4G CAT 4为主。不过，随着网络建设的进一步拓展，支持更高上下行带宽，2015年终端芯片有望进一步发展到CAT 6。

移动芯片是移动智能终端的关键器件。移动芯片包含了应用处理器、基带芯片、射频芯片、电源管理芯片和存储芯片。其中最重要的芯片是基带芯片（BP）和应用处理器（AP），二者结合在一起成为移动智能终端的CPU。

图中展示了基带芯片和应用处理器在CPU中的分工模式。其中，基带芯片负责通信协议/射频信号处理，是移动终端的基础通信模块。应用处理器负责运行操作系统和应用软件。这两类芯片也是当今移动终端芯片平台中最重要的部分。以下提及的移动芯片厂商指的是主要从事基带芯片和应用处理器设计、生产的企业。从技术体系来讲，移动芯片主要分为ARM架构和X86架构。ARM架构是由ARM设计的32位精简指令集处理器架构。X86架构是Intel公司设计的复杂指令集处理器架构。

4G智能手机、物联网产业快速发展及银行卡“换芯潮”，将为集成电路企业提供更多市场空间。我国移动通信开始从3G时代进入4G时代，2014年全国移动电话用户总数达12.8亿户，其中4G用户超过8000万，4G终端普及速度超出预期，明年国产手机特别是 4G中低端竞争将异常激烈，在手机芯片供不应求的情况下，本土集成电路企业将会从中分得一部分市场空间；

我国物联网产业发展迅猛，在智慧城市、智慧交通、工业监控等方面的需求不断提升，据中国物联网研究发展中心报告，2015年中国物联网市场规模将达7500亿元，物联网技术的发展带来对各种感测器及低功耗、小尺寸晶片需求快速攀升，其中8寸晶圆产能将是关键；根据央行规定，从2015年起我国将逐步停发磁条银行卡，以金融IC卡进行替代，目前各地已陆续开展“磁条卡换芯”工作，业内预计未来几年我国每年新投放的金融IC卡数量可达数十亿张。

市场研究机构IDC预计，智能手机销售增长需求将逐渐转移到中国等发展中国家，中端市场将成为发展主流。“中低端市场不意味着低价低质，而是高性价比，手机用户将有着更高的品质要求，手机芯片也将呈现高技术、高性能和多样化的发展趋势。这些包括组成智能手机的所有芯片，如MCU、RFIC、GPS、PMIC、MEMS、CIS等。在此情况下，封装工艺也将向高密度、高性能、薄型化发展，多芯片fcCSP封装也将成为AP/BB芯片的主流。

中端智能手机市场的发展以及中国大陆手机制造商占据领导地位给集成电路产业带来了新的机会。目前，手机芯片国产化进程已经起步，尽管与海外巨头相比起步较晚，但是已迈出关键步伐。

有利的环境是，海外巨头的不断退出也为国产厂商腾出了发展空间。随着爱立信、英伟达、博通等老牌芯片厂商或退出或转型，国内的市场竞争对手只有高通、英特尔等，涌现出了一批具有一定竞争优势的芯片厂商，如展讯、华为海思、大唐联芯等。

而且，利好的国家相关政策也正在不断出台。2014年6月，国务院批准实施《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出了包括设立国家级领导小组、国家产业投资基金等在内的8项推进措施，集成电路产业基金规模将达1500亿元，远远高于过去十年的研发投入金额。

本土手机芯片企业可以根据当前市场的变量进行战略布局。比如，来自4G换机潮的驱动，来自普通智能终端的集成多芯片的要求、物联网的发展与可穿戴产品的启动，都将带来强大的市场需求。

这些都给中国本土企业提供了技术的窗口和发展的机遇，国内企业整体制造成本比进口芯片低，本地化服务业可以做到非常到位，技术更“接地气”。

责任编辑：张贝贝

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