温戈 · 7月21日

深度解析国内SOC芯片的发展现状

从1947年在美国贝尔实验室发明出第一个晶体管,到现如今集成几十亿个晶体管的CPU,今天已有70 多年的历史。而其中两个重要的发展节点,一个是1958-1959年,来自仙童的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)发明了硅集成电路。来自德州仪器的杰克·基尔比(Jack Kilby)发明了锗集成电路。另外一个,就是SoC的出现。

什么是SoC?

SOC(System-On-Chip), 即片上系统。可以简单的理解为把系统做在一块芯片上。

20世纪90年代中期,因使用专用集成电路来实现芯片组受到启发,萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。

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一个完整的SoC通常包含以下几个模块:

中央处理器(CPU)-- SoC的“大脑”。运行Android 或者IOS和大多数应用程序的大部分代码。

图形处理单元(GPU)-- 处理与图形有关的任务,例如可视化应用程序的用户界面和2D、3D游戏。

图像处理单元(ISP)--将手机摄像头中的数据转换为图像和视频文件,对图像用AI算法进行进阶处理。

数字信号处理器(DSP)-- 处理比CPU更复杂的数学功能。包括解压缩音乐文件和分析陀螺仪传感器数据。

基带处理单元BBU(Building Base band Unite)—用于网络覆盖。

存储器(ROM/RAM)-- 用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。

神经处理单元(NPU)-- 用于高端智能手机,以加速机器学习(AI)任务。这些包括语音识别和相机处理。

除了以上几个主要单元,还有蓝牙,5G,WI-FI等模块。

SOC的特点

SOC技术可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本,缩短开发周期,提高产品的竞争力,是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。

任何SoC的设计都是性能、功耗、稳定性、工艺难度几方面的平衡。

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国内SOC公司以及和国际对比

提起国内的SoC,最先想到的是海思的麒麟系列。海思麒麟可以说是华为自主设计的一款SOC,其中CPU和GPU应用的架构是由ARM授权的。NPU(Neural Network Processing Unit)-- 神经网络处理器,曾经是采用寒武纪的产品,目前搭载的是自研NPU,代号达芬奇。麒麟处理器主要应用在华为自家的旗舰机上,对标的是苹果A系列,高通骁龙,以及三星的猎户座处理器。虽然性能上相比以上几款稍差,但在这个性能过剩的时代,海思足以满足智能手机对性能的要求。在台积电不再为华为代工之后,国产最强SOC也走到了尽头。近期有新闻传出华为计划在上海建芯片厂,麒麟SOC在不久的将来也许会回归。

紫光展锐作为国内第二大芯片设计厂商,在5G领域具有全面的产品与技术解决方案。目前展锐的UNISOC在移动终端,工业交通,电子电力等行业具有广泛的应用。

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其中紫光展锐新一代5G SoC--虎贲T7520,是紫光展锐第二代5G智能手机平台,其采用6nm EUV制程工艺,集成了最高主频达2.7Hz 的CPU,最高频率800Hz且支持的分辨率3200*1440的 GPU,NPU,存储器以及通信模块。据悉,T7520预计在今年年底实现量产,搭载这款处理器的手机于明年年初上市。虽然其于目前主流的顶级处理器还有一定的差距,但也并非无名之辈,从目前公布的技术参数来看,其性能大致相当于麒麟810的水平。目前来看搭载这款SOC的应该是海信的终端机

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国内的另外一家老牌SOC是全志科技(Allwinner),其主要的产品是基于ARM架构的大型SOC,主要产品有R329,R818等28nm的智能语音芯片,以及A系列的平板处理器。全志科技的SOC主要布局物联网,智能家居等领域。作为智能家居的入口,京东的智能音箱就搭载的是全志的SOC芯片,除此之外还有小米的智能扫地机器人等智能硬件产品。

自从07年,全志科技诞生于珠海以来,在安卓平板电脑主控芯片市场上崭露头角后,迅速成为珠海“芯”的代表。其后的发展路程更是平步青云,15年以15亿的营收使公司达到了巅峰。虽然17年上市之后公司的业绩下滑,但是其在SOC方面的技术积累,在国内还是拥有举足轻重的地位。

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瑞芯微(Rockchip)是一家历史悠久的基于ARM架构的应用处理器公司。于2001年成立,比海思成立的时间还要早,总部位于福州,公司最初靠着复读机,MP3,MP4等起家,直到平板电脑在市场普及,公司的业绩迎来爆发。总体来说,瑞芯微的SOC芯片在国内已经算是很优秀了,同时其也是一家比较务实的公司。

富瀚微成立于2004年,2017年于深交所创业板上市。公司主要专注于视频监控芯片及解决方案,提供高性能视频编解码SoC和图像信号处理器芯片,以及基于这些芯片的视频监控产品方案。其主要产品FH8626V100是新一代面向1080P消费类网络摄像机应用的高性能H.264/JPEG SoC芯片。芯片集成了高性能的ISP图像处理模块和H.264/JPEG压缩编码器,具备优异的图像处理能力、较高的编码质量和较低的编码码率。FH8626V100具有高性能CPU,支持人形检测、越线报警等智能应用。富瀚微经过多年厮杀,已在国内安防芯片领域争得一席之地。如何利用自身技术储备、客户优势、资金优势,进一步推动国内安防芯片行业的进步,将是历史交给富瀚微的又一重大课题。

上海贝岭成立于1998年,公司前身是上海贝岭微电子制造有限公司。1998年8月改制上市后,公司更名为上海贝岭股份有限公司,是国内集成电路行业的第一家上市公司。公司提供模拟和数模混合集成电路及系统解决方案。公司目前集成电路产品业务覆盖计量及SoC、电源管理、通用模拟、非挥发存储器、高速高精度,ADC五大产品领域,主要目标市场为电表、手机、液晶电视及平板显示、机顶盒等各类工业及消费电子产品。也许贝岭永远无法成为上述的几乎全品类的模拟大厂,但是透过贝岭的发展历程,我们看到的是一个集中全力做好一个产品,然后集中全力投入新的赛道,数十年如一日小而美公司。

在X86的桌面市场上,不得不提的是国产CPU之光--龙芯。目前的龙芯3号处理器是基于28nm工艺制程的芯片,虽然其性能一般,但是其意义是重大的!比如在国防以及航空航天领域,我们无法搭载AMD或者英特尔的芯片,而龙芯就有了其用武之地,比如我们的北斗卫星搭载的就是龙芯。

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除了以上介绍的SoC芯片公司,还有很多,比如艾派克的通用打印耗材SoC芯片,是一款自主知识产权的32位嵌入式CPU内核、ASIC芯片。比如欧比特,是嵌入式SoC芯片及系统集成供应商,是航空航天领域高可靠嵌入式SoC芯片及系统集成的骨干企业之一,商用卫星大数据领域的探索者。晶晨科技,是业内领先的终端SoC芯片设计龙头,主营多媒体智能终端SoC芯片。这些SoC公司在国内都有着举足轻重的地位。

从以上国内SoC芯片公司的发展现状来看,产品覆盖还算广泛。但架构依然依赖于国际的ARM以及X86架构。从产品的性能来看,麒麟和国际主流移动处理器的差距最小,其次是展锐。但是由于美国的制裁,麒麟处理器目前已无法由台积电生产。桌面SoC以龙芯为代表,对比国际主流IC设计公司AMD,英特尔,还有不小的差距。目前国内IC产业链与国际差距最小的封测,其次是设计, 差距最大的则是EDA和制造。

国内SoC芯片的发展之路,任重而道远!

作者:温戈
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/gm2QkuD9vFSOtevwMG9phw
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