高通當了兩年「火龍」該怪三星、ARM還是台積電？這到底是誰的問題

這兩年Android的旗艦產品，發布會上的「最強性能」每年都能聽到，但功耗卻也飆的停不下來。很多人都想問：高通這兩年，到底為啥這麼熱？

發熱問題不可避免，只要做功就一定會帶來發熱。而對晶片來說，這發熱則主要由動態功耗和靜態功耗兩部分構成。

• 動態功耗（ Dynamic Power ）主要指的是晶片在工作時產生的熱量，包括電路的充放電，電晶體工作狀態的跳變。
• 靜態功耗（ Static Power ）主要是指晶片中各種類型的漏電流和競爭電流等等。

拿開關來舉例子的話，動態功耗就像是我們反覆開關這個開關而產生的功耗。

而靜態功耗就像是這個開關為了維持它當前的狀態(是導通或是截止)，靜置在原地所產生的功耗。

那我們做的晶片，自然是希望電晶體密度越來越高，對應的晶片的性能越來越強，功耗越來越低。然而，晶片才不和你講什麼「理想」。這幾年把「開關 」越做越小，動態功耗的確是降低了不少。但是隨著晶片設計進入奈米領域之後，靜態功耗的漏電問題就開始出現，而且越來越嚴重。歸究其原因，可以理解為「開關」做得太薄了，擋不住兩邊的電子「偷渡」。

所以想要減少這漏電呢，就需要修改新的結構，新的材料。重新構建這又薄又能阻擋「偷渡」的開關。在晶片做到 28nm 的時候，這個技術就是 FinFET （ 鰭式場效應電晶體 ）。

而現在製程慢慢做到 5nm ， FinFET 也不太管用了。漏電水準彷彿一個圈，重新回到當年 28nm 時的困境。這時候，來解決問題的未來新技術，叫做 GAA （ 全環柵電晶體 ）。

這技術和之前的區別，簡單來講就是從二度空間拓展到三度空間，增大了接觸範圍，能夠更好的控制漏電。不過，可能是出於保守和以及工藝驗證的原因，目前還沒人用上 GAA。所以目前沒有選擇，大家的 5nm 就只能繼續用著老 FinFET來硬抗這個漏電問題。

到底是技術不行嗎？

那既然大家都是硬抗這漏電，那為啥蘋果就可以把能耗比控制的那麼好？這就不得不提廣為人知的第一個背鍋俠了：

和蘋果不同，高通這兩代的 SoC 都是找三星(SAMSUNG)代工生產。雖然三星，台積電都稱呼自己的技術叫 5nm，但是在如今 FinFET 的時代，技術的名稱和晶片的物理參數其實並沒有直接對應，更像是一種技術節點的稱呼。

這兩家 5nm 做出來的電晶體密度差距，裡面甚至還能塞下一個英特爾的 14 nm 。單從電晶體密度來說，台積電的 5nm 技術可以做到在每立方mm裡擺下1713萬個電晶體，也就是171.3 MTR 。

而三星的 5nm 卻只能做到126.5MTR 的水準。在這裡提一點額外的小知識，之所以在電晶體密度上有這些差別，這和兩家廠商的技術路線有關。

我們長話短說，對台積電來講，我們可以理解成台積電的 7nm→5nm 是一次完整的技術換代路線。另一邊的三星則是激進了許多，在他們的計劃中，可能 7nm→3nm 才是一次完整的技術換代，他們打算首發直接在 3nm 用上全新的 GAA 。所以對於三星來講，它的 5nm 技術相比自家的 7nm 進步就略顯保守。不過說實話，從單個電晶體的角度來講，這點差距其實也還好。

還有人認為三星工藝的良品率也值得考量。根據wccftech報導，三星晶圓代工部門在 4nm 製程上的良品率只有 35% 的水平，而還在研發中的三星 3nm GAA 技術良品率更是僅僅 10%~20% 的水準。

根據 DigiTimes 報導，三星在 5nm 、4nm 、3nm 工藝上都存在著良品率謊報的情況，甚至不清楚現在這個良品率是謊報前，還是謊報後的數字，也不知道是不是這個原因，嚇得高通決定把 4nm 的 8 Gen1 plus 來交給台積電來代工。

那麼隔壁台積電的 4nm 工藝良品率是多少呢？70% 。當然了，我們在這分析工藝和密度差距，只能說算是在旁敲側擊的推理三星和台積電工藝的差距。但是看來，這次發熱的「黑鍋」，可不能全丟給三星的代工。

還是架構頂不住？

為什麼會覺得全都怪三星是不對的呢？因為天璣 9000 來了。曾經被我們寄予厚望，交給台積電代工的天璣 9000 ，功耗也不是非常理想。

▲ 數據來源：極客灣

在一些測試情境下，甚至還打不過自己的天璣 8100 。所以，問題會不會是在於它們採用的 ARM 公版架構上？給大家分析一下，驍龍 8Gen1、天璣 9000 這兩款 SoC 採用的架構都非常一致，用上了 ARM 公版的 1 + 3 + 4 的結構。也就是 1 個 X2 超大核+3 個 A710 大核+ 4 個 A510 小核。

光看發布會上大大地表示性能的優勢，但是這幾個核發熱起來是個什麼水準呢？只能說是慘不忍睹。在 Geekbench 5 的測試下，大核 A710 的功耗能跑到 2.1w，而超大核 X2 的單核功耗甚至能突破 4w。

單單一顆核心！要知道，當年的一代神 U ，驍龍 865 整顆 CPU 在測試下，也才只能跑到 6.7w。雖然說 8Gen1、天璣 9000 的跑分性能都上去了吧，但是這接近翻倍的發熱也不是一般手機能扛得住的。

這兩年知道的，能壓制住這散熱的手機長這樣：

沒錯，還得是往里面塞風扇。

根據其他媒體的測試，在 8Gen1 完全發力的情況下， CPU 和 GPU 的峰值功耗更是能雙雙突破了 10W 。蘋果這兩年也有一款能突破 10w 的晶片，不妨猜猜是什麼？是行動端的 M1 。

而且還有一個情況，現在 ARM 是對 64 位應用有優化的，高負載的情況下可以用超大核 X2 ，低負載的情況下準備了小核 A510 。所以 ARM 跑起 64 位應用的時候，要性能有性能，要功耗有功耗，可由於Android陣營還沒根除 32 位應用，ARM 僅保留了大核 A710 來運行 32 位程式。

所以Android手機一旦運行 32 位應用程式，不管負載大小，都得丟到大核 A710 上跑，哪怕這個應用程式就是個記事本，A710 也得運行，這結果不熱才怪。

蘋果就不一樣了，從 A7 就開始自己研究架構，今年已經更新到 A15 了。和公版的 ARM 完全不是混一條道上的，而且蘋果在 2017 年就把 32 位元應用程式這個包袱給丟掉了，所以看下來，蘋果整體功耗控制得更好。

已經熱了，然後呢？

我們這一通盤點下來，可以理解為什麼Android這邊的高階晶片發熱這麼嚴重了。漏電越來越嚴重的製程工藝 + 三星的 5nm「灌水」+ ARM 公版架構設計太激進 + ARM 為了相容 32 位應用而做出了犧牲。最終造成的結果，只能是讓消費者手機熱得不行。

幸虧廠商們也不是不知道修改。畢竟在探索全新工藝的路上，誰還能說自己絕不有誤呢？台積電當年在 28nm 的時候因為技術問題，還被人戲稱為「台漏電」。而三星所傾注的，自然是計劃中的 3nm 工藝 GAA ，根據業內消息，GAA 這套技術甚至能把製程拉到等效 1nm 都沒問題。

對手機廠商來講，大家對 32 位應用位元應用程式的「排斥」是越來越明顯了。今年不少手機內置的應用程式商店在上架 APP 的時候，也開始強制要求開發者同時上傳 32 和 64位元應用程式，大家都用上 64 位元應用程式，那大核浪費現象也就沒了。

現在，高通更是以 14 億美元收購了 Apple 前首席架構師 Gerard Williams 成立的初創公司 Nuvia 。雖然距離重新組建自己的架構自研團隊還有些距離，但也是希望能借助他們團隊的研發經驗，來減少自己對 ARM 架構的依賴，有朝一日，高通自己的晶片趕上蘋果也不是不可能。