近日,与非网记者了解到,明年三星旗舰机Galaxy S23将舍弃自家芯片,全部转用台积电生产的高通下一代骁龙8Gen2处理器。在三星手机“改朝换代”的动荡时期,谁还记得三星自研芯片Exynos过去的辉煌。从曾经的安卓王者、风光无两,到如今繁华落尽、无人再提。今天,就让我们回顾三星自研芯片的十年沉浮历程。
21世纪前后,三星半导体产业的开始
三星的开端始于1969年。李秉喆在大韩民国水原市成立三星电子工业。那时自家工业消费品走俏,三星的各类电子商品开始走向千家万户,这时三星逐渐意识到只有发展半导体才能推动商品的迭代发展。于是在1974年,三星决定收购韩国半导体公司,并将其更名为“三星半导体”。
1983年,三星成功研发出64Kb动态内存,极力追赶当时的行业巨头Mostek。9年后的1992年,三星凭借新兴的64Mb动态内存,成为业界领先的DRAM厂商。三星此后正式进入顶级存储厂商序列。
有了DRAM领域的成功,三星开始逐渐将目光瞄准了结构更加复杂的移动处理器。2000年左右,三星就制造出了第一块处理器——S3C44B0,它基于ARM7处理器架构,当时一款名为 “Danger Hiptop” 的手机搭载使用了这款处理器。升级为ARM9架构后,三星也出产了许多后续处理器,提供给当时的各类智能设备,这一系列芯片也就是三星Exynos处理器的前身。
Exynos问世,助力三星在智能手机领域站稳脚跟
2010年三星Galaxy S横空出世,集成了Imagination最新的PowerVR SGX540 GPU、4英寸480P Super Amoled屏幕、512MB RAM+16GB ROM、安卓2.3系统、500万像素摄像头、1500毫安时可拆卸电池等,都堪称当时世界上的顶级水准。其中那颗三星自研蜂鸟S5PC1110,也就是后来的Exynos 3 single 3110,是当时世界上首款1GHz处理器。
彼时三星不仅对HTC和诺基亚的手机有了碾压级优势,对比那时候的苹果手机iPhone3G,可以说在各方面都有了一战之力。
当然,这颗处理器还不能算是正式的Exynos芯片。Galaxy S大获成功后,三星快马加鞭推出了下一代真正意义上的Exynos,并赋予了它一个我们熟悉的代号——猎户座(Orion)。
继往开来,Galaxy搭载Exynos芯片大杀四方
2011年,三星Galaxy发布第二款手机Galaxy SⅡ,它搭载了Exynos 4210双核处理器,内存加至1GB,外加首次采用1080P摄像头,这些高端堆料给Galaxy SⅡ带来了全面进化。第二代Exynos处理器带来的改变不仅是单核变双核,GPU集成了Mali-400 MP4,支持显示1440×900分辨率,观感较前代的800x600提升明显。另外,这颗处理器还加入了对高像素摄像头以及高清视频的支持。反观同时代的高通骁龙S3,功耗和发热量并不乐观,过度的阉割导致其在多媒体领域表现的不够亮眼。Galaxy SⅡ的这些出色表现与友商的助推让三星Galaxy系列手机牢牢占据了安卓手机阵营的头把交椅。
三星要想做到稳定的占据市场,仅靠一个爆款是不够的。2012年,搭载了三星首款四核处理器Exynos4412的三星Galaxy SⅢ亮相。这颗处理器采用了32nm高K金属栅极(HKMG)工艺。四颗cortex-A9核心,更高像素的摄像头,助力这款手机销量爆火。在S3开售100天后,销量突破2000万台大关。同年三季度,销量更是超过苹果的 iPhone 4S,成为 2012 年第三季度全球最畅销的智能手机。2012年11月4日早间,三星周五通过Twitter和Facebook宣布,Galaxy S Ⅲ智能手机的销量已突破3000万部,成为三星销售最成功的机型。
假八核危机,三星侥幸过关
单核,双核,四核,逐年翻倍的处理器核心让三星产生了冲刺八核的信心。时间到了2013年,三星发布了Exynos 5410处理器。它是一款开创性的 big.LITTLE 八核移动处理器,也被戏称“假八核”。这颗核心采用1.6Ghz四核Cortex-A15+1.2GHz 四核Cortex-A7,核心制程也升级成了28nm HKMG 工艺。那它为什么会被叫“假八核”呢?原来这颗处理器的核心调度有非常大的限制,它无法同时激活8个CPU核心,也不能同时激活Cortex-A7和 Cortex-A15。也就是说,要么运行四个 Cortex-A7 内核,要么激活四个 Cortex-A15 内核,这也为三星带来了发热卡顿等问题,很多人当年逐渐开始看衰三星手机。
直到2013年下半年,搭载Exynos 5420的Note3发布,三星才算正式踏入8核行列。它继承了前作Exynos 5410身上的很多特点,依旧采用了A7+A15的双四核CPU组合,同时还集成了一颗功能更强劲的PowerVR SGX 544MP3 GPU。相比Exynos 5410,其CPU主频有所提升,分别为1.3GHz和1.8GHz,另外其内存也从双通道LPDDR3 1600提升到了双通道LPDDR3e 1866。根据当时的媒体测评,在3D Mark、安兔兔两项测评中,Exynos 5420与同时代的骁龙800互有胜负。Exynos 5420的优秀表现,让Exynos家族的腰杆再次硬了起来。
友商火龙危机来临,Exynos迎来高光时刻
著名“人生哲学”导师郭德纲说过:“全靠同行衬托的好啊!” 2015年,“大火龙”骁龙810带着一众友商“为发烧而生”,三星则稳扎稳打,推出真·安卓之光Exynos 7420,一款采用 14 nm鳍式场效应晶体管工艺(FinFET)的开创性移动处理器。搭载它的则是三星Galaxy S6系列手机。Exynos 7420采用四个2.1GHz Cortex-A57大核与四个1.5GHz Cortex-A53小核,集成Mali-T760 MP8 GPU,性能与功耗稳定,稳压一众骁龙手机一头。
有苹果自研架构的成功在前,此时自信满满的三星开始不满足于公版的 ARM 架构,在2015年决定自研猫鼬( Mongoose)架构。猫鼬是环蛇的天敌,而环蛇(Krait)正是当时高通架构的名称。
自研架构能力不足,猫鼬败于环蛇
一年后的2016年,采用自研架构的Exynos 8890问世。这颗处理器采用14nm的FinFET LPP制程技术,四颗大核是自研猫鼬架构M1,小核依旧是四颗ARM架构Cortex-A53,集成了Mali-T880 MP12 GPU。只有大核用自研架构可见三星的猫鼬架构还没有完全成熟。三星Galaxy S7(韩版/欧版)搭载了这颗处理器。在与骁龙820对比上,单核与多核跑分中,这代三星核心与骁龙也是各有高低。在GPU方面,三星与骁龙在GFXBench Manhattan 3.0项目的跑分中甚至超越了苹果A9。
由于诸多原因,三星自研架构的后劲乏力,后续几代的猫鼬M2、M3、M4架构芯片中,三星逐步暴露出“高分低能”的态势,被高功耗和发热拖了后腿,所以到往后的几代芯片,像8895,9810,9820,三星已经开始被竞争对手抛在了身后。
2019年发布的Exynos 990是三星自研架构的最后一次尝试。这颗旗处理器在CPU大核心上采用了三星新一代的M5架构,中型规模的核心则升级到了Cortex-A76,同时集成Mali-G77 GPU。Exynos 990采用7nm LPP工艺制造,即芯片制造时已经升级为EUV光刻。在上一代M4芯片中,Exynos芯片就出现了空有高跑分,没有性能的情况。然而这一代M5的表现依旧如此,不仅在同频下功耗表现相比上一代M4没有提升,反而随频率升高表现更差了。虽然Exynos 990在核心调度、缓存、存储延时等其他方面就前代有了不小的提升,但是整体水平还远远比不上同代骁龙。
在三星自研架构的这段日子里,骁龙处理器已经经历了835到865的进化。这两代神U,也带着高通逐步蚕食安卓平台市场。在此期间,海思麒麟芯片也成为了后起之秀,接连两代麒麟970、980,让华为海思处理器也鲸吞大量中国市场。最终,因为其羸弱的性能表现,三星自己最终痛下决心:在2019年12月31日解散CPU自研架构团队。至此,三星投入了将近 170 亿美元的猫鼬架构正式宣告失败。
Exynos何去何从,再战未来还是终归尘土?
三星Exynos处理器经历五年沉浮后,最终还是用回了ARM架构。但是回归ARM架构的Exynos处理器还是没能挽救回自己的颓势。2021年年初,在三星与AMD共同开发的Exynos 2100处理器发布后,Exynos依旧败于骁龙。虽然此时骁龙888因为采用三星代工再次背上火龙外号,但同门代工的Exynos也难逃厄运。即使在发热方面Exynos2100较骁龙888好一些,但在超大核跑分以及性能测试中均未跑赢骁龙。被许多人寄予厚望的 GPU 部分,同样也不如骁龙和联发科,能耗比依旧拉胯,这款芯片的表现,可以说彻底打碎了许多人对 Exynos 残存的幻想。
高通推出骁龙8+芯片后,三星最终不得不承认自己在自研芯片领域的失败。在考量了自家4nm制程生产的Exynos 2300处理器后,发现其各方面性能表现难以匹敌高通下一代旗舰规格5G芯片骁龙8Gen2,于是有了开篇大家看到的一幕:三星决定,在2023年推出的旗舰机将全面采用以台积电4nm制程打造的骁龙8Gen2。
总结
三星自研芯片,从Exynos 4210打响猎户座第一枪,到Exynos 7420稳扎稳打力压骁龙,然后因自研架构失败Exynos 990成猫鼬绝唱,最终到三星决定在新款旗舰上放弃搭载自研核心,十余年的风雨历程让人唏嘘。只能说手机厂商自研处理器芯片尤其是高端旗舰芯片绝不是一条宽阔平坦的大路,架构设计、代工工艺、市场生态,影响因素很多,任何一环出现问题都可能功亏一篑。正因如此,本土手机厂商入局者众,成功者少,而三星就是前车之鉴。
参考资料:
https://semiconductor.samsung.com/cn/ 三星半导体中文网
https://xw.qq.com/cmsid/20220412A0CVMN00 三星 Exynos,曾风光一时
https://zhuanlan.zhihu.com/p/88620651 xynos猎户座990 三星自研CPU架构的最后绝唱?!
https://www.eefocus.com/mcu-dsp/376393 2016年手机处理器市场分析,高通这优势也是没谁了
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