終端芯片

終端芯片，是指應用在終端設備上的芯片。這裏的終端，主要指通訊網絡中的代表用户的節點，因此在很多場合也叫UE（User Equipment，用户設備）。終端有很多類型，包括智能家居終端（如智能機頂盒）、行業通訊應用終端（如對講機）和蜂窩移動通信終端（如手機、數據卡、平板電腦），因此廣義上終端芯片也包含很多種，這裏以移動互聯網的典型代表也是最重要的終端——智能手機，來介紹其需要的芯片。

ICT（信息通信技術）在CMOS大規模集成電路成功商用後得到了快速發展，進入21世紀之後更是獲得了突飛猛進的發展。作為ICT的新興代表，移動互聯網在2010年之後興起，並呈現出了通信和計算機網絡逐漸融合的趨勢，形成了雲-管-端的局面，這主要歸功於智能終端的出現和移動通信技術和計算機網絡的發展，其中起決定性作用的是端，智能終端在通信和應用能力上的突破帶來了互聯網從計算機到移動終端的轉移。而智能終端的突破又主要歸功硬件處理能力和操作系統，顯然，硬件處理能力的提升仍然是依靠芯片。因為終端有很多類型，包括智能家居終端（如智能機頂盒）、行業通訊應用終端（如尋呼對講）和蜂窩移動通信終端（如手機、數據卡、平板電腦），因此廣義上終端芯片也包含很多種，這裏我們以移動互聯網的典型代表也是最重要的終端——智能手機，來介紹其需要的芯片。

智能手機的特點是可以運行操作系統，應用能力很強，在移動互聯網中應用則要求通信能力也很強。其芯片主要包括通信處理器、應用處理器、協處理器、存儲、射頻、電源管理、擴展功能芯片和外設接口等芯片，一般認為通信處理器和應用處理器芯片為主芯片，而且它們經常以SoC單芯片的形式集成在一起。如下圖所示。

通信處理器負責手機與基站的通信，對手機和基站之間交互的信息進行處理。因為移動通信是通過無線電波進行信號傳遞的，因此手機收、發的信號都需要射頻芯片進行中轉處理，通信處理器負責基帶數字信號處理，射頻芯片負責模擬和射頻信號處理，兩者配合完成手機的通信任務。在常用的通信處理器設計中，一般會包括至少一個微處理器核或DSP核以及一個硬件加速器；硬件加速器負責調製解調、編解碼，以及跟基站進行時間頻率同步等工作，因為這部分工作對實時性要求很高，需要專門設計高速運行的硬件電路來實現；而微處理器和DSP內部集成電路的結構決定了：DSP擅長實現通信中的運算量大的算法，微處理器擅長控制和調度，兩者結合在一起負責完成通信流程的控制和編碼之前/解碼之後的信息處理，實現移動通信比如4G（3.9G）LTE的大量協議；通常以協議棧軟件的形式運行，因此具有靈活便於修改升級的優點。

應用處理器負責運行手機的應用程序，比如音樂、視頻、拍照、遊戲、辦公、第三方軟件等，從而實現智能手機必須具有的豐富功能。同時作為主控芯片，還需要協調通信處理器、協處理器和外圍接口一起配合，完成一個具體應用的所有關聯動作，因為通信和應用之間的數據量非常大，集成在一起形成主控芯片，可以充分發揮SoC的好處。應用處理器同樣以微處理器為核心，通常也會集成DSP核、硬件加速器，為特定的應用比如視頻播放加速。

協處理器一般是針對一些運算量大的場景，協助主控芯片完成計算處理任務，比如圖形圖像處理一般由專業的GPU來實現，從這個角度説，之前曾經熱門的MP3、收音機、手機電視接收等芯片也算是協處理器。外圍接口，比如USB、藍牙、鍵盤、MMC/SD、LCD等控制器芯片，主要是為“人-機”和“機-機”提供操作和互連接口，還有一些分立器件，比如PA（功放）、ROM等，也是手機整機所需的芯片。另外還有一些附加功能，比如NFC芯片、北斗導航芯片、陀螺儀（MEMS）芯片等。

可見，手機是目前當之無愧的各類芯片的集大成者，因為它不但要實現高速移動通訊，還要能運行傳統計算機上的各種應用。這其中當數主控芯片最為重要，它也是手機成本里面的佔最大比重者，有數據顯示，主控芯片和射頻、電源芯片的成本會佔整個手機的30%。如前面所説，主控芯片通常由通信處理器和應用處理器組成，是設計規模最大、最複雜、工藝要求最高、更新換代最快的集成電路，並且體現出SOC的特點——IP集成、軟件佔比高。像上面提到的一些擴展功能如NFC和導航既可以單獨構成芯片，也可以集成在主控SoC芯片裏，將來甚至所有基帶、射頻處理和微處理器、存儲器以及電源管理都可以集成單芯片的形式，將會給手機設計帶來更多的好處：面積更小、成本更低、可靠性更好——這正是“集成”所預期的結果。