手机上的“独显”芯片，到底是真材实料还是噱头？

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“独显”要进入手机圈？

不久前，iQOO发布了自家首款搭载骁龙870的机型iQOO Neo5，在2K5—3K元的价位上，这台机器相当具有竞争力：旗舰性能、定制摄像模组、66W快充，但小雷认为，比起这些常见参数，Neo5上最值得一提的，还是它的“独立显示芯片”。

iQOO表示，为了强化iQOO Neo5的游戏表现，iQOO Neo5除了传统的GPU外，还特地加入了一颗独立显示芯片。 它将以“动态插帧”的方式提高游戏帧率，改善画面表现，分担GPU的工作量，减轻性能负担。

从目前各大媒体的上手表现看，iQOO Neo5的独立显示芯片确实起到了不小作用，插帧后的游戏耗电可以减少三分之一左右。用户可以以30帧的低负载运行《原神》，并用插帧的方式在屏幕上显示到60帧，用户也可以通过GPU实时渲染《原神》60帧画面，用插帧实现120帧流畅运行，除了在一些大场景快速切换的情况外，传统插帧导致的“伪像”也没有出现。

高刷屏下的性能挑战

随着90Hz、120Hz等高刷新旗舰的到来，整个移动生态全面走向高帧时代。去年，互联网厂商们解决了日常应用的高帧率适配，手机厂商们则解决了视频等移动生态内容的帧率适配，但在游戏方面，手机厂商开始遇到性能瓶颈。

随着《原神》《使命召唤手游》等大作的出现，手机游戏开始进入了新一轮图像军备竞赛，这对于手机芯片提出了更高的性能要求。虽然业界曾将希望寄托在处理器的制程进步上，但从目前各大5nm旗舰芯片的表现看，其性能和散热表现都没有达到业界预期。

旗舰芯片尚且如此，对于以骁龙870为首的中高端机型来说，高刷新率带来的性能不足问题更加严重。一方面，120Hz刷新率已经在2000元价位机型上广泛普及，它们的拍照、屏幕和性能都不差，但在游戏表现方面，用户并没有获得与之匹配的体验提升。

如果不考虑散热问题，手机靠专业显卡堆性能的道路可行吗？十几年前，英伟达还真的这么做过。2007年，英伟达推出了专为手机打造的GeForce 5500，这款GPU可以帮助手机实现快速视频解码、高分辨率显示和3D游戏能力。夏普、东芝推出的PDA都采用了这一芯片，但由于没有足够的游戏支持，英伟达的这一战略最终导致了商业失败。

从英伟达的失败可以看出，高帧率游戏的适配难题不能全怪罪于性能，手游厂商的技术力不足也是原因之一。 由于手机游戏的架构复杂度远超日常应用，虽然很多手游利用的是早已成熟的Unity和虚幻引擎，更新120Hz的绝对技术难度不大。但由于手游厂商的体量问题，他们没有足够精力来解决高帧率后引发的兼容和稳定性问题。

手游市场的盈利生态，也很难让手游企业像PC厂商那样对高帧率那么上心。 PC游戏的营收预期相较手游更加明朗，手游市场用“一将功成万骨枯”形容毫不夸张。就算厂商运气好，推出的新游受到广泛欢迎，但他们后续的第一要务就是解决内容更新需求，难以分出人手来解决前期的架构问题。

可以说，虽然高刷新率手机的出现让“极客”们眼前一亮，但高刷屏在游戏方面的进步反而是最少的。如今手游市场在蓬勃发展，但相较于早就盛行高帧率游戏的PC行业，手游行业的有限开发力度和手机端的性能桎梏，都没有让这一奇迹重现。

但就在这时，一家神秘的厂商出现了。

中端手机厂商的“曲线救国”

让我们把时间回拨到2018年，随着一连串高帧率游戏手机的出现，如何解决移动内容显示问题成为了各大游戏手机厂商竞相破局的对象。就在这时，黑鲨提出了一个惊人的想法，黑鲨3用业界首个“独立显示芯片”完成了游戏稳帧、色彩管理、并用算法规避插帧带来的“伪像”问题，这枚芯片，就是Pixelworks出品的的Iris 5。

Pixelworks何许人也？它是一家来自美国的老牌图像显示厂商，是2000年代美国电视芯片领域的主导者之一，不过随着东亚半导体行业的崛起，Pixelworks逐渐失去了原先的霸主地位，转战投影仪行业。但在转型过程中，Pixelworks敏锐地发现了手机行业的广阔前景，开始为手机开发图像芯片。

2016年，Pixelworks推出了标志性的Iris芯片，并开始与中端旗舰和游戏机型合作，这些厂商在色彩管理上的底蕴不足，迫切需要老牌技术公司的加盟。 到了2018年，中兴、华硕、黑鲨等厂商纷纷与Pixelworks合作，共同探索出了高帧率屏幕的显示方向。

图片来自：电子发烧友

随着高帧率逐渐成为大众旗舰标配，Pixelworks开始被主流厂商认可。2020年，Pixelworks和OPPO签署了多年合作协议，并在Find X2 Pro和一加8 Pro上搭载了它的图像显示芯片，主要负责手机的色彩管理、插帧显示和实时HDR，而此次iQOO Neo5的发布，再次让这家公司出现在公众面前，中端厂商已经找到了高刷痛点。

如今，Pixelworks将原有的Iris系列拆分为了主打高端显示的X系列和中端显示的系列，恐怕已经做好了向国内市场全面进攻的准备。虽然目前高通已经在芯片中内置了MEMC插帧方案，目前独立显示芯片在功耗和功能支持上依旧有着不可比拟的优势。

纵观手机独立显示芯片的发展，我们会发现，这项创新并不来自于我们熟悉的头部厂商，而是来自于中端厂商对用户使用场景的深度考量。在目前旗舰机性能增速变缓的当下，分担处理器压力的独立显示芯片，将成为各大厂商的主攻方向。对于游戏公司来说，独立显示芯片的加入也能让他们松一口气，减少开发压力。

小雷认为，在未来，我们甚至能够在一些旗舰机中频繁看到独立显示芯片的身影。 如今，旗舰手机在散热和重量之间的平衡即将打破，独立显示芯片或许会发挥出意想不到的优势。在手机过热的时刻，独立显示芯片可能会“接管”GPU的职责，让游戏保持高帧率运行，在色彩管理等方面，独立显示芯片也可以帮厂商补足功课。

随着旗舰手机“体验战争”的不断深入，这项来自游戏手机厂商的创新，最终会来到大众消费者面前，而国产半导体厂商，也能抓住这来之不易的机会，在细分门类上实现“弯道超车”。

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作者：雷科技团队，致力于聚焦科技与生活，关注并私信回复“01”，送你一份玩机技能大礼包。

他22岁在家自造芯片，性能接近英特尔初代，连光刻机都有解决方案

金磊 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

万万没想到，造芯 这件事，竟然还能如此“亲民”：

在22岁的年纪，一个人竟能凭一己之力，在自家车库里打造一块芯片！

△ 图源：WIRED

你没听错，这就是一位名叫Sam Zeloof 的美国小伙，硬生生给搞出来的事儿。

而且他在车库里DIY的芯片，是连光刻机 在内一系列设备都是亲手改造 的那种。

若是从工艺角度来讲，就相当于英特尔第一款芯片“4004”的尺寸——10微米 。

当然了，毕竟是靠自己一个人，在晶体管数量方面，Zeloof的芯片为1200个，而英特尔“4004”的则是2300。

不过Zeloof的工作还是得到非常高度的认可，这不《连线》（WIRED）杂志最近就评价道：

展示了小型芯片“工匠们”（所能带来）的可能性。

甚至Zeloof本人还“王婆卖瓜，自卖自夸”地说：

我的工作可是超越了摩尔定律的哦。

（注：摩尔定律是指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。）

或许读到这里，你已经发出了疑问，“当真这么神奇吗”？

别急，我们继续往下扒一扒。

在车库里DIY的芯片

原来，WIRED此次介绍的芯片，已经是Zeloof打造的第二款芯片（2021年8月），名为Z2 。

而第一款芯片Z1，则是他早在2018年打造的产品。

Z1所拥有的晶体管数量仅仅为6个，而Z2在这方面数量，足足是Z1的200倍 。

也难怪Zeloof敢半开玩笑地说出“超过摩尔定律”的话了（还给自己做了张图表）：

从面积来看，Z2的大小也仅为Z1的四分之一，包含10 x 10的晶体管阵列。

面积虽小了，但Z2晶体管在示波器上得到的输入输出曲线，依旧是教科书那般完美。

例如Z1就应用到了LED闪光灯、吉他失真踏板等：

但Z1的缺点也比较明显，那就是它的MOSFET阈值电压会比较高。

这就需要连接2个9V电池才能去让Z1正常工作。

而Z2要解决的正是这个问题，也就是可以在低电压的情况下良好运作起来。

正如Zeloof自己介绍的那样：

Z2与Z1相比，更小、更好、更快。

当然，更令大众更惊讶的点，还在于Zeloof的年龄 ——

造出Z1芯片的时候，他才在上高中三年级 ；而到了Z2芯片，他则是在卡内基梅隆大学读大四 。

这也难怪不少网友将其称为“天才少年”。

而在Z2问世半年后，也就是这个月初，Zeloof还宣布他“设计一款新芯片，离正常运行不远了”！

看来Zeloof的Z3芯片，也是准备即将问世了。

那么接下来的一个问题便是：

如何一己之力打造芯片？

即便是被称作“天才少年”，但Zeloof的DIY项目也并非是一帆风顺。

毕竟造芯，从来就不是一件简单的事情。

以Z2为例，打造它的第一步，就是做设计 工作。

而这一步，你可能没想到的是，他竟然是在PhotoShop （PS）中完成的……

Zeloof对此解释说，因为他的芯片只有4层需要设计，所以用PS会比其它软件来得更简单一些。

接下来就是做晶圆 （制作芯片所用的硅晶片）。

但由于最初的晶圆太大了，所以Zeloof用金刚石划线器把它们切割成2英寸 见方。

不过从现在的结果来看，可以说Zeloof的成果还是较为成功的。

之后把它放到95度的热板上干燥1分钟，留下一层固体薄膜，这就得到了晶圆上的掺杂层 （Doped Layer），用来制造MOSFET的源极/漏极。

在此之后，Zeloof把它“移步”到自制的无掩膜光刻机 进行光刻。

例如下面蓝色点便是整个曝光场，会留在一个位置大概9秒钟时间，然后便可以把晶圆移到另一个位置，继续去曝光那个地方。

之后在显影 步骤中，Zeloof把晶圆浸泡在氢氧化钾溶液中大约1分钟时间。

这样做的目的，是把上一步曝光的光刻胶部分给蚀刻掉。

至此，光刻胶的“使命”算是完成了，Zeloof便用丙酮洗刷将其剥离掉。

而这些个步骤还仅仅算是个开始。

Zeloof手中的晶圆又继续经历了扩散掺杂磷、腐蚀氧化层、溅射金属、腐蚀金属、表征、打线、封装、测试等一些列种种步骤。

这整个过程的复杂程度，是可见一斑了。

而在Zeloof的介绍过程中，“自制（homemade）”这次被提及了许多次。

这因为在他车库里的几乎所有设备，大到光刻机、显微镜，小到瓶瓶罐罐的试剂、溶液，都是Zeloof从eBay或其它等渠道淘来，然后一点一滴地手动做了改良。

但即便Zeloof克服了种种困难，与标准商业制造芯片相比，还是有一些“硬伤”是无法避免。

例如他的车库并不能做到无菌 环境，因此Zeloof的芯片就会因为细小的“杂质”，出现短路的情况。

不过从现在的结果来看，可以说Zeloof的成果还是较为成功的。

车库造芯，还在继续

能hold住如此复杂的过程，而且其中各种细微亲手参与改良。

Zeloof的DIY着实令网友惊艳了一把。

这也就不难理解为什么网友能给出这样高度的评价了：

这是我所见过“自制”这个词，最令人印象深刻的用法之一。

这是我见过惊艳的DIY项目！实验室也是有够疯狂的了！

但Zeloof在车库造芯的脚步，至此还并没有停止。

据WIRED介绍，Zeloof最近升级了他的光刻机，可以把工艺缩小到300纳米（0.3微米）。

这个水平已经可以与90年代中期的商业芯片相媲美。

那么Zeloof接下来还会给我们带来怎样的惊喜？

是值得拭目以待了。

参考链接：

[1]https://www.wired.com/story/22-year-old-builds-chips-parents-garage/[2]http://Zeloof.zeloof.xyz/category/semiconductor/[3]https://www.youtube.com/watch?v=IS5ycm7VfXg[4]https://twitter.com/szeloof

— 完 —

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