是冤家不聚头。作者 | 邵逸琦编辑 | 半行观2023年的移动GPU够强了吗？让普通消费者作答，多半还是否定的，理由来自于日常经历，例如手机目前虽然能运行大型3D游戏，但画质帧率发热等不尽如人意，在日常使用中或许还难以察觉，一遇到高负载场景就捉襟见肘。诸如三星、联发科等厂商，每年新款SoC除了最核心的CPU外，获得升级最多的就是GPU，核心增多，频率变高，但性能提升却并不明显。而这种焦虑，被处理器厂商看在眼里，记在心里，每年旗舰手机处理器推出之际，他们都会着重强调一遍游戏性能的提升，而手机厂商更是在发布会上三番五次地对比游戏实际帧率，力图让消费者感知到新款GPU所发挥的效用。
当2023年手机市场开始陷入萎靡之际，处理器厂商已不再满足于过去的按部就班，自研GPU的厂商可以选择一脚踩爆牙膏管，而其他厂商呢，在近两年Arm公版GPU进步较小的情况下，最终只能把目光投向其他的GPU厂商。据 Digitimes 报道，联发科最早会在2024年的旗舰移动处理器中集成英伟达GPU，除了共同开发手机平台以增强联发科处理器的人工智能和游戏功能外，联发科和英伟达还将合作开发用于笔记本应用的WOA（Windows on Arm）平台产品。此外，还有爆料显示，三星继Exynos 2200首次搭载 AMD RDNA2架构的Xclipse 920 GPU后，将继续使用基于AMD技术的移动GPU，其正在秘密开发名为Exynos 2500的新一代移动芯片，同样会搭载基于AMD技术的GPU，性能会进一步得到提升。恐怕英伟达和AMD都没有预料到，自己会以场外援助者的姿态重返移动市场，没错，它们都曾以不同形式来到这个遍地黄金的市场，却又出于各种原因黯然离场，如今再度回归，手机市场早已物是人非，颇有些造化弄人的意味。
01.不是冤家不聚头
A字母打头的公司，仿佛生来就是要让大公司过得不舒坦的。AMD是80年代激烈竞争中唯二活下来的CPU厂商，从涉足处理器领域开始，它就一直在和英特尔打一场实力悬殊的战争，几度战败，几度崛起。而ATI呢，也是90年代末激烈竞争中唯二存活下来的GPU厂商，和英伟达的桌面显卡性能之战从未停歇，你方唱罢我登场。这对显卡行业的冤家，最终把这场恩恩怨怨带入了移动市场。21世纪初，以诺基亚和摩托罗拉为代表的手机厂商迅速崛起，不论是北美欧洲等发达国家，还是亚非拉这些发展中国家，都在迅速地普及这种便携通讯工具，2001年全球手机总销量已超5亿部，规模远胜过个人电脑市场。
不过，越是庞大的市场，越是容易催生出不一样的需求，对于一部分人来说，能接听电话，能收发****，那便足矣，但对于另一部分人来说，电脑相机MP3能做的，手机应该也有，买到了朝思暮想的新款手机后，巴不得把它当成和电脑一样的娱乐终端。而玩游戏的需求，更是广大用户中呼声最广的一个，此时任天堂的掌机GameBoy系列正在全球热销，高质量游戏层出不穷，吸引了大量玩家购买，而手机厂商亦有相应动作，开始尝试预装一些如贪吃蛇、俄罗斯方块等2D游戏。厂商马上就遇到了一个问题，手机处理器性能过于羸弱，难以具备更高的图形处理性能，且当时的手机处理器并不具备3D图形能力，只能依靠CPU计算来达成伪3D的效果。最先出手的就是ATI，作为老牌显卡厂商，它不仅为PC和笔记本电脑提供GPU，还和任天堂合作，为主机GameCude定制了GPU部分，给手机做图形显示芯片可谓是小菜一碟。2002年1月，ATI在CES上展出了Imageon 100图形芯片，作为一款专用PDA和手机的高端图形芯片，它虽然没有直接用于游戏的功能，但却是第一款为移动设备带来MPEG-4视频解码支持的芯片，在没有外部RAM的情况最高支持320 x 240分辨率的显示。
用今天的眼光来看，Imageon 100相当于给手机装了一个早期PC的独立显卡，为搭载Arm处理器的移动设备提供了拓展的可能性，彻底打开了手机厂商的思路。2002年的手机市场也迎来了一个转折点，手机巨头诺基亚在2002年11月宣布将推出全新的游戏手机N-Gage，其对标的就是任天堂的新掌机GameBoy Advance，它在基础的手机功能之上，还可以玩各种专门开发的游戏，甚至包括了不少3D效果游戏，很快就成为了消费者和厂商的热门话题。恰逢2003年7月，OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）1.0标准正式推出，与已有的Java 2平台搭配，移动3D游戏的未来标准已经初具雏形，一大批游戏厂商宣布支持OpenGL ES标准，手机游戏将迎来一次井喷式的发展。眼光犀利的ATI抓住了这波机会，顺势在2004年1月推出了Imageon 2300芯片，这是世界上第一款专门针对手机设备的3D图形处理器，其整合了高性能的2D/3D图形处理引擎让手机也能运行大型3D游戏，实测它能以35-40fps的帧速率运行OpenGL APi的Quake（雷神之锤），性能比肩PC端早期的3dfx voodoo1显卡。
后面ATI还携手LG，推出了首款搭载Imageon 2300的游戏手机SV360，这是首款真正意义上具备3D游戏运行能力的手机，每秒能够生成100万个三角形，侧翻与十字按键的设计让它颇有一些掌机NDS和PSP相结合的味道。至此，ATI已经把Imageon打造成了一个面向移动领域的可靠图形品牌，在移动市场中掘得了第一桶金，2006年1月，ATI官方宣布Imageon处理器的出货量已超过1亿颗。这时候有些人可能会纳闷了，以英伟达CEO黄仁勋的行事风格，难道就坐等ATI吃光手机市场的份额吗？难道他对年出货量好几亿台的市场就一点也不动心吗？当然不是，财大气粗的英伟达早在2003年8月，就以7000万美元的现金收购了老牌移动图形芯片厂商MediaQ，这家成立于1997年的公司主要就是给当时的手机和PDA厂商提供移动图形芯片，客户包括三菱、西门子、戴尔、惠普、Palm和索尼等。这一收购举动的意图相当明显，黄仁勋在收购时一份声明中表示：“此次收购将推动英伟达进一步扩大平台范围，实现加速进入无线移动市场的战略。”英伟达之心，路人皆知，ATI都做得风生水起，不去分一杯羹就有点说不过去了。2003年9月，英伟达正式发布了收购MediaQ后的第一款移动产品——GoForce 2150，该命名来自于英伟达桌面端品牌GeForce，由于推出得较为仓促，本质上其实还是MediaQ产品的重新贴牌，这块芯片配备了64bit的2D图形加速器和LCD帧缓存用内存，支持最高320×480的分辨率，也是第一款支持130万像素摄像头的低功耗图形处理器。和Imageon一样，英伟达最初给GoForce的定位就是多媒体领域，并没有发挥出自己在桌面游戏领域的优势，真正搭载使用的手机厂商寥寥无几。到了2004年9月，英伟达才算拿出了真正的王牌芯片——GoForce 3D 4500，根据官方的描述，这不仅是全球首款3D无线媒体处理器，还具有街机级别的 3D 加速和游戏的几何处理等功能，最高300万像素的JPEG编解码，首发延长手机续航的nPower技术，同时支持OpenGL-ES、D3D-Mobile和M3G游戏开发标准。
英伟达把这块芯片看作是移动市场的敲门砖，后续针对市场需求迅速迭代，于2005年和2006年分别推出GoForce 4800和GoForce 5500两款图形芯片，理论性能提升约有3倍之高，索爱W900i、摩托罗拉Razr V3x、三星SGH-P910……大量主流手机厂商开始尝试与英伟达合作，在手机中搭载GoForce芯片。2006年10月，GoForce业务总经理Michael Rayfiel在接受采访时表示，去年（2005年）业务收入为5500万美元，今年的收入已经翻了一倍左右，超过了1亿美元，考虑到2003年GoForce才算正式投放市场，能取得这样的成绩着实不易。但回过头查询2006年英伟达的第四季度财报，其中并没有对GoForce业务营收的详细描述，与ATI财报强调Imageon带来的营收增长相比，两者所占市场份额仍然存在着一定的差距，GoForce仍然是一个追赶者的姿态。手机市场在21世纪的头十年，是诺基亚自信满满居于王座，一批又一批的挑战者加入竞争，处理器厂商在混乱的硬软件标准下谋求着机会，ATI和英伟达都抱紧了移动图形芯片这根树枝，满心期待着未来市场扩张后的第一口肥肉，谁也不会想到，苹果和安卓在树荫底下蓄满了力气，有朝一日成长为新的参天大树。
02.变卖与衰败
2006年发生了一件大事。当英伟达踌躇满志，正想在GoForce上发力，打算一举击垮ATI的Imageon时，搞CPU的AMD却在7月24日突然宣布，将以总值54亿美元收购图形芯片制造商ATI，获得一条覆盖处理器、芯片组、显示芯片的完整产业链。这也意味着移动领域叱咤风云的Imageon同样落入了AMD的掌控之中，英伟达的最大对手，从ATI变成了昔日的合作伙伴AMD，这种滋味着实有些不好受。好在AMD光是整合业务就花费了好大一番力气，无暇在Imageon业务中投入太多的精力，在2007年MWC上，只是宣布了冠以AMD之名的Imageon 2298、2294和2192三款芯片，旨在为手机提供更强的多媒体功能，并未提供与游戏相关的更强大的3D图形处理能力。直到2008年2月，AMD才有了更大的动作，一口气宣布了整套移动解决方案阵容，其中包括Imageon D160移动电视接收器、Imageon M210音频处理器、Imageon A250应用处理器、Z460 3D图形核心和Z180矢量图形核心。值得注意的是，Z460是第一批获得 OpenGL ES 2.0 认证的Imageon图形核心，其基于Xbox 360上使用的Xenos图形芯片架构，2008年刚推出时是手机端最强大的GPU之一。
此时的AMD由于整合ATI后出现的亏损，已经陷入了一场空前的危机当中，急需降本增效，Imageon Z460并没有作为一款单独的处理器投入市场，而是选择把这款核心的IP授权给其他芯片厂商，集成进其他厂商的处理器当中。而高通就是这些厂商中的一员，其在早期推出处理器中集成的Adreno 100系列只有2D图形加速和有限的多媒体功能，在Adreno 200系列中，高通正式引入了Imageon的Z4xx系列的GPU核心，正式具备了3D硬件加速功能，开始在手机厂商中崭露头角。最有意思的是，Imageon Z460与Z180的矢量绘图与3D绘图技术并非完全来自于ATI，ATI在被收购前夕，以4450万美元收购了芬兰的BitBoys公司，其同样专注手机图形芯片市场，具有丰富的移动端GPU开发经验。在ATI被收购后，BitBoys改名为AMD芬兰，正是它操刀了Imageon Z460核心的设计。让人感到惋惜的是，AMD在桌面端和服务器端搞得焦头烂额之际，实在没有心力去开发移动端的IP授权了。2009年，高通以6500万美元的现金收购AMD的移动设备资产，取得了AMD的矢量绘图与3D绘图技术与相关知识产权，同时包括了开发这一技术的芬兰Bitboys团队，而Imageon自此彻底成为历史。消息一出，英伟达自然是欣喜万分，没有了ATI的Imageon，其他厂商在移动GPU上拿什么跟我斗呢，独显那点钱还不够塞牙缝的，要做就做利润最丰厚的手机处理器。2008年2月，英伟达在MWC上正式公布了全新的移动处理器APX 2500，这是一款和微软共同开发、面向下一代Windows Mobile手机的处理器，黄仁勋在发布会上拍着胸脯表示，APX 2500就是第二次个人计算机革命的曙光。
同年6月，英伟达又公布了Tegra 600 和 Tegra 650两款处理器，并将APX2500也纳入了Tegra这个移动处理器的品牌之中，两款芯片都可以用超过 40 FPS 的速率运行 Quake 3 等大型游戏，芯片组的大小仅为英特尔 Atom 的 1/10，一次充电可以实现130 小时的音频播放或 30 小时的高清视频播放。当然会有人疑问，之前的力推的GoForce呢，就这么没了？原因其实很简单，英伟达报喜不报忧，虽然纸面上的性能不低，但由于比较鸡肋的可编程GPU 3D核心，初期的热潮过后，并没有多少游戏适配该系列GPU，手机厂商也不怎么买账，GoForce 6100发布之后，英伟达就默默取消了这个类别，让集成度更高的Tegra取而代之。但是Tegra也不容乐观，喜欢和微软穿一条裤子的英伟达很快就发现，Windows Mobile和Windows CE没几个厂商乐意搭载，反而是隔壁Android搞得如火如荼，自己的芯片性能吹破了天，但算来算去实际搭载的产品，也就微软的Zune HD播放器和Kin手机了。发现势头不对的英伟达赶紧转头谷歌的怀抱，全力开发基于Android系统的Tegra系列芯片，2011年1月，英伟达正式推出了第二代Tegra芯片即Tegra 2，这一代芯片用上了台积电最新的40nm工艺，内置两颗频率为1GHz的Arm Cortex-A9核心，配备GeForce架构的双核GPU，同时还搭载了英伟达自研的音频解码核心与视频编码处理单元。
黄仁勋在发布会的舞台上对于Tegra 2有一堆赞美之词，还拉来了LG副总裁、Adobe Flash副总裁、Skype业务开发总监、Netflix产品开发副总裁等一系列大佬来站台，首款搭载Tegra 2芯片的手机LG Optimus 2X也在发布会上登场。这款双核芯片凭借视频播放上具备的优势，受到了一众安卓平板厂商的喜爱，在安卓智能设备发展的初期，取得了相当不错的成绩，根据Strategy Analytics数据，截至2011年9月，Tegra 2在全球安卓平板市场拿下了34.4%的市场份额，并且出货量还在提升。2012年8月，英伟达更是在财报中强调，随着平板电脑的普及，Tegra的销售额创下历史新高。但移动市场的激烈竞争远超英伟达的想象，平板电脑在早期iPad带来的疯涨过后，出现了迅速下落，同时高通和联发科加入了战局，2013年推出的Tegra 4的性能对比同时期处理器已没有额外的优势，英伟达又不具备通信方面的技术积累，无法在处理器中集成基带，基本无缘于日新月异的智能手机市场。到了2014年Tegra K1芯片发布时，英伟达已经失去了两年前平板市场中一呼百应的优势，黄仁勋在当年6月的采访中也不得不承认，公司在智能手机和平板电脑市场发展未达到预期，未来Tegra业务重点就是机顶盒和汽车市场。《老子》第五十八章中有句广为人知的话——“祸兮福之所倚，福兮祸之所伏。”倘若AMD纠结在Imageon图形芯片上，那么几年后或许就会陷入和英伟达一样的困境，壮士断腕卖掉相关业务，不失为一种明智的选择；而英伟达虽然在Tegra业务中遭遇了一次重挫，但却因此打开了另外两扇大门——汽车市场与游戏主机市场，是福是祸谁又能判断呢？AMD卖掉了Imageon业务，失去了一张通往移动市场的船票，英伟达抓住了一颗Tegra芯片，却没能抓住移动市场的未来，两个冤家殊途同归，最后都和手机市场做了一场难舍的诀别。
03.卷土重来
对于半导体行业来说，告别并不稀奇，难的终究是愈挫愈勇。移动市场注定是未来，相信AMD和英伟达都对这点深信不疑，但现在的移动市场早已有了一个高到让人绝望的门槛，一颗4nm芯片的流片，已是普通公司所不能承受之重，而基带相关的专利，更是给苹果这样的3万亿巨头套上了一副镣铐。为了不错过任何一个存在可能性的未来，两家芯片公司势必要有所行动。AMD行动得最早，2019年6月，AMD和三星电子宣布达成多年战略合作伙伴关系，作为合作伙伴关系的一部分，三星将获得AMD图形IP授权，并将专注于对于加强移动设备（包括智能手机）创新至关重要的高级图形技术和解决方案。英伟达的动作稍晚，2021年4月，英伟达宣布与联发科合作，致力于共同打造一个支持 Chromium、Linux和NVIDIA SDK的参考平台，将RTX GPU带到Arm Cortex处理器之中，为新款笔记本电脑带来逼真的光线追踪图形技术和顶尖的AI技术。
为什么是三星和联发科呢？与高通和苹果相比，这两家在GPU架构上并不具备优势，在Arm公版GPU发展较慢的情况下，引入两家目前最新的桌面端GPU架构，或许就能帮助它们一举反超其他自研的GPU，戴上一顶移动性能之王的桂冠。另外，目前移动端并未实现光线追踪技术的普及，但GPU的理论性能已经有了实现的可能行，尤其是英伟达的Ada架构与DLSS 3技术， AMD的RDNA3架构与FSR 3技术，一旦真的能运用于移动处理器，达成Mali GPU的数倍性能提升或许不再是梦想。而其他厂商也隐隐有了危机感，高通在5月宣布和任天堂、索尼展开磋商，共同探索和推进便携式游戏设备，苹果则是在最新的macOS中引入了游戏模式，还发布了支持DirectX 12的模拟工具，毕竟来势汹汹的两家，做过掌机、主机和PC，地球上也很难再找出第三家更了解游戏GPU的厂商了。手握近20年经验的AMD和英伟达，不再亲手打造手机GPU，借助他人之手重返市场，而对手不只有高通和苹果，还有隐藏boss——逐步收拢授权的Arm。谁会在这场没有硝烟的GPU战争中胜出呢？
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