说说手机那些事儿 篇一：智能手机制造与硬件构成浅析
智能手机，已经成为我们日常生活中不可或缺的一个重要元素。出门不带钱包没事，不带手机就总感觉缺少了一点什么。手机可以替代钱包（各种Pay，你懂的），但是钱包却无法取代手机。夸张一点来说，手机甚至已经成为了我们身体的一个“器官”。
我们每天在手机上花费大量的时间，因而挑选一部适合自己的，值得买的高性价比手机，就显得尤为重要了。然而，目前关于手机研发制造的深度技术分析文章还比较少，而刚好我对于这方面又略知一二。于是就利用手头独一份的内部资料来发原创。希望这篇文章，能够从一个业内人士的角度出发，抛砖引玉，科普一下目前手机制造和研发的一些现状。限于篇幅和本人的水平，只能算是蜻蜓点水式的浅析。希望可以为大家挑选合适的，最值得买的手机提供一些有帮助的参考信息吧。
先来看国内手机生产的几大门派。这里我简单粗暴地将手机的设计与生产制造企业，分为四大类别。当然，这其中并不绝对，偶尔也会出现一些交集。例如有时候，品牌厂商会将产品先交给IDH设计，然后再交给EMS企业代工。所以具体的情况，还是要依照具体的机型来分析。
IDH是一个通讯行业内的名词。所谓IDH，就是Independent Design House的缩写。顾名思义，就是指独立的设计公司，这类公司的主要业务模式是基于不同的芯片方案平台，设计PCBA并交付给手机品牌厂商。它们一般是由小团队创业而来，慢慢发展壮大。近年来，传统的IDH已经逐渐消失殆尽，取而代之的是具有了自己的生产制造能力的IDH。比较有代表性的厂家有闻泰，华勤，龙旗等。
这些自建工厂的IDH，可以理解为是一种类似ODM的合作关系。那ODM又是什么呢？ODM（英文：Original Design Manufacturer的缩写），指由采购方委托制造方，由制造方从设计到生产一手包办，而由采购方负责销售的生产方式，采购方通常会授权其品牌，允许制造方生产贴有该品牌的产品。
闻泰早在2007年就开始自建工厂，而其他几家位于上海的IDH，包括华勤和龙旗，也在2010年发生苏州时代华龙事件后，开始全面转型ODM。具体的出货排名如下，闻泰，华勤，龙旗排名前三，研发中心基本都集中在上海张江。大家可以注意一下出货量，前两名加起来已经超过一亿台，相当可观：
红米Note3就是龙旗出品，典型的ODM方案产品。事实上，小米除了旗舰机型外，其他的比如红米系列，基本都交给闻泰和龙旗两大IDH来负责，后文会具体展开说明。
EMS是Electronic Manufacturing Services的缩写，也就是电子加工服务。这里所谓的一线EMS大厂，主要是指以富士康、仁宝、和硕等台系厂商为代表的一线代工大厂。当然也包括伟创力、比亚迪这种少量的非台系代工大厂。这些大型代工厂，前几年主要的业务是帮客户设计和制造电脑和电视等产品。随着传统PC市场和消费电子市场的萎缩和移动市场的扩张，代工厂的产品的结构也有了相应的调整。手机所占的比例不断提升，目前营收的占比已经超过了50%。这种代工模式其实很早就出现了，比较典型的代表有几年前仁宝代工的诺基亚Lumia 800，而MOTOROLA很多高端定位的手机则是由伟创力生产的，MOTOROLA的低端机则会交给富士康、比亚迪来制造。
目前市场上热销的不少手机，都是来自这些代工大厂。比如乐视的大多数手机，就来自仁宝。乐视手机创立一年来，总出货量已经突破1000万台，可见一线代工厂也是手机制造的重要组成部分。下图是乐视手机总裁冯幸，亲赴仁宝江苏昆山厂，给优秀员工颁奖。图片来自冯幸的微博：
乐2/乐2 Pro均来自仁宝。上一代的乐1S也是来自仁宝，目前已经成为乐视手机出货量最大的机型。千元机具有快充功能，的确算是一大卖点吧。
乐Max2则出自和硕，上一代的乐1PRO也是来自和硕。乐视的高管团队可谓是明星阵容，引入原联想手机副总裁冯幸担任手机部门总裁，空降魅族的马麟负责eui，代工厂选择和硕仁宝两大台系EMS。不过其BSP方面是一个短板，后文会做详细展开。
iPhone也是这种模式，主要由富士康和和硕生产，但是苹果的研发是由总部自己负责，位于美国加州，属于典型的OEM。而国内厂商则多半直接交给代工厂负责硬件方案，如乐视交给和硕，这就属于ODM。
典型的代表是国内的蓝厂（vivo）和绿厂（OPPO），研发和生产都布局在广东。包括早期的诺基亚，也是这种模式。来看看国内品牌厂商的自研机型出货比例：
蓝厂绿厂100%完全自研，所以说蓝厂绿厂能在中国取得成功，也不是完全依靠市场手段，研发和生产也有助益。小米除了旗舰机型，如小米5，采用自研方案外，其他都交给ODM负责，与小米类似的有魅族。当然，魅族的情况还有点特殊，由于魅族不肯给高通交专利费，所以关系闹得很僵，最近因为这事还打官司了。所以之前联发科全网通基带还没到位时，魅族一些采用高通方案的全网通机型，只能通过IDH来曲线交付。想自研的话，高通根本就不配合。要配合可以，先把欠我的几亿专利费给交了。
华为则基本是一半一半。旗舰的华为品牌机型，如Mate系列，P系列，包括帮谷歌生产的Nexus系列都是自研的，TIS/TRP指标都挺不错的，射频性能堪比苹果和三星的旗舰。毕竟是用来出口打品牌的，欧美的运营商入网测试可不是闹着玩的。而荣耀、麦芒等系列则有不少型号是交给了ODM。对于华为手机，还有一个比较简单的判断方法，一般海思Kirin方案的平台，都是华为自研的。联想采用的也是与华为类似的策略，高端旗舰自研，其他交给ODM。
此外，国内还有一家自研比例较高的厂商，这就是中兴。ZTE主要有南京和上海两个研究院，除了少数NUBIA机型是ODM外，ZTE品牌的机型基本都是自主研发的。
最高端的AXON天机系列自然不用说，肯定是自研的无疑了。比较神奇的是，中兴就连最低端机型，如Blade A系列，也是南京研究院自研的，生产则是交给了位于深圳的中兴自家的工厂。这一点和其他国内品牌厂商形成了鲜明的反差，毕竟不论是华为、小米、魅族还是联想，基本都将自研和自产的资源都投放在高端旗舰机型上。中兴主要的营收来自海外市场，之前对国内市场并不是很重视，现在发力国内市场后，感觉机型还是挺有竞争力的。当然现在Blade A系列已经出第二代Blade A2了，CPU从MT6735改为MT6750，性能略有提升。
顾名思义，所谓国内二线的代工厂，说的是出货量无法与一线代工厂相提并论，相对而言资源和实力也没有一线那么强大的代工厂。二线代工厂所代工的品牌，一般来说也不是非常知名。
PPTV的手机，基本都是深圳一家二线代工厂出品。与苏宁达成战略合作后，基本在苏宁的门店都能看到这款产品。至于这个手机的表现嘛，呵呵... 讲个笑话，这只手机拍出来的视频是3GP格式的...
这个不用多介绍了吧，原来准备是给中天信代工。中天信破产后，交给了松日数码。其实锤子也想找富士康代工，但是奈何出货量太小，富士康不是很乐意给锤子分配过多的资源。
说完了四大门派，我们来以一台真机的研发实例，看看手机的基本组成。手机的研发生产，都是有严格的时间表的。一般以半年为一个周期，这与PC业界非常类似，周期的长短基本都是由最上游的芯片厂商（英特尔，高通）来决定的。大厂由于人力财力资源更为雄厚，因此研发速度更快一些，同样时间内产品的完成度也更高。
整个Project从立项（Kick-Off），到真正大规模量产（Mass-Production）上市，当中也要经过EVT（Engineering Verification Test，即工程验证测试）、DVT（Design Verification Test，即设计验证测试）和PVT（Pilot-Run Verification Test，即小批量试产验证测试）这三个阶段。而DVT和PVT阶段生产的机型，就是我们通常所说的工程机。整个过程是由产品经理（PM）协调研发工程师（R&D）共同完成的。整个流程与笔记本电脑的研发较为类似。下图就是产品经理手上的研发周期控制表，可以看到软硬件是同步开发的：
限于NDA协议的原因，无法放上最新的机种，甚至是一些还在保密年限内，但实际早已EOL的机种。这里以一款笔者所在的工厂，N年前为某泰国移动运营商定制的机型来举例说明。机型虽老，但用来说明原理是绰绰有余了。
先来看爆炸图（Exploded View），可以发现手机的构成，主要是由机构件（ME Parts，主要是外壳、框架等），电路板，屏幕、键盘等外设，以及电池、扬声器等附件组成。而整机的主要成本，则主要集中在PCB上，一般占六成以上。总体上来说，手机的组成和笔记本电脑有些相似，可以触类旁通。这也是为什么，几大笔记本电脑的代工厂，都可以轻松切换到手机代工制造业务。
这台手机采用的是联发科的MT6253方案。MTK的方案集成度较高，而这片MT6253更是把基带、射频和电源管理都集成到了一起。所谓射频部分，是指负责信息发送和接收的部分。而基带部分，简单来讲就是信息处理的部分。电源管理，顾名思义就是负责整机的各个部件的供电管理和电池充电的芯片。这张PPT说得非常到位：
采用MT6253方案的整体框图（Block Diagram），这张图看起来就十分清楚了。MT6253中集成了射频收发器，可以通过射频功放进行信号收发。同时，也集成了PM IC，负责供电以及电池的充电。Baseband部分的连接和总线也都做了清晰的标注：
来看看这款手机的电路板的正面和背面的Placement。基带（BB）、射频（RF）、蓝牙（BT）、电视（TV）等模块都分别做了标注。Block Diagram上标注的主要元件在PCBA上都比较容易找到：
GSM通信部分的电路图，我特别标注了一下，收（RX）发（TX）路径其实非常清晰，信号通过SKY77547这颗PA进行放大，接收时先放大再通过声表滤波器：
蓝牙部分的电路图，上方虚线框中是供电部分的电路（BT Power），左侧是带通滤波器（Band-pass Filter），标准的50欧姆阻抗匹配：
以上内容可能太过专业了，不做深入展开了。来看看实体的内置GSM天线吧，位于机壳底部。注意看右侧的两个金属触点，是用来与主板相连的。这种FPC天线算是老古董了，现在很少见到：
这个是NFC天线，贴在机壳背部，主要用于支持移动支付。同样有两个长方形的金属触点，用来与主板相连：
限于NDA保密协议，只能用几年前的古早机型了，但是其实整体的概念是相通的。可能有人会说MT6253严格意义上来说并不是真正的智能手机解决方案，那么再举一个高通方案的例子吧，其实整体的组成是比较类似的。这里以一款基于高通MSM7225方案的产品为例，这个可以算是真正的智能平台方案了，同样是比较早期的产品。（关于MSM7225，大家可能没什么概念，这里举个例子，火腿肠的G8野火采用的就是MSM7225，当然这台机器并不是G8 Wildfire）。可以发现，高通并没有把PM IC也一并集成到CPU里，而是采用了一颗独立的PM7540，集成度相对来说没有MTK那么丧心病狂：
一般来说，芯片厂商如高通，联发科会提供参考设计资料和建议的周围电路方案，代工厂的研发工程师需要做的就是基于这些参考设计，做出合适的方案。当然，对于出货量比较大的厂商，芯片上市的初期IC厂商会特别派驻工程师，提供更全面给力的技术支持。以上的这些知识对于普通用户来说，可能已经过于深入了。因而对基带及射频部分，更深入的原理和组成，不再做更详细的说明了。
其实，普通用户更关心的是手机性能怎么样，信号好不好，网速快不快等。关于手机最基本的通讯功能，天线的性能，各个频段下的TIS/TRP等参数（TIS：天线在不同频段下的接收灵敏度，体现手机天线对网络信号的接收及解析能力。TRP：天线在不同频段下的发送灵敏度，体现天线对手机信号发射的能力和质量，可侧面反映在同等网络环境下进行业务时手机的发射功率情况，该项性能越好手机所需的发射功率越低，辐射越小），以及其他方面的表现，笔者的建议是可以看移动每隔半年左右发布的《终端质量报告》，网上都能下载查看到PDF版本。会对市面上销售的近百款不同价位段的手机进行天线性能的评测，报告全篇大约是100多页。对于普通用户来说，还是有相当的参考价值的。
简单介绍完硬件，来说一下硬件和软件的连接部吧。BSP是Board Support Package的缩写，一般翻译为板级支持包。简单来说就相当于电脑中的驱动的概念，是连接硬件与软件的桥梁。BSP的成熟度，关于整个手机性能的发挥，系统的稳定性，以及发热、续航等综合表现。当然，这样定义略微有些狭隘，一般除了Linux内核驱动，HAL（硬件抽象层）和BootLoader（硬件初始化管控）的开发也是交给BSP团队的。
整体来说，BSP的发展，是需要多年几代机型的研发累积，才能逐渐走向成熟的。同时，也需要芯片厂商给予大力的支持，才能做到快速的开发成熟。
这里以魅族为例吧，魅族早期的Android机型，由于Bug多，Flyme OS被网友戏称为Bugme。这种情况直到PRO 5，才开始有了完全的改观。整个系统的演进如下图：
魅族的第一台安卓手机M9，更多的是关注在功能的研发上。从MX/MX2（X代表10）开始，才开始考虑稳定性。从MX3开始考虑从BSP层面降低发热。直到MX4，开始考虑续航和性能的优化。可以看到，BSP的成熟，历经5年。同时由于出货量的提升，芯片厂商给予更多的技术支持，也使得新型号CPU的成熟度可以快速形成。可能很多人没注意到的细节是，白永祥在魅蓝Note3的发布会，特别强调了魅族和MTK通力合作，完全发挥出了这颗MT6797的性能，这也是基于5年来在BSP方面的累积。
对于一些新晋的国内互联网厂商，由于缺乏这样的积累，这些方面相对就要弱一些，典型的如乐视，系统的稳定性、发热、功耗控制都稍弱一些，对此我们要给予一些耐心。当然，乐视手机的快充可以说在千元机里面是一大亮点。
说了那么多，广大普通用户可能会问，那么这些机型的差别到底在哪里？为什么有些手机要卖上万元，而有些连它的零头都不到。这些手机的用料到底有差别吗？
iPhone的纯硬件成本在190美元左右，三星的Galaxy手机则在200美元出头。当然，这只是纯硬件成本，没有包含产品设计、仓储运输、订单处理、批发经营、终端零售等环节。最终的售价基本都在六七百美元，这其中包含苹果大约40%的毛利，剩余20%左右是主要元件制造商的利润，主要是一些日韩厂商（以iPhone6为例，1300多个元件中超过半数是Made in Japan。难怪雷军和老罗刚做机的时候经常去日本，供应商都在那儿）。剩下每台大约15美元是交给富士康/和硕的代工费用（已经涨了，13连跳前是5美元）。
三星的旗舰手机，基本也是同样的构成。当然，三星手机主要是自己的工厂生产，不涉及代工厂那一块，而元件方面，由于三星的垂直整合战略，也大多使用三星或韩系厂商自己的部件，其他的构成基本相同。
再看国产手机不到千元的售价，那么这些产品到底差别在哪呢？其实，差别还是很明显的，屏幕的用料，外壳的材质，以及背后的研发投入都有较大的差别。
如果可以拿到BOM表，自然更利于分析用料的差别。就算拿不到BOM表，拆开机器之后分析，还是可以发现更多不同，包括内部采用的元件的供应商档次的区别。下面是笔者依照网上的拆机图，粗略绘制的同品牌两款定位不同的手机的架构图。
两者用料的差别还是显而易见的，比如PM IC的成本就差了不少，旗舰机采用的是两颗PM8994。另外，以触屏控制芯片（Touch Panel Controller）为例，旗舰机往往采用Ateml或Synopsys的方案，而千元机则采用了FocalTech（敦泰电子）的解决方案。两者的采购单价也有较大差别的。
另外，以被动元件（Passive Components，包括电容、电阻、电感、晶振等无源元件）为例，苹果和三星的历代旗舰手机，其被动元件的数量都超过1000个。而红米手机为了追求极限的性价比，一般只能达到600个左右。各功能部件都做了精简，用料上的差别显而易见了。
另外，还包括旗舰手机常常配置的ET模块（Envelope Tracking，封包追踪），在红米这样定位的手机中，同样难觅踪影（也有例外，例如高通方案的红米Note4G版）。ET模块可以大幅降低功耗，目前高端机型都普遍配备，而在千元机中集体缺失，所以目前千元机的续航更多是依靠大容量电池这种低成本方式来实现的。至于Envelope Tracker是否值得，就见仁见智了。
关于手机的用料，有一个比较简便的判断方法是看这台手机支持的频段是否足够多，或者是否支持NFC功能。支持较多频段的手机，其被动元件往往使用较多。当然，这种判断方法也不绝对。但是一般市面上的旗舰机型，一般都会考虑配备NFC模块，并且支持较多频段。如iPhone6最高支持高达20个LTE频段，难以置信！
更直观的当然是看拆机图了，网上各种热门机型的拆机图都有。有经验的大致看一下IC周边的被动元件的密度，就能判断手机的用料了。再比如芯片的封装，由于PoP封装（Package on Package，叠层封装技术）会给单机增加1美元左右的成本，千元机也很少会采用。那些对着主板上有很多空白的地方，然后说做工不错、用料厚道的枪文，建议就不要看了。当然，产品的用料不可能违背最基本的价值规律，用料好的产品售价自然会高昂一些，追求低价的产品用料自然就差一些。
说了那么多，其实总结下来就是旗舰有旗舰的卖点，而千元机也有其价格上的优势。千元机的毛利相比旗舰要低不少，性价比自然稍高一些。
以魅族前段时间推出的魅蓝Note3为例，从CPU性能到续航都比较不错，但是充电速度可谓是一大短板。为什么魅蓝Note3会有这样的配置呢？结合工程和市场的角度分析，就比较容易发现其中的端倪了：4100mAH的电池是为了抗衡同档次同价格段的红米Note3的续航表现。之前提到过，由于千元机普遍没有配备ET模块等，使得其续航主要通过大容量电池实现，而增加快充模块，需要增加较多的成本。以TI的BQ25892方案为例，加上充电器的成本增加不低于5美元，这对千元机来说是非常大的一笔硬件成本支出了，大多数厂家都不会采用。所以目前市面上千元机普遍出现了这种配备大容量电池，却不配备快充的现象。
而再看同样是千元机的乐2，由于采用了成本较高的TI的方案，支持QC快充协议，充电的表现让人眼前一亮，当然乐视在BSP方面的成熟度还有待日臻完善。另外，不得不提的是千元机的相机表现与旗舰机型还存在明显差距。
再来看魅族的另一款机器PRO 6，很多人看了发布会之后都吐槽PRO 6相比PRO 5是全面的，包括电池容量。其实，如果从工程学的角度来看，不尽然。PRO 6的屏幕尺寸，就决定了其电池容量很难超越PRO 5，抛开手机的尺寸来谈电池容量就是耍流氓。PRO 6其实是基于Helio X25度身打造的机型，从其发布会的宣传语就能看出，追求的是小尺寸。要在小尺寸中做到性能和续航的平衡，首先要做到小PCB尺寸，这就要求整个方案要有很高的集成度，好在MTK和魅族做到了，这样就给电池留出了足够的体积。至于DDR4和UFS无法采用，则更多是由于MTK X25的硬件限制，这点真的是无解了。
限于文章的篇幅，只能做比较粗浅的介绍。其实很多方面都可以做深入的展开。当然，硬件并不是手机的全部。例如亚马逊Fire Phone的硬件就相当出色，但是其他方面就略有不足了。软件也是手机非常重要的一个组成部分。出于业余白帽子的习惯，笔者比较关注系统的安全。例如，Android阵营中，三星的Knox就比较有意思，它以Container的形式保证隐私数据的安全，其实是基于ARM的TrustZone来实现的，使用完整的TIMA架构。国内的不少厂商，包括360手机的360OS中的财产隔离系统，其实都是类似的设计，笔者之前也专门写文章分析过。
除了数据安全，各厂商的系统的UX/UE交互的演进也很有意思。有很多有意思的可以谈的内容，比如Martias Duarte对于Android交互的改进，又比如Abigail Sarah Brody到华为之后，EMUI的变化等等，之前我还投稿给ifanr，写过从N900到N9硬件和系统交互改变这方面的文章。
再后来，还和当时在Samsung负责UX的林敏老师，通过微博进行过多次探讨。也多次发推和Peter Skillman交流N9的交互逻辑，和Damian Dinning交流诺基亚手机的相机设计和图像算法，可惜现在诺基亚已然被微软收购，从maemo进化而来的MeeGo，也已经被三星收购而打造成了TIZEN系统。
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