2020 手机十大硬核技术盘点:百瓦快充、屏下摄像、5nm 芯片


如果让你用一个词来形容今年的机圈,会是什么?

是创新枯竭、狂堆参数、猛砸营销、严重内卷?

还是大胆突破、硬核技术、打造极致、你追我赶?

这可这能就是一个事物的两面,每个人都可以从不同的侧面来给这个行业把脉。

今年,新冠肺炎疫情成为了整个科技产业在 2020 年避不开的一个话题,尤其是对智能手机行业。

但随着国内疫情逐渐得到控制,作为全球智能手机制造心脏的中国还是重新有力的跳动了起来。

从 2 月雷军戴口罩登台发布小米 10 系列,给国内手机行业提振了信心,到后面华为 P40 系列和 OPPO、vivo 旗舰的接连发布,手机行业逐渐走出了阴霾。

而下半年 iPhone 12 系列和华为 Mate 40 系列则将年度新品和新技术的关注推向了高潮。

回顾这一年,手机圈虽然没有观察到多少显著突破,但我们能看到智能手机的许多方面都在发生着量变的积累,从拍照到充电、从芯片到屏幕,每个领域都在寻求更高的性能、更好的效果和体验。

而这些量变,很可能就是某些重要质变的前奏。智能手机作为技术最密集最先进的消费电子品类,仍在持续改变我们的生活和推动上游技术产业链的突飞猛进

当三星新任移动业务主帅卢泰文第一次展示三星 S20 Ultra 的 100 倍变焦时,那种惊艳是令人过目难忘的。

取景框中的画面从遥远的岸边直接拉近到海中央的一座小岛上的一幢建筑,从茫茫人海的海滩全景拉近到一只人群中小狗的特写。

智能手机变焦能力从 2019 年的 50 倍数码变焦直接提升到了 100 倍。

还记得 2019 年华为 P30 系列发布后,“拍月亮”的话题一时间大火,华为也开始把消费者的目光引向手机的变焦拍照能力上。

手机拍照怎么样?先来拍个月亮再说!诚然,这其中有一些夸张的成分,但不可否认,手机的变焦拍照在消费者中的认知度迅速提升。

既然华为开了头,那他们肯定不能干看着三星掩盖了自己的光芒,2020 年,搭载了一枚潜望式 10 倍光学变焦镜头的华为 P40 系列发布。

发布会上,老余基本上是全程对标三星,各种 50 倍、100 倍变焦下的拍照图片频频 “吊打”三星 S20 Ultra。

并且其 10 倍光学变焦的特性也让它在 10 倍变焦下的成像质量相比数码变焦有了显著提升。

因为智能手机的镜头其实都是定焦镜头,镜片之间是相对固定的,并且由于机身厚度的限制,往往常见的光学变焦镜头只支持到 3 倍,而再高的倍数就要通过画面裁切和计算生成,也就是数码变焦。

画面裁切和通过算法计算生成的图像,其画质都会有明显的损失,毕竟原本就缺失的光线信息是很难通过后期补上的。

相反,光学变焦则基本不会有画质上的损失,成像更原本、纯粹。但如 5 倍、10 倍的光学变焦,所需要的光路比较长,由于机身厚度限制,就需要采用潜望式结构来解决,潜望式镜头也就成为了 2020 年最火的一个拍照热词。

从三星、华为开启了百倍变焦的揭幕战之后,OPPO、vivo、小米等厂商也迅速跟进,纷纷在自家的旗舰手机中搭载了潜望式镜头,最高变焦倍数也在 50 倍到 120 倍之间不等。

小米 10 系列由于发布较早,开始并没有参与高倍变焦的竞争,但今年下半年小米 10 周年发布的 “超大杯”至尊纪念版却直接将变焦倍数提升至 120 倍,一步到位,力压一众友商。

潜望式镜头真的就是变焦镜头的终极形态了吗?潜望式镜头归根结底仍然是定焦镜头,只能实现几个固定整倍数的光学变焦,例如 3 倍、5 倍、10 倍,而这些整倍数之间,仍然需要数码变焦来进行 “接力”过渡。

所以我们就会发现,当你滑动相机变焦的进度条时,在 2 倍、3 倍、5 倍、10 倍这些特定结点上,画面是最清晰的,而在这些结点之间,画面的质量就会有所损失。

不过,这个问题可能将被连续变焦镜头所解决。今年,镜头模组大厂欧菲光发布了自家的潜望式连续变焦镜头模组,据称可以通过镜片之间的移动实现真正的无损光学变焦。

显然,智能手机的变焦大战,可能会从追求变焦倍数转向追求变焦质量。

不过,如何降低连续变焦模组复杂机械结构的装配难度、增加的功耗问题、厚度问题如何解决,机身容量被占用需要做出哪些牺牲?都是厂商们必须思考的问题。

去年小米 CC9 Pro 第一次把一枚 1.08 亿像素传感器放入了智能手机里,但初次尝试的效果比较一般。

比较明显的拍照卡顿和拍摄时的高发热,都成为拦在它和消费者之间的一堵墙。

正在大家质疑是否有必要采用如此高像素传感器的时候,三星 S20 系列再次搭载了一枚自家的 1 亿像素传感器,只不过进行了升级,从 HMX 变为了 HM1。

随后小米 10 系列发布,1 亿像素依然承担了主摄的任务,不过小米 10 在拍照速度、流畅度以及发热控制上都进行了优化,改善还是比较明显的。

相比把像素做高,华为和 OPPO 采用了不同的思路:把底做大,提升单像素尺寸。华为 P40 系列使用的 IMX 700 和 OPPO Find X2 系列使用的 IMX 689 都是索尼定制的大底传感器。

在总像素不变的情况下,传感器面积越大,单像素的尺寸也就越大,感光度也会越高,对于成像质量来说,光线的摄入是非常重要的,尤其是在暗光环境下。

华为的 IMX 700 尺寸达到了 1/1.28 英寸,加上 RYYB 像素排列,让华为手机一度有了 “夜视仪”的称号。

从 2019 年开始,旗舰智能手机大战开始愈发重视拍照能力的比拼,进入 2020 年后这个特点更加明显,微博上也有许多大 V 和数码博主开始讨论手机拍照发展的方向,是不是大家有些过于看重 “数字”了?

不过目前看来,三星的确要在超高像素的道路上 “一条路走到黑”了,近期也有消息称,三星正在规划 6 亿像素传感器的研发。

像素的提升也会导致传感器面积 “被迫”提升,因此大底和超高像素并非水火不容的关系,只是相对来说在一定的像素数量下,选择了不同的侧重点。

最终拍照比拼的不是参数,而是谁拍出来的照片真正好看。

除了拍的清楚,手机拍照的另一大追求点就是拍的稳,防抖技术也就成为了各家在影像领域的关注重点之一。

目前顶级的旗舰手机都采用了支持 OIS 光学防抖的镜头模组,甚至如华为的潜望式 10 倍变焦镜头都支持双重 OIS 防抖。

光学防抖利用陀螺仪采集姿态信息,再通过马达驱动单个镜头或者整个镜组移动来进行补偿,让画面不抖。

但现在手机的 CMOS 图像传感器尺寸越来越大,镜头越来越厚重,这就导致驱动镜头模组需要更大的防抖马达,这些,对于目前寸土寸金的机身空间来说都是挑战。

并且由于模组体积和空间的限制,画面修正的幅度也就在 1° 到 2°,所以面对跑动等场景,依然会力不从心,虽然还有电子防抖的辅助,画面的 “果冻”效果还是时常出现。

今年 iPhone 12 Pro 在拍照方面的创新,就包括名为 “传感器位移防抖”的一项技术,与索尼定制的图像传感器可以在底座上平行移动来进行运动补偿。

但简单来说,苹果的思路其实就是把传统的移动镜头防抖变成了移动传感器防抖,本质上并没有变化,其优点就在于传感器比镜头要轻得多,手机可以在轻薄的体积内实现接近于传统光学防抖的效果。

说白了,这就是兼顾轻薄的同时实现光学防抖的另一种解决思路。

相比之下,vivo X50 Pro 所采用的 “微云台”解决方案实际上是更进一步的。微云台中,镜头的光轴在防抖的过程中并不会像光学防抖那样发生移动,也就不会产生 “伪像”,也不会有显著的边缘光线损耗。

而且从防抖修正范围来看,微云台的优势也很明显,vivo 自己宣称其修正范围可以达到 3° 以上。

当然,微云台也并不是没有弊端,复杂的工艺导致其模组的成本是传统光学防抖镜头模组的 2 到 3 倍,这些都需要后期的优化和调整。不过单从防抖效果来说,微云台显然是比传感器位移防抖更进一步的技术。

电量焦虑症,似乎成为了现在很多手机用户都得上的一个 “病”,而治疗方案主要有两个,要么充的快,要么容量大。

在电池材料十几年鲜有突破的当下,一味增大容量只会挤占寸土寸金的机身内部空间,因此以 OPPO、小米为代表的厂商则将突破口转向了充电速度。

去年,OPPO 的 65W 快充已经把充电时间从以前的一个多小时缩减到了半个小时,而今年 OPPO 的 125W 快充,再次把充电时间从 30 分钟缩减到 20 分钟以内。

“充电 5 分钟,通话 2 小时”曾经是 OPPO 家喻户晓的广告语,而今天已经变成了 “充电 5 分钟,游戏 2 小时”。

随着 vivo 也公布了自家的 120W 快充技术、小米 10“超大杯”祭出 120W 快充。智能手机似乎已经全面进入了百瓦快充时代。

当手机充电时间来到 10 几分钟时,其实用户的习惯就被慢慢改变了,以前需要给手机特别留出时间来充电,而现在可能只需要早晨洗漱的时间,手机就能恢复 “满血”。

在有线充电速度已经突破百瓦之后,无线充电技术也在逐渐跟上,小米前不久就展示了自家的 80W 无线快充技术,充电速度几乎与当下的百瓦快充无异。

苹果的 “祖传”18W 快充一直被许多消费者 “吐槽”,但也有人认为,苹果其实是在押宝无线充电,认为无线充电才是未来,从今年 iPhone 12 系列产品直接在机身内部就放入磁铁来用于无线充电就可以看出苹果对无线充电的重视。

但不论是苹果还是安卓厂商,他们的无线充电方案仍然需要 “线”,做不到真正的无线,也就是隔空充电。

手机还是需要放在一个充电板上进行无线充电,而充电板则连着充电线和电源适配器,即使如 iPhone 12 一样,充电板可以吸附在手机背板上,也一样避免不了这个问题。

如果无线充电仍然需要 “插着”一根线进行充电,那为什么不直接用有线呢?速度还更快。当我将这样的问题抛给 iPhone 12 用户时,他们的眼中也大多流露出 “顿悟”的神色。

OPPO 曾在今年愚人节的时候发布了一个视频,里面就展示了隔空充电的技术。诚然这只是一个愚人节的彩蛋,但我们知道,这样的技术其实已经在路上了。隔空充电,才是真正的 “无线”充电。

从 iPhone X 塑造了刘海屏这个形态后,手机厂商们和面板厂商们就开始向着提升屏占比的方向一路高歌猛进。

在发展到打孔屏之后,大家开始琢磨怎么让打孔消失,由于 5G 手机机身内部空间的金贵,升降机结构被大家逐渐抛弃,所以希望就落在了屏下摄像头上。

2019 年,小米、OPPO 等厂商就开始在微博上预热自家的屏下摄像技术,而 OPPO 还在技术大会上展示了屏下摄像头样机。今年 vivo APEX 2020 概念机也使用了屏下摄像头设计。

但经过一年多的漫长等待,中兴却半路截胡,在今年 9 月发布了全球首款商用的屏下摄像智能手机中兴 A20,其 2198 元的起售价格,也让屏下摄像技术距离消费者不再遥远。

不过,中兴 A20 的屏下摄像方案对于像素的牺牲还是比较明显的,屏下摄像区域在浅色背景下,会有肉眼可见的 “颗粒感”。

简单来说,屏下摄像技术要解决的就是在增加屏幕进光量的同时,尽量减少屏幕画质的损失,而对画质影响比较明显的,就是屏幕像素。

中兴 A20 所使用的方案,主要是通过使用透明阴极、透明阵列和特殊 OLED 材料来增加屏幕透光率,并重新规划电路,减少不透光电路的干扰。

当然,算法还是非常关键的,现在屏下摄像头拍出的画面往往给人一种 “隔层纱”的感觉,而算法就是要揭开这层面纱,让画面更加纯净、通透。

小米的方案更加侧重显示效果,简单理解,就是像素数量不变,但通过尺寸的调整增加间隙,并且让间隙 “更透明”。

不过他们是让屏下相机区域在物理像素层面保持了 “全分辨率”,但由于像素尺寸发生了变化,成像也多少会受到一定影响。

中兴 A20 虽然抢了首发,但是市场表现却平平。屏下摄像的全面铺开,还需要华米 OV 这样的头部玩家带动。

值得注意的是,目前看来,屏下摄像头的确是消除屏幕打孔的最优解,但在屏幕硬件层面面临 “鱼和熊掌不可兼得”的情况下,提升算法的优化,也是各家重点发力的方向。

真正让屏下摄像技术成熟、成本降低,需要软硬件的共同努力。

有人说手机是人类前沿科技的集合体,所以才能小小的体积卖上一个高高的价钱。的确,就拿芯片来说,目前半导体行业最高端的制程工艺,都被用来做移动端的芯片产品了。

台积电最先进的 5nm 工艺,2021 年的产能有八成都被苹果一个人拿走了,高通的 5nm SoC 也会占据剩余的大部分。华为在今年 9 月美国禁令生效之前,也是台积电 5nm 的主要客户之一。

得益于台积电 5nm 工艺的成熟和产能的提升,2020 年下半年,智能手机芯片大战开始进入 5nm 时代,苹果 A14、麒麟 9000、骁龙 888、Exynos 1080,每一个都是自家巅峰工艺的代表。

就在这指甲盖大小的表面积上,晶体管数量达到了百亿级别,华为麒麟 9000 的晶体管数量更是达到了 153 亿个,问鼎 5nm SoC,其在 GPU 部分更是 “火力全开”,集成了 24 个核心,GPU 峰值性能直接比肩 A14。

年底压轴的骁龙 888,其 26 TOPS 的 AI 算力可以说已经让智能手机成为了一个小型 AI 算力中心,成为全屋智能家居的大脑。并且其三 ISP 的设计更是让其具备了 10 亿级的像素处理能力。

去年 1 亿像素兴起,后续三星会猛砸超高像素 CIS,并且手机的多摄趋势依然火爆,足够强劲的 ISP 处理能力,势必会让其成为追求极致影像性能的手机厂商们的抢手选择。

苹果 A 系芯片在性能方面一直是处于一骑绝尘的状态,在 Geekbench 5 测试中,一众安卓 SoC 的单核成绩还在 1000 分左右徘徊时,苹果 A14 已经来到了 1400 分以上,几乎可以说是领先了几代产品的性能。

而今年苹果将这种技术实力下放到了 M1 芯片中,将芯片优势从手机扩展到笔记本。

苹果的动作,不禁让人开始思考:相比桌面端 CPU、GPU 产品的小幅提升,移动芯片的跨越式进步,是否会真正影响甚至改变传统 PC 生态?一切都充满了不确定性。

折叠屏手机的初露锋芒应该说是在 2019 年,这一年里,内折、外折、对折形式的折叠屏手机接连量产,但折叠屏手机的销量却依旧没有突破百万台。

今年三星、华为、柔宇三家折叠屏手机厂商都更新了自家的产品线。但除此之外,OPPO 在未来科技大会上展示的卷轴屏手机无疑成为了折叠屏手机圈的新面孔。

OPPO 认为,卷轴屏手机是折叠屏手机下一步的发展形态,因为传统的折叠屏手机只有两种屏幕尺寸,要么展开、要么合上,但卷轴屏则提供了 “无级调节”的选项。

不过根据实际展示来看,OPPO 的折叠屏概念机仍然只有展开和收回两种形态,并且屏幕其实并不是真正的 “卷起来了”,而是一部分屏幕围绕一个轴体弯曲后再展开藏在背部。

苹果虽然没有入局折叠屏手机,但其实他们在五六年前就开始布局折叠屏手机的相关专利,其中就有包括内折屏、外折屏、卷轴屏、环绕屏等设计,现在看来,这些专利基本上都已经被它的友商实现了。

近来也有消息称,苹果正在跟三星合作,考虑研发折叠屏手机,并且天风证券专注于苹果供应链的分析师郭明錤就表示 2022 年苹果很可能就将推出自己的第一款折叠屏手机。

看来,苹果也难逃 “真香”。除了苹果,有消息人士称,三星、小米、OPPO、vivo、谷歌都会在明年推出折叠屏手机,总共将有七款左右。可以说明年将会是折叠屏手机全面爆发的一年。

不过折叠屏手机其实在面板、转轴方面的问题已经基本解决,量产商用已经不成问题,主要的阻力在软件生态和价格方面。

目前折叠屏软件的适配仍然比较初级,并且仍然没有出现杀手级应用,大部分产品还局限于屏幕变大了,观看视频体验更好了这样初级阶段。

实际上,一些应用在单纯放大后,观感并不好,并且现在的影片和视频大部分都会采用 16:9 的比例,一般的折叠屏手机在观看时都会产生较大的黑边,如果去掉黑边,实际图像显示的大小其实差别不大。

另外折叠屏手机万元起步的高昂的售价也劝退了不少消费者,产能的提升,成本的下降仍需要不断推进。

好消息是,国内面板厂商的柔性 AMOLED 屏幕产能,在 2021 年会迎来一个释放的小高峰,国产厂商的加入,势必会改变三星一家独大的现状,也会小幅拉低折叠屏面板的价格。

这次苹果的 iPhone 12 系列在机身设计上除了采用略显 “复古”的平直金属中框,另外一大亮点就是新的屏幕玻璃材质。

苹果称其为超瓷晶面板(Ceramic Shield),主要用于屏幕的保护,并且宣称其防摔性能提升了 4 倍。

目前做智能手机屏幕面板和屏幕玻璃一般都是不同的厂商,而最知名的手机屏幕玻璃要数美国康宁,德国肖特也在玻璃工艺上有很强的竞争力。前不久康宁刚刚推出了第七代大猩猩玻璃,据称防摔性能提升到 2 米。

此次有外媒对 iPhone 12 系列做了高空坠落测试。根据实际测试来看,使用了超瓷晶面板的 iPhone 12 系列,在 3 米高空坠落测试中,屏幕玻璃并没有碎裂,而上一代 iPhone 11 系列的玻璃则全部碎裂。

苹果在其官方网站上也表示他们拥有这种特殊材料的相关专利,也就是说,苹果的手机玻璃已经做到了比肩甚至超越全球一流玻璃厂商的水平。

无独有偶,华为此次在 P40 系列的 “超大杯”P40 Pro + 中也采用了被称为纳米微晶(Nano)陶瓷材质的机身后盖,据称经过 5 天烧制形成,可以在保留陶瓷质感的同时提升背板强度。

虽然华为和苹果的这两种材料一个透明、一个不透明,一个用作屏幕玻璃,一个用作机身背板,但可以看出,头部智能手机厂商正在进一步加大对上游供应链的掌控,甚至连玻璃和陶瓷的学问,也要亲自下手了。

苹果在今年上半年发布的 iPad Pro 上首次搭载了一枚激光雷达,而这次这一技术终于如业内所预料的那样,被应用在了 iPhone 12 Pro 上。

得益于激光雷达的加入,iPhone 12 Pro 能够利用光脉冲精确测量物体与相机镜头之间的距离。使用这些数据,相机可以更精确地自动对焦,更好地区分前景和背景。

当然,激光雷达的重头戏还要看 AR,利用这些深度数据,以及来自其他相机传感器和运动传感器的附加数据,虚拟的数字图像与现实世界的交互将会更加精确和高效。

不过,目前 AR 领域比较广泛且成熟的商业应用集中于房产和电商,比如 AR 看房、AR 家居摆放,还有 AR 试装等等。激光雷达可以让空间、物体、人体的测量更准更快。

面向消费者,AR 仍然缺乏杀手级或者现象级的应用。当然,苹果采用激光雷达摄像头的更深层次意义是从应用板块切入,拓展自家的 AR 版图,算是为未来的 AR 生态搭建基础设施。

不可否认,AR 终会在不久的将来成为人机交互的重要方式,华为、OPPO 等主流手机厂商都开始在软硬件层面加强对于 AR 生态的建设,华为河图和 OPPO 的 CybeReal 都是很好的例证。

前不久小米 CEO 雷军和手机部总裁曾学忠先后在微博上发布了小米的 UWB“一指连”技术,能够实现不同设备在短距离内的高速通信。

而这种能力,就可以让小米手机更精准的感知各类智能家居硬件产品的位置,从而实现更高效的互动,比如手机指向空调,就可以马上在手机上弹出空调的控制面板。

UWB 全称 Ultra Wide Band,也就是超宽带通信,小米在手机和智能家居产品中加入 UWB 芯片和阵列天线,并结合自研算法来实现了这一技术,据称室内可以实现厘米级定位和 ±3° 的角度测量精度。

就在小米发布一指连技术的第二天,iPhone 12 系列就正式发布了,并且发布会上,苹果也重点介绍了名为 5G Ultra Wideband 的技术,但重点却并不在定位。

其实 iPhone 11 中就有 UWB 芯片,而三星也在 2019 年就在旗舰手机中搭载了这类芯片。

苹果那款一直停留在 “传说中的产品”AirTag,据称就会利用 UWB 芯片,实现 iPhone 和其他苹果智能硬件产品之间的高速互联,还有厘米级的室内定位。

不过今年发布的 iPhone 12 中所提到的 UWB 技术,主要还是指在通信领域的应用,因为美国 5G 开放了毫米波,而毫米波就是大带宽,上行下行速率都很高,称之为 “超宽带”也有一定道理。

但是不可否认,随着苹果、三星、华为、小米、OPPO、vivo 等主流智能手机厂商都在加码建设自家的 IoT 产品生态,手机与智能硬件产品之间的高速互联也必将成为每家都要解决的问题。

有业内人士认为,在五到十年内,智能手机仍然会是整个 IoT 生态中的核心中枢。

对于机圈来说,2020 年的主题或许是求生存,有业内人士告诉智东西,其实艰难时刻拼的更多是平时的积累,比如坚实的渠道,殷实的家底,还有营销要打到位。

不论是苹果的降价、华为和荣耀的 “分家”、小米猛打高端旗帜,都证明 “能赚到钱”终究是企业避不开的核心目标之一。

这可能也是许多消费者感叹新产品缺乏创新的一个原因,各家嘴上都在喊要狠抓技术,但有人认为,往往就是自身最缺乏的东西,才需要通过放大声量来 “壮胆”。

当然,我们也要看到智能手机行业的每一个玩家都在努力寻找新的突破点,不论是上游材料、中游零部件还是下游终端。而手机玩家对于技术的把控力也越来越强,甚至不断向上游拓展自己的生态版图。

一部小小的手机,可以说是全球各个行业领域的尖端技术的集合体,而明年它将会给我们带来怎样的惊喜,疫情是否会在 2021 年给机圈带来新的挑战,都充满了不确定性。