手機裡有哪些半導體？主要晶片與各自的功能

生活中的例子：手機一天裡的工作

早上讀訊息，在車站把手機靠近閘門感應進站。中午拍照，一邊看地圖一邊走路。晚上接上充電器。在每一個場景裡，都有不同的半導體晶片在工作。

例如，把手機橫過來，畫面就會跟著轉，這要歸功於感測傾斜的感測器晶片。這篇文章就像在1支手機裡走一圈，依序介紹主要的晶片。

手機裡的「地圖」

手機裡有一塊板子，用來放置零件，並用細細的線路把它們連起來。這塊板子稱為電路板。黑色方形的晶片，大多排列在這塊電路板上。螢幕、相機和電池，是和電路板分開的零件，用薄薄的排線連接。

下面的圖，是把主要晶片依工作分類排列的示意圖。實際的配置、大小和數量，每個機型都完全不同。

運算的中心：SoC裡有什麼？

電路板的中心，有一顆負責運算的大晶片。裡面除了CPU，還把好幾種電路做在同1顆晶片上。像這樣把裝置的主要功能整合在1顆晶片上的晶片，稱為SoC（系統單晶片）。晶片本身的原理，在「積體電路（IC）是什麼？」中說明。

SoC裡主要的電路如下。

• CPU：一個一個執行App指令的部分（「CPU是什麼？」）。執行指令的一整組電路，稱為「核心」。
• GPU：繪製畫面上影像的電路。擅長同時進行大量相同的計算。
• NPU（神經網路處理單元）：適合AI計算的電路。像是辨識照片裡拍到的物體這類處理，可以用很少的電力完成。
• ISP（影像訊號處理器）：把相機感測器送來的一連串數字，處理成照片的電路。
• 數據機：在手機電波傳送的訊號，和由0與1組成的資料之間轉換的部分（後面說明）。

哪些電路要放進SoC，依廠商和機型而不同。例如高通（Qualcomm）的SoC「Snapdragon 8 Gen 3」（2023年發表）內建數據機。另一方面，根據拆解調查，2024年上市的iPhone 16 Pro，數據機是高通製造的另一顆晶片。

iPhone 16 Pro的SoC是「A18 Pro」。根據Apple的規格，CPU是6核心（2個高效能核心和4個節能核心）。製造技術的世代，Apple說是「第二代3奈米」。

記憶體和儲存空間：工作的地方和收納的地方

手機也有放置工作中資料的記憶體，和收納照片、App的儲存空間。兩者的差異，在「記憶體和儲存空間有什麼不同？」中說明。這裡只看手機特有的地方。

手機的記憶體，使用經過省電設計的工作用記憶體（DRAM）。這種規格稱為LPDDR，LP是「Low Power（低功耗）」的縮寫。iPhone 16 Pro的拆解調查中，找到的是美光（Micron）製造、容量8 GB的產品。

iPhone 16 Pro把這顆記憶體疊在SoC的正上方。晶片之間越近，交換資料就越快，也越省電。還能節省電路板的面積。

儲存空間使用關掉電源資料也不會消失的快閃記憶體晶片。手機用的代表性規格是「UFS」，由業界組織JEDEC制定。

處理電波的晶片：從數據機到天線

通話和行動上網的資料，是透過電波和電信業者的基地台交換的。基地台是設在大樓屋頂等處的天線設備。在手機裡，資料要經過好幾顆晶片，才會變成電波。

第一段，是把0和1的資料，轉換成可以搭上電波的訊號形式的電路。接收時則相反，從訊號中取出資料。這個電路稱為數據機，也稱為基頻。把資料轉換成波的形狀的概念，在「Wi-Fi是怎麼運作的？」中也有說明。

下一段，是把訊號移到實際發射的電波高低的電路。電波的高低，用波在1秒內振動的次數表示，這稱為頻率。手機的電波，主要是1秒振動數億次到數十億次。轉移頻率的電路，稱為收發器。

天線的前方，集中了直接處理電波的零件。有增強發送電波的放大器、去除不需要頻率的濾波器、切換使用路徑的開關等。這些合稱為「射頻前端」（RF front end）。RF是無線使用的頻率（Radio Frequency）的縮寫。

增強發送電波的放大器（功率放大器），多半不是用矽，而是用砷化鎵這種材料做的晶片。因為它在高頻率下，比較容易有效率地輸出大功率（根據2026年國際學會IMS的論文摘要）。接收端則相反，由放大器把非常微弱的電波，在盡量不增加雜訊的情況下放大。

為什麼需要很多濾波器

手機使用的頻率範圍，依國家、電信業者，以及4G、5G等世代而定。其中的每一個範圍，稱為「頻段」。為了在國外也能使用，1支手機要支援很多頻段。iPhone 16 Pro的規格表上，4G和5G列了數十個頻段。

濾波器是只讓特定範圍的頻率通過、擋下其他頻率的零件。頻段不同，需要的濾波器也不同。有些頻段發送和接收使用不同的頻率，還需要能同時把兩者分開的一組濾波器。根據2017年的論文（Mahon），當時先進的手機裡，有超過60個濾波器。

手機的濾波器，多半會先把電的訊號轉成非常微小的振動，再加以篩選。使用的是一加電壓就會稍微伸縮的材料，這種性質稱為「壓電」。濾波器的形狀，做成只有特定頻率的振動容易傳遞，所以其他頻率不容易通過。

振動沿著材料表面傳遞的方式，稱為SAW（表面聲波）濾波器。大致的參考是，用在2 GHz（1秒振動20億次）左右以下。

另一種方式，是讓薄膜沿厚度方向振動，稱為BAW（體聲波）濾波器。這種較適合更高的頻率。兩者分工的界線，依資料而有差異，大約在1.5～2.5 GHz。

Wi-Fi、藍牙、定位

家裡的Wi-Fi和無線耳機的藍牙，使用和手機通訊不同的頻率與方式。這些多半由數據機以外的晶片負責。兩者的使用場合，在「Wi-Fi、藍牙與LPWA的差異」中整理成表格。地圖App能知道目前位置，也是因為有接收GPS等人造衛星電波的電路。

整理電源的晶片：PMIC和充電

SoC裡的電路，用1伏特左右或更低的電壓運作。電池的電壓比這高，而且會隨剩餘電量改變。其他晶片也各自需要不同的電壓。而且，即使CPU突然變忙，電壓也不能大幅晃動。

從電池分別產生這些電壓的，是PMIC（電源管理IC）。它把好幾個改變電壓的電路整合在1顆晶片上，也管理什麼時候把電送給哪個電路。改變電壓的主要方法，是非常快速地開關電流，來調整平均電壓。這就是「功率半導體是什麼？」中說明的原理，縮小成適合小電力的版本。

也有管理電池充電的晶片。根據Texas Instruments的說明，鋰離子電池一開始以固定的電流充電。接近充滿時，就維持電壓固定，同時逐漸減少電流。

螢幕、相機、聲音的晶片

螢幕以很短的間隔，重新繪製許多小點（像素）的亮度。iPhone 16 Pro的螢幕約有316萬個像素。根據Apple的規格，最多1秒重新繪製120次。送出「哪個像素要亮多少」訊號的，是顯示驅動IC。

手指碰到螢幕時，布滿螢幕的細電極之間，累積電的方式會稍微改變。從這個變化算出手指位置的，是稱為觸控控制器的晶片。

相機裡，把光變成電的影像感測器，會為每個像素產生數字（「影像感測器是什麼？」）。SoC裡的ISP，會計算顏色、減少雜點，把這些數字處理成照片。

聲音方面，有電路把麥克風收到的聲音電波形轉成0和1的數字，也把音樂的數字轉回電波形。這個電路稱為音訊編解碼器。要讓喇叭發出聲音，還要再用放大器增強電波形。

感測動作的感測器：MEMS

畫面方向的切換、計步器、防手震，都會用到測量手機傾斜和動作的感測器。裡面有用半導體製造技術做出來的、非常小的「會動的零件」。像這樣不只有電路、連機械零件都做進去的元件，稱為MEMS（微機電系統）。

加速度感測器裡，有一個用彈簧支撐的小質量塊。手機一動，質量塊會想留在原地，因此稍微偏移。一偏移，它和旁邊電極的間隙就會改變，累積電的方式也跟著改變。測量這個變化，就能知道動作（根據Analog Devices的資料）。重力也會拉質量塊，所以即使靜止不動，也知道哪一邊是下方。

陀螺儀是測量旋轉快慢的感測器。它讓質量塊保持振動，再測量旋轉時質量塊被往側面推的力。

靠近就能付款：NFC和安全元件

在車站閘門或商店把手機靠近就能付款，是因為有在幾公分近距離通訊的近場通訊（NFC）晶片。根據NFC Forum，NFC使用13.56 MHz的頻率。日本的交通IC卡等使用的FeliCa，也是相同的頻率。

卡號這類重要資訊，會存放在和一般App執行的地方分開、防護嚴密的晶片裡。這顆晶片稱為安全元件。根據Apple的資料，Apple Pay的卡片資訊經過加密，存放在安全元件中。商店的讀取機透過NFC晶片，直接和安全元件交換資料。

實際機型：iPhone 16 Pro（2024年）的例子

下表根據維修資訊網站iFixit和調查公司TechInsights拆解調查的結果整理，並不是Apple公布的零件表。

表中的晶片，是在拆解的那一台裡找到的。即使是同一機型，也可能因生產時期等因素，使用不同公司的零件。辨識結果也包含推測，像記憶體的世代這類地方，各資料的寫法也不同。

為什麼不整合成1顆晶片？

手機的全部功能，沒辦法做成1顆晶片。增強電波的放大器用砷化鎵，濾波器用壓電材料，都是和矽不同的材料。測量動作的感測器，則需要製作會動零件的特殊製程。

常見的誤解

從數字來看

190億個電晶體，如果1秒數1個，大約要花600年。不過，電晶體的數量和核心數一樣，並不是單獨就能代表性能的數字。

進一步學習

• 用表格看差異：CPU、GPU、NPU的差異、DDR、LPDDR、GDDR、HBM的差異、ASIC、FPGA、SoC的差異、LDO與切換式穩壓器的差異、電容式與壓阻式MEMS感測器的差異
• 下一步的用語：DVFS（依工作量改變電壓和速度）、DC-DC轉換器、HBT（電波放大器用的電晶體）
• 用數字試試看：dBm換算工具（電波強度的單位）、DC-DC轉換器計算工具
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