硬件方面，智能手机的革新离不开三大硬件的底层支持：片上系统（SoC）、 多点触摸屏和大容量锂电池，同时高分辨率摄像头等硬件进步也极大丰富了智能手机的应 用场景。片上系统（SoC）的发展全面提升了智能手机在图形、视频及 3D 处理能力方面 的提升；多点触摸屏则取代了键盘开启全新的交互方式；大容量锂电池替代了前几代电池 成为智能手机标配，大幅提升续航时间。同时，高分辨率摄像头的加入极大丰富了智能手 机的应用场景。

1. 片上系统（SoC）。 片上系统（SoC）高度集成，融合多项核心于一体。SoC 的概念出现在上世纪 90 年 代。SoC 全称为“System on Chip”，即片上系统，是集成于单个芯片上的完整的处理系 统。智能手机极致地追求轻、薄、短、小，一般把尽可能多的外围接口电路和中央处理器 集成在一颗芯片中。SoC 上集成了 CPU、GPU、SP、ISP、RAM 运行内存、Wi-Fi 控制器、基带芯片以及音频芯片等部件。其中，最核心的部分包括中央处理器（CPU）、图形 处理单元（GPU）和 RAM：CPU 影响手机性能和应用，GPU 处理与图形有关的任务，例 如可视化应用程序的用户界面和 2D/3D 游戏，RAM 内存决定了手机处理多任务的能力。 高度集成化的 SoC 不仅节约空间，还能减低能耗和成本。

资料来源：AndroidAuthority

智能手机的发展对 SoC 提出更高的要求。智能手机功能强大，不仅是一部手机，更是装在口袋里智能终端，各项功能的实现都需要强大的 SoC 支持。以 iPhone 为例，初代 的 iPhone 3G 用的是三星的 SOC 处理器，S5L8900，采用 90nm 工艺制造，主频在 412 －620Mhz，内部采用 ARM11，并集成一个 GPU，PowerVRMBX-lite。随着 iPhone 的逐 步升级，功能越来越强大，苹果也走上自研处理器的道路，推出了自己的 A 系列芯片。目 前，市面上主要的 SoC 厂商包括苹果、三星、高通、华为、联发科等等。SoC 的不断迭 代也引领着智能手机的进步。 1）1958 年，德州仪器发明了全球第一块集成电路； 2）1968 年，Intel 成立，3 年后推出第一颗微处理器（CPU）i4004，并首次应用在 日本 Busicom 公司生产的计算器 141-PF 上； 3）1982 年，德州仪器发布了全球第一个数字信号处理器 DSP； 4）2002 年，intel 推出基于 ARM 指令集的手机芯片 PXA210； 5）2005 年，高通发布了首个自主构架 CPU“Scorpion”，次年首个 SoC 发布； 6）2007 年，高通推出第一代骁龙系列 SoC QSD8250，采用 65nm 制程工艺，集成 Adreno200 GPU，搭载机型多达 30 余款。

资料来源：驱动之家

2. 多点触摸屏。 多点触摸屏在 iPhone 之后成为智能手机的标配。iPhone 作为智能手机的样本，其令 人耳目一新的主要特点之一就是采用多点手指触控屏，淘汰了以前手机翻盖、滑盖的复杂 结构和触控笔，极大改善用户体验。从此之后，智能手机都以平板显示+手指多点触控屏 的面貌出现。 1）美国马文镇皇家雷达研究所的 E.A. Johnson 第一个提出触摸屏概念，并试制出第 一块电容式触摸屏； 2）1971 年，美国发明家塞缪尔.赫斯特（Samuel Hurst）发明了电阻式触控屏； 3）1993 年，美国 IBM 推出全球第一款触屏手机——IBM Simon，它被公认为世界上 第一部触屏智能手机。同年，苹果公司也推出可触屏的 Newton 掌上电脑； 4）1998 年，美国 AuthenTec 公司成立，它是苹果智能手机创新功能的支持者。 AuthenTec 是全球感应性指纹识别传感器最大供应商，也是苹果 iPhone 手机上的 Touch ID 的缔造者

资料来源：LED-大屏网

资料来源：LED-大屏网

3. 大容量电池。 大容量电池是智能手机功能释放的保障。强大 SoC 和多点触摸屏的应用在实现智能 手机性能释放的同时，也带来了能耗的提升，屏幕背光和 SoC 占据了手机能耗的大部分。 性能提升的背后也离不开电池技术发展的支持，智能手机发展的历史也是电池技术的进步 史。2010 年发布的 iPhone 4 电池使用了锂电池，电池容量为 1420 毫安。2021 年最新发 布的 iPhone13 容量已经达到 3227 毫安。电池技术的进步保障了智能手机的有效续航和功能释放。

资料来源：IT 之家，中信证券研究部绘制

第一代手机电池：镍镉电池。1899 年，瑞典科学家琼格纳（Waldemar Jungner）发 明出镍镉电池，这也是第一代手机电池。它容量较低，有记忆效应，需要经常放电来维持 容量，并且制造材料存在环境污染，目前这种电池已基本淘汰。1983 年，世界上第一款 真正意义的手机摩托罗拉 DynaTAC 8000X 上市，使用的就是镍镉电池。

第二代手机电池：镍氢电池。替代镍镉电池的是镍氢电池。1990 年，镍氢电池开始 商用。镍氢电池容量较高，无记忆效应，制造材料对环境污染很少。镍氢电池是由氢离子和金属镍合成，正极为镍，负极为氢，电量储备比镍镉电池多 30%，比镍镉电池更轻，使 用寿命也更长。1996 年，摩托罗拉 StarTAC 使用了氢电池，体积大幅减小，一只手便可 轻松握持

资料来源：中关村在线

资料来源：中关村在线

第三代手机电池：锂离子电池。手机电池的发展潮流是锂离子电池，也是目前智能手 机上最常用的。1970 年，日本松下公司发明了第一个真正意义上商业化的锂电池，锂氟 化碳电池。1975 年，日本三洋公司发明了锂锰电池，并将其用在可充电太阳能计算器。 1992 年，索尼公司发布首个商用锂离子电池。90 年代末，诺基亚推出 5110 手机，搭载 的锂离子电池容量 1250 毫安，一大卖点就是超长续航。锂离子电池革新了消费电子产品 的面貌，并一直沿用至今。锂离子电池是目前性能最好的电池。与同样大小的镍镉电池、 镍氢电池相比，电量储备最大，重量最轻、寿命最长、充电时间最短，无记忆效应，环保 无污染。

4. 高分辨率摄像头。 回顾全球手机摄像头的发展史，可分为五个阶段：1）技术实现：世界上第一款拍照 手机是夏普在 2000 年推出的 J-SH04，摄像头只有 11 万像素，并在 2003 年夏普推出了 首款百万级像素手机（J-SH53），以及 2004 年推出支持光学变焦手机（V602SH）。2）需 求初现：到 2006 年，手机拍照逐步普及。三星将摄像头再次升级，推出了千万级像素的 B600，拥有 3 倍光学变焦和 5 倍数码变焦功能，具备闪光灯、自动对焦等附加功能。3） 竞争加剧：2010-2013 年各大厂商之间的战火最为火热，竞争主流在于摄像头像素的提升， 最代表性的机型是 2012 年诺基亚推的 808 PureView，搭载 4100 万像素传感器与蔡司镜 头，开启了智能手机影像全新时代。4）多摄时代：由于手机摄像头尺寸限制，单纯提高 像素已不足够，技术需求转向传感器的“成像质量+大像素”，iPhone 7 的双摄像头设计正 式把手机带入多摄时代。5）算法时代：在成像优化上，苹果公司为行业指明了方向—— 算法优化，2017 年 iPhone X 发布，搭载的 A11 仿生芯片令其能够率先实现了光照环境侦测等一系列拍照算法。

从此手机摄影能力在多摄像头与算法的双重加持下不断突飞猛进。多摄像头让各个镜 头各司其职，广角、长焦、微距都分属不同的摄像头，色彩和明度信息也由不同的摄像头进行采集。而除了多摄像头之外，更多的手机厂商选择了使用算法优化来对照片进行调整， 以期待能够抓住更多消费者的眼球。通过算法修改照片的影调，即通过人工智能识别拍照 的场景，来自动调整诸如对比度、白平衡等参数，使得输出的照片更讨人眼球或更符合需 要的场景。

资料来源：太平洋电脑网，苹果官网，小米官网，华为官网，中信证券研究部

回看 iPhone 的发展历程，其带动了“单摄-多摄-算法优化”三大阶段：1）2007 年， 苹果发布第一代 iPhone，搭载 200 万像素的单摄像头，当时手机市场还是诺基亚主导， 但其 2008 年推出的爆款机型 E71 搭载的摄像头也仅为 320 万像素，iPhone 当时摄像头 头配置并不落后。2）2016 年，iPhone 7 Plus 上首次搭载了双摄像头，后置双镜分别为广 角镜头（f/1.8）与长焦镜头（f/2.8），手机行业进入多摄时代。3）2017 年 iPhone X 面世， 与其他选择继续进行像素比拼的手机厂商不同，苹果选择从拍摄算法上提升摄影水平，到 如今 iPhone 13 Pro Max 搭载的依然是 1200 万像素的广角镜头、超广角镜头与长焦镜头。

资料来源：太平洋电脑网，苹果官网，中信证券研究部

　　来源：科技行业元宇宙深度报告：元宇宙，引领未来20年科技发展浪潮-中信证券