摘要： 手機芯片作為半導體行業(yè)最為活躍的市場應(yīng)用之一，其發(fā)展趨勢一直備受矚目。本文從讀者調(diào)查入手，通過與多家業(yè)內(nèi)領(lǐng)先公司的探討，共同分析手機芯片未來的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：手機芯片；應(yīng)用處理器；電源管理；低功耗；無線芯片

　　如果只讓人隨身攜帶一款電子產(chǎn)品，絕大多數(shù)人的選擇肯定是手機。作為芯片領(lǐng)域最為活躍的應(yīng)用領(lǐng)域，以手機芯片為主的無線芯片市場是IC設(shè)計競爭最為激烈的領(lǐng)域。隨著手機的普及和現(xiàn)有手機用戶對手機功能更新的需求，手機市場規(guī)模超過10億部/年。特別是2G到3G的主要過渡期內(nèi)，因網(wǎng)絡(luò)升級而產(chǎn)生的手機更新需求將在15億部以上。iSuppli統(tǒng)計表示，全球手機相關(guān)半導體產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模2006年已達到386億美元，到2011年將增加為480億美元。圖1列出了2002~2008年世界和中國手機市場的發(fā)展統(tǒng)計。

圖1  2002-2008年世界和中國手機市場的發(fā)展統(tǒng)計

　　2008年上半年，《電子產(chǎn)品世界》手機開發(fā)技術(shù)調(diào)查結(jié)果顯示，手機芯片組、多媒體器件和電源管理是讀者最關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注度均達35%以上，功能創(chuàng)新(64.4%)和成本降低(44.7%)則成為讀者關(guān)心的發(fā)展方向。而42.3%的受訪者認為芯片產(chǎn)品性價比的進一步提高是今后的主要發(fā)展要求，也有部分受訪者認為能夠為芯片產(chǎn)品提供完整的解決方案或進一步降低功耗才是發(fā)展的主要要求(如圖2)。

圖2 受訪讀者對芯片產(chǎn)品的主要發(fā)展要求

新時期對手機芯片的新需求

　　手機芯片的技術(shù)發(fā)展離不開市場需求的驅(qū)動，追求更多功能、更小體積和更低成本等要求成為手機芯片技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。根據(jù)通信運營網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，2G/3G多模融合是當前的主導，當然，3G、LTE甚至4G則是未來手機發(fā)展的主要方向。相比較2G而言，由于3G網(wǎng)絡(luò)能夠提供更大的傳輸速度，使消費者得以擁有更流暢完整的用戶經(jīng)驗，包括在線游戲、視頻電話，移動電視等方面，除了手機的運算能力以外，手機服務(wù)內(nèi)容供應(yīng)商所能提供的服務(wù)內(nèi)容將會3G發(fā)展的重要推力之一。

　　展訊通信有限公司副總裁曹強博士認為應(yīng)用決定了3G手機與2G手機芯片的不同需求：從芯片技術(shù)來看，半導體的發(fā)展趨勢是更快(速度快)、更低(功耗低)、更小(面積小)，作為消費時尚前沿的手機必然選擇最先進的工藝。3G的應(yīng)用將使手機芯片追求更快的數(shù)據(jù)處理速度，以實現(xiàn)手機多種功能，以及更高的頻率以實現(xiàn)手機對各種應(yīng)用的整合。除此之外，3G應(yīng)用還會拉動手機基礎(chǔ)芯片的升級，比如：電源管理、存儲器等。由于3G用戶會長時間用手機獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這將促使芯片廠商采用更加先進的電源管理技術(shù)以滿足越來越高的功耗需求，同時，也要求基帶、射頻等芯片的功耗更低。在存儲器方面，信息量的增加和操作系統(tǒng)的復雜更是加大了對存儲空間的需求。 

　　NXP手機及個人移動通信事業(yè)部業(yè)務(wù)開發(fā)與策略合作總監(jiān)Michel Windal補充指出，消費者已經(jīng)習慣了2G手機在待機時間和通話/運行時間上的高性能表現(xiàn)，這是我們目前面臨的主要挑戰(zhàn)。3G手機要求更高級的計算算法，但是這些性能在第一代3G手機中都被弱化了，消費者也因此對3G手機感到失望。電池和電源管理技術(shù)的發(fā)展速度遠遠跟不上對3G手機性能要求的飛速提高。這也是導致3G手機銷售未能達到預期效果的根本原因之一。通過大規(guī)模功能集成與內(nèi)置電源管理技術(shù)的結(jié)合過渡到深亞微米CMOS(45納米及更高工藝)技術(shù)，這一問題有望得以解決。
　　
　　拓展媒體處理能力是重點
　　無論是基帶處理器還是應(yīng)用處理器，集成化是發(fā)展的必然趨勢。Michel Windal認為當前基帶處理器競爭的激烈性在于，RF CMOS將主導這些先進技術(shù)，主動集成GSM、GPRS、EDGE、UMTS、HSDPA及HSUPA等多模調(diào)制解調(diào)器，并通過控制功耗和EMI，集成高性能多媒體功能、藍牙和WiFi等多種連接功能，以及FM收音機和GPS等廣播功能?；鶐У募蓱?zhàn)略同樣在應(yīng)用(多媒體)處理器中得到部署。即使是高端的功能手機(feature phone)，最初通常采用單獨的應(yīng)用處理器，為將這些功能豐富的手機帶入產(chǎn)量巨大的中端市場，必須在基帶架構(gòu)中集成應(yīng)用處理器。這樣也可優(yōu)化性能與功耗需求。由大規(guī)模集成這些融合器件所帶來的挑戰(zhàn)，正迫使芯片制造商們積極主動地采用最先進的深亞微米CMOS(45納米及以上工藝)技術(shù)。它實現(xiàn)了多種功能的全球系統(tǒng)集成：基帶功能(數(shù)字和模擬)、收發(fā)器功能、應(yīng)用處理器功能以及電源管理功能。

　　手機多媒體是2G/3G時代最重要應(yīng)用，強大的多媒體處理功能將會是手機消費者的基本需求之一，3G手機、智能手機所具有的各種多媒體功能，視頻下載、在線娛樂、數(shù)據(jù)共享、視頻電話等對手機芯片提出了更高的要求，導致市場對GPS、圖像處理、手機電視、音視頻處理等功能芯片的需求大增。

　　多媒體應(yīng)用芯片的研發(fā)，已成為3G手機產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)和競爭制勝的利器。芯片的高數(shù)據(jù)處理速度為在終端中實現(xiàn)多媒體應(yīng)用創(chuàng)造了硬件條件，同時也能把更多先進電子設(shè)備功能融合于無線終端中。數(shù)據(jù)與內(nèi)容是3G持續(xù)不斷的推動力，核心技術(shù)則是支持應(yīng)用的一個平臺，而給3G應(yīng)用提供核心技術(shù)支持的多媒體芯片就承擔起實現(xiàn)3G應(yīng)用的重任，也給芯片制造帶來不可限量的發(fā)展前景和機會。同時，針對需要音頻、視頻質(zhì)量，整個技術(shù)結(jié)構(gòu)都將需要得到不斷提升的市場需求，手機芯片領(lǐng)域也迎來了重新洗牌的機會。因此，TI認為要想在手機芯片產(chǎn)業(yè)目前和未來的競爭中占據(jù)有利位置，手機芯片多媒體功能必將成為目前手機芯片市場角逐的重點。對于芯片廠商而言，多媒體應(yīng)用處理器的處理能力以及其所能達到的效能將愈來愈重要。

　　對應(yīng)用處理器而言，最關(guān)鍵的要求是以極低的功耗實現(xiàn)高質(zhì)量的多媒體功能。為此，博通公司設(shè)計出一種專業(yè)的Videocore的并行處理架構(gòu)，它為實現(xiàn)極低功耗而進行了優(yōu)化，并且使博通公司獲得了支持各種標準的或?qū)Ｓ械木幗獯a方案的靈活性，它可以與博通公司自己的或它的任何一個競爭對手的一個應(yīng)用處理器連接。VideoCore III (BCM2727)多媒體處理器不僅為移動手機及高級媒體播放器提供高質(zhì)量的多媒體功能，而且獲得很長的電池工作時間，而且能夠支持高清晰度攝錄機和視頻播放，高達1200萬像素且擁有高級圖像信號處理技術(shù)的專業(yè)相機，用于先進用戶界面的高性能3D技術(shù)，導航顯示以及移動游戲，如圖3。

圖3 BCM2727功能方框圖

　　尋找功耗與性能的平衡點
　　隨著手機功能的日趨強大，更多的耗電量成為手機發(fā)展的瓶頸，如何加強手機功能而不以犧牲功耗為前提，成為產(chǎn)業(yè)面臨的主要問題。這就意味著手機在對性能要求更為嚴格的同時，對功耗要求也更為苛刻，在手機芯片開發(fā)中需要對兩者進行平衡。相關(guān)的調(diào)查研究顯示不同的市場對這兩方面的要求是有差別的，比如高端市場對性能要求非常高，功耗要求相對弱一些；而低端市場對功耗要求比較高，性能要求相對較弱。

　　NXP公司認為，尋找平衡點的訣竅就在于如何優(yōu)化各個高功耗子系統(tǒng)的架構(gòu)：運用最先進的技術(shù)來降低電源電壓，因為電量是根據(jù)電源電壓水平的平方值進行等比例分配的；硬接線功能集成的耗電量通常要比基于軟件的部署少；在單一芯片上保留總線集約型作業(yè)。連接外部存儲器比連接芯片上的本地存儲器的功耗大；通過大規(guī)模功能集成減少元件數(shù)量。芯片內(nèi)部互連比芯片間互聯(lián)的耗電低；為實現(xiàn)特定功能對性能的要求，可采用動態(tài)調(diào)整時鐘速度或電源電壓的電源管理技術(shù)。