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移動芯片變革趨勢及設計注意事項

發布時間 : 2017-11-15 08:57|浏覽次數 : 288

據估計, 現在在我們這個星球上充滿了數以十億計的從智能手機到其它“便攜式”通信移動設備,而且這個數量在未來只會增加不會減少。現在的消費者,很難想象以前整天都不能使用移動設備的日子。無論是向同事發送郵件,獲得餐館路線導航,觀看緊急新聞播報,還是第一次體驗因特網,毫無異義,移動設備都是與外界溝通最重要的連接點之一。而這些移動伴侶中的芯片則發揮著媒介作用,可構建能夠充分滿足消費者獨特需求的個人體驗。

由于出現了如此規模有待開拓的市場,設備制造商不斷尋找能夠以合理價格爲目標市場提供新一代“殺手”級設備的半導體解決方案。供應商使用能夠充分滿足消費者對處理、功耗以及連接等設備期望的芯片積極響應這一需求。移動設備的電路板上密布著這些微小的奇迹,它們是消費者心儀設備中的大腦,每個芯片的設計都具有獨特目的。下文將介紹使移動設備各部分協調工作的某些組件,以及推動當前及未來移動芯片設計發展的幾大趨勢。

趨勢一:采用分立式處理器實現真正的差異化

在移動市場上沒有“一體化”解決方案,每個用戶都希望獲得可滿足其個人需求的設備。真正的移動設備差異化取決于運行在應用處理器上的軟件,其可定義最終産品。應用處理器與調制解調器可密切配合,共同實現精彩的用戶體驗、功能與應用。調制解調器可從天線接收信號或數據,將數據轉換成可用的格式,然後發送至應用處理器。應用處理器有助于實現最終用戶體驗,將調制解調器數據用作實現諸如高清 1080p 視頻解碼、用戶界面圖形渲染以及堪比PC的因特網浏覽等各種體驗所需的數據。調制解調器與應用處理器分別處于不同芯片上的分立式應用處理器解決方案可幫助移動設備制造商快速高效地擴展軟件,實現可充分滿足各種市場需要的獨特功能。相比之下,將調制解調器與應用處理器整合在統一封裝中的集成解決方案往往需要在創新和上市時間方面做出妥協和犧牲。

將調制解調器和應用處理器功能分開的原因有很多,包括各代調制解調器與應用處理器之間的技術發展速度與上市進程。由于處理器設計與移動設備PCB設計已變得更加便捷,目前分立式應用處理器的上市時間比集成調制解調器/應用處理器設計方案的上市時間要快6至12個月。實際上,與集成解決方案相比,獨立“瘦調制解調器”可以更加便捷的加速創新産品上市進程。此外,由于創新的速度之間也存在著巨大差異,故使用獨立解決方案能夠更高效地在不同版本之間轉換。

除了時間上的差異外,分立式應用處理器還具有開發與設計方面的優勢。例如,分立式處理器可實現開源社區,爲設備制造商帶來協作軟件開發的優勢。此外,它們還可進一步改進語音路徑,實現最新特性與更高的語音質量。

趨勢二:高級處理器功能,最新現實

應用處理器既可確保眼下更快、更具創新性的設計,又能支持未來的擴展投資。此外,它們還代表著整個移動産品領域的重要發展趨勢:讓每款産品都成爲低功耗與高性能的完美結合,而不是舍此逐彼。簡而言之,移動設備如果電池容易耗盡,重量/尺寸與電池尺寸存在嚴重沖突,就不是好産品。同樣,産品差異化要求在産品系列中預留充足的性能空間。將分立式應用處理器用作設計核心,制造商可高度靈活地滿足各類産品的功耗與性能需求。

功耗與性能的最佳平衡不斷掀起便攜式體驗的變革,而新一代應用處理器將很快實現諸如非接觸手勢、3D高清視頻以及影像等特性。人機互動(HDI) 帶來的全新移動操作還將徹底改變消費者與設備以及與外部世界的連接方式。HDI是一系列能夠以自然直觀的方式改進人與移動設備互動途徑的技術。比如,標准2D攝像機將跟蹤和識別設備上的身體動作與手勢,通過手勢將觸摸指令轉換爲非接觸互動。

憑借強大的處理能力,立體視頻與影像的增強功能還將改變我們采集和觀賞內容的方式。日常2D影像將轉換爲互動3D高清記憶。通過將移動內容投影在任何平面之上,信息共享將從一對一體驗轉變爲一對多體驗,而傳統電話將通過面部、標識以及物體識別轉變成爲數據中心。未來的應用處理器能夠將這些功能從單純的設計構想轉換成爲真實體驗,改變用戶“移動”生活的方式。

趨勢三:整合連接技術可實現對外界的強大連接性能

與消費者所要求的低功耗、高性能類似,移動設備的連接功能也正在成爲熱點。藍牙 (Bluetooth)、GPS、FM無線電以及移動無線局域網技術可提供更豐富的信息以及更廣泛的連接,從而提高移動設備的實用性。與應用處理器一樣,這些連接技術必須在不縮短電池使用壽命,降低蜂窩服務質量或不降低性能的同時,以合理的價格提供穩健的功能。

但是在移動世界的另一方面,連接技術的分立式方法不能與分立式應用處理器的分立式方法相提並論。實際上,將一項或多項移動無線電技術集成在統一芯片上的整合連接解決方案可在滿足消費者和制造商需求方面繼續體現其價值。多無線電整合解決方案不但可節省空間,最大限度地降低功耗,而且還可精簡手機的材料清單,從而可節省系統成本,簡化制造工藝。當前的整合解決方案可實現優異的連接性能,而新一代芯片可將多達4項技術融合在統一裸片上,進一步提高功能性。采用多個連接點,多任務處理,共享與整體通信都可達到全新高度。

在整合解決方案的設計中,還使用到各種功耗降低特性,包括提供通信流管理的完整處理器,能夠根據相應連接技術處理整個通信負載。除了在需要與較大型系統通信時,這些器件可在無需主機處理器幹預的情況下工作。因此,在整合解決方案處理通信任務時,手機主機處理器及其它功能可進入低功耗模式,從而可節省電源,延長兩次充電之間的電池使用壽命。

雖然整合解決方案有極高的價值,但它的發展曆程對半導體工程師而言並非一帆風順。藍牙、GPS、WLAN以及FM解決方案都要求不同的傳輸及接收技術。將一個或多個這些功能添加到器件中,需要收集來自乘法RF功能的並行通信。不同RF技術之間的信號幹擾,尤其是都使用2.4GHz頻帶的藍牙及WLAN技術,可能也會導致用戶使用困難,降低呼叫可靠性,甚至出現掉線等。出于對這些因素和其它因素的考慮,提供商創建可使多種通信任務的RF連接能夠在統一硅芯片上成功運行的器件時面臨著諸多難題。在不同技術間共享相同的天線加劇了這些沖突,提升了對增強型設計的需求。

移動新篇章已經揭幕

幾年前,提到“移動”,就讓人想起手機或者智能手機。今天,“移動”技術已經觸及大量産品,而這些産品通常以某種形式在使用著這些應用處理器和連接技術。在新興市場中,高靈活設計的重要性日漸凸顯,而通過將相同技術重複用于新市場的方法,也最大程度地滿足了對多功能性的需求。以新興電子書産品爲例。制造商通過平台級集成重複使用移動技術及軟件來構建這一全新領域。

目前這一代電子書使用基于ARM7或ARM9的、相對較小的處理器,這兩款處理器正在被基于ARM Cortex-A8的處理器取代。新一代電子書需要采用ARM Cortex-A8處理器,消費者需要更多特性、更理想的閱讀體驗(如更快地翻頁等)、更大的屏幕(12英寸及以上)以及更高的性能(更快的PDF文檔打開與查閱)。同樣,在“不久”的將來,ARM雙通道 Cortex-A9 SMP處理器就會進入電子書領域,其不但支持更大的彩色電子紙張/彩色TFT LCD顯示屏,而且還可實現高度互動、特性豐富的電子書內容,包括嵌入式3D動畫和720p/1080p高清視頻。Cortex-A8與Cortex-A9處理器是移動行業的常青樹,可爲那些正在尋找實現電子書設計更便捷途徑的制造商開辟出一條坦蕩通途。前代移動處理器及連接技術的衍生産品可大幅降低電子書的制造成本,而經驗豐富的移動廠商的全面優化型解決方案則是走向成功的重要工具。

憑借分立式應用處理器、高穩健連接選項以及電源管理技術等實現的強大性能,我們正在翻開電子書産品的新篇章,同時翻開的還有其它尚處于構想階段的移動設備的新篇章。有堅實的移動技術基礎,有熱情四溢的消費者,它們必將擁有燦爛輝煌的明天。

燦爛輝煌的明天

設計從功能手機到智能手機以及電子書的移動設備時,需要深入理解用戶期望與體驗。在希望移動設備支持的應用類型方面,消費者的要求正在日益提升。因此,能夠便捷更新産品,滿足更高的期望,就是邁向成功的關鍵所在。

移動設備電路板上布滿微小的芯片,這些芯片發揮著大腦中樞的,而且每個芯片都有獨到的設計目的。包括分立式應用處理器與整合連接解決方案在內的重要組件可使移動設備的各個部分協調運行。成功實施未來設計,將需要高級硅芯片與無線技術。只有優中選優,才能繼續構建甚至更高個人體驗以及外部世界連接性。移動技術將在未來數代人中擁有美好的前景!

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