智能手機(jī)省電秘訣：看如何從設(shè)計源頭來降低功耗

　　通過微細(xì)化獲得可行對策

　　2013年前后有望實現(xiàn)實用化的，是切換不同微架構(gòu)CPU內(nèi)核的方法。英國ARM公司發(fā)布了可以切換使用相同指令集架構(gòu)CPU內(nèi)核群的“big.LITTLE”技術(shù)（圖10）。通過混合使用為提高最高性能而開發(fā)的A15內(nèi)核，以及為優(yōu)先提高電力效率而開發(fā)的A7內(nèi)核，兼顧了負(fù)荷較小時的低電力運行和負(fù)荷較大時的高性能運行 注2）。兩種內(nèi)核在寄存器范圍等方面存在差異，不過這種差異可以利用二者配備的虛擬支援機(jī)構(gòu)吸收。“在同一枚裸片上混載制造工藝各異的電路可能會增加掩模費用。將來采用閾值較少的big.LITTLE的廠商應(yīng)該會增加”（某半導(dǎo)體廠商的技術(shù)人員）。

　　圖10：在不同架構(gòu)的CPU中切換使用的“big.LITTLE”

　　ARM公司正在開發(fā)可以切換使用指令集兼容的Cortex-A15內(nèi)核群和Cortex-A7內(nèi)核群的“big.LITTLE”技術(shù)。處理負(fù)荷較低時利用電力效率較高的A7內(nèi)核群，負(fù)荷較高時利用單位頻率的處理性能較高的A15內(nèi)核。

　　注2） big.LITTLE技術(shù)有切換使用A15內(nèi)核和A7內(nèi)核的“Task Migration”模式，以及同時運行A15內(nèi)核和A7內(nèi)核的“MP”模式。MP模式需要擴(kuò)展OS的調(diào)度器（Scheduler），ARM公司正面向big.LITLLE的實用化時間進(jìn)行開發(fā)。

　　混合化得以推進(jìn)的背景在于，CPU內(nèi)核在處理器上所占的面積比例減小。在目前的雙核產(chǎn)品中，CPU內(nèi)核的面積只占整體的1～2成。今后，如果電路面積也隨著半導(dǎo)體的進(jìn)一步微細(xì)化而出現(xiàn)充?？臻g，GPU內(nèi)核等其他電路也有望采用混合構(gòu)造?！　?strong>顯示器——大屏幕和高精細(xì)化不斷增加功耗，液晶及有機(jī)EL均瞄準(zhǔn)耗電量減半

　　圖11：耗電量高的智能手機(jī)用面板

　　智能手機(jī)配備的液晶面板或有機(jī)EL面板的耗電量超過了600mW。圖中為各終端廠商通過實施圖像處理等降低耗電量的情況。（圖中的面板耗電量為LG顯示器的數(shù)據(jù)）

　　加之智能手機(jī)不以語音通話為主，而主要是用于Web網(wǎng)站瀏覽和郵件收發(fā)，這種用法的改變，使得顯示面板會一直保持點亮狀態(tài)。可以說，一直消耗著600mW以上電力的顯示面板是令智能手機(jī)電池耐久性惡化的主要原因。

　　目前是以圖像處理來降低耗電量

　　如果只單純配備耗電量超過600mW的顯示面板，智能手機(jī)是無法避免電池驅(qū)動時間太短的問題的。各終端廠商現(xiàn)在是通過實施諸如相對于輸入影像信號及周圍亮度的伽瑪校正以及畫面亮度控制等圖像處理，來降低顯示面板耗電量的。

　　由圖像處理降低顯示面板耗電量的方法“在普通手機(jī)上從2008年前后開始導(dǎo)入，隨著顯示面板的大屏幕化和高精細(xì)化，能夠更加精細(xì)地進(jìn)行控制”（NEC卡西歐移動的并木）。

　　配備有機(jī)EL面板的智能手機(jī)除圖像處理外，還在顯示內(nèi)容方面下了工夫。通過在菜單畫面等上以黑色顯示背景，以白色顯示文字，減小了白顯示在畫面整體所占的面積?？梢哉f這是全白顯示時的耗電量高的“有機(jī)EL面板機(jī)型必須要做的處理”（NEC卡西歐移動的并木）。

　　高精細(xì)化變成瓶頸

　　盡管終端廠商采取了措施，但據(jù)稱在瀏覽Web網(wǎng)站時顯示面板的耗電量“仍占智能手機(jī)整體的約3成”（多家終端廠商）。要想從根本上解決問題，需要降低顯示面板自身的耗電量。

　　但從面板廠商的開發(fā)動向來看，智能手機(jī)用顯示面板的耗電量今后還可能進(jìn)一步增加。因為液晶面板等均在不斷推進(jìn)大屏幕化和高精細(xì)化。

　　目前，各終端廠商的高端機(jī)型開始普遍采用分辨率在300ppi以上的顯示面板（圖12）。在2012年底～2013年，分辨率有可能會提高到近500ppi。精細(xì)度提高，單位像素的開口率就會降低，耗電量就會進(jìn)一步增加。

　　圖12：精細(xì)度的提高，會使面板開口率降低

　　智能手機(jī)配備的液晶面板不斷推進(jìn)大屏幕化和高精細(xì)化。隨著分辨率的提高，面板開口率逐漸降低。

　　各面板廠商需要開發(fā)兼顧高精細(xì)化和低耗電量化的面板。雖然進(jìn)展緩慢，但液晶面板和有機(jī)EL面板均已開始采取旨在大幅削減耗電量的措施。

　　已采用了多種技術(shù)

　　液晶面板通過控制液晶分子的電壓部分遮蔽背照燈光來表現(xiàn)灰階。降低耗電量的對策有增加面板開口率、降低驅(qū)動電壓、提高背照燈光源——白色LED的發(fā)光效率，以及提高光學(xué)材料性能等。耗電量的降低，正是這些措施“一點點積累的結(jié)果”（日立顯示器）注1）。

　　注1）東芝移動顯示器、索尼移動顯示器和日立顯示器三家公司2012年4月合并成了日本顯示器，本文中使用的是原公司名稱。

　　現(xiàn)有智能手機(jī)用液晶面板已經(jīng)采用了多種低耗電量化技術(shù)（圖13）。顯示模式采用可提高開口率的“FFS（fringe field switching）”方式*，驅(qū)動元件采用載流子遷移率高、可小型化的低溫多晶硅（LTPS）TFT。光學(xué)部材使用了多片可提高亮度的薄膜。

　　*FFS方式＝與IPS方式一樣是橫向電場控制用顯示技術(shù)。與IPS方式不同的是，像素電極和通用電極配置在上下方向。中小型液晶面板大部分都采用FFS方式，但稱為IPS方