多核智能移動平臺電源架構(gòu)的分析與對策

　　多核處理器就是采用兩個或兩個以上內(nèi)核的處理器。便攜移動產(chǎn)品市場迅速發(fā)展，尤其是手機市場，已經(jīng)實現(xiàn)了從功能手機到智能手機的過渡。相應(yīng)的應(yīng)用處理器（AP）也從單核發(fā)展到雙核，甚至多核。同時，平板電腦的迅速普及也讓多核處理器風(fēng)光無限?？梢哉f移動設(shè)備的處理器正以前所未有的速度發(fā)展。

　　終端廠商們對高性能處理器的不斷追求和移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)激烈的競爭都會極大刺激硬件廠商們的創(chuàng)新熱情，多核處理器的應(yīng)用趨勢勢不可擋。多核處理器首先為終端廠商提供了更大的創(chuàng)造空間。有了強大的處理器，終端廠家就可以在自己的設(shè)備中添加更多的新功能，卻不必擔(dān)心會拖累系統(tǒng)運行速度和流暢度。而且隨著工藝水平的提高，處理器的體積也逐漸縮小，對于對空間要求極為苛刻的移動設(shè)備，節(jié)省下來的空間可以讓給電池這類的重要部件，無疑為廠商的設(shè)計提供了便利。

　　多核系統(tǒng)電源架構(gòu)

　　正是因為智能手機和平板電腦能夠滿足消費者越來越高的要求，比如更大的顯示屏、更多的傳感器件和無線連接方式、更強大的數(shù)據(jù)處理能力等等，而現(xiàn)在高清和3D視頻播放、Flash界面、WIFI無線上網(wǎng)已經(jīng)成為便攜移動產(chǎn)品的必備功能，所以要求移動處理器能夠提供更強的處理能力。

　　顯而易見的是，現(xiàn)在處理器能夠運行主頻達到1GHz,甚至1.5GHz,這樣勢必對電源管理提出了很大的挑戰(zhàn)。第一，需要更低靜態(tài)功耗以實現(xiàn)更長的電池使用時間；第二，眾多的處理器、內(nèi)存和外設(shè)來實現(xiàn)多任務(wù)的強大應(yīng)用功能，這就需要不同電壓等級和上電時序，使得整個系統(tǒng)復(fù)雜化；第三，需要高度集成的解決方案來管理整個電源管理系統(tǒng)；第四，需要的功率密度更大。

　　以高通的某款最新平臺搭配的電源管理單元（PMU）為例，該PMU集成了5大功能區(qū)，功能框圖如下圖所示。

　　由芯片組供應(yīng)商提供的PMU有著先天優(yōu)勢。如上文所說，多核處理器有多個不同的電壓等級以及復(fù)雜的上電時序，能夠?qū)崿F(xiàn)強大的多任務(wù)處理能力。由于集成了多路功率輸出，PMU集成化的方案必然受限于晶片（die）的尺寸以及熱效能管理，因此輸出能力基本集中在3A以下。通常，3A可以滿足智能手機眾多功能模塊的電源總線的能力，但是PMU可能滿足了當(dāng)前芯片組功能特性的需求，然而需求在發(fā)展，廠家為了適應(yīng)新的市場趨勢，勢必優(yōu)化或者升級當(dāng)前功能模塊的設(shè)計規(guī)格。比如CPU、GPU等等，其對應(yīng)需要的電流能力也會提高。

　　這樣，現(xiàn)有的PMU不能滿足新的需求。因此，獨立式的DC/DC可以彌補這個缺陷。除此之外，由于智能手機功能多，耗電快，許多手機業(yè)者為了突出產(chǎn)品優(yōu)勢，提高用戶體驗，往往采用大容量的電池。而PMU內(nèi)置的充電IC無法滿足客戶不同的設(shè)計需求，從而出現(xiàn)了充電IC外置的現(xiàn)象，也就是采取了獨立式的充電IC.

　　多核系統(tǒng)電源架構(gòu)的優(yōu)化

　　正如上文所述，在智能手機多核系統(tǒng)中，PMU不能滿足更大電流的輸出能力。同時，大電流帶來高損耗，而降低損耗一直是手機設(shè)計者追求的目標(biāo)之一?，F(xiàn)實情況是，智能手機的功耗隨著AP的高頻化，按照芯片的損耗公式Ps=C*f*V2,難以得到有效抑制。但是可以通過優(yōu)化電壓等級的方式來克服由于主頻增加而帶來的影響，并且從電壓幅度方面更能得到有效抑制。因此，在獨立式的大電流DC/DC方案中，普遍采用動態(tài)電壓調(diào)整（DVS）的技術(shù)。

　　智能手機CPU主頻的提高勢必需要更大的電流，以滿足系統(tǒng)運行和操作對硬件的要求。配備大電池成了必然選擇。給大容量電池充電即需要大電流的充電IC.

　　應(yīng)用于多核系統(tǒng)的飛兆半導(dǎo)體電源方案

　　飛兆半導(dǎo)體公司（Fairchild Semiconductor）是全球領(lǐng)先的高性能功率產(chǎn)品供貨商，尤其在移動產(chǎn)品領(lǐng)域，飛兆半導(dǎo)體公司提供先進的電源管理策略，優(yōu)化整個系統(tǒng)。下圖是基于智能移動平臺，飛兆半導(dǎo)體提供的電源解決方案。

　　在由飛兆半導(dǎo)體公司提供的電源管理方案中，采用了獨立式的大電流開關(guān)式充電IC FAN54013,獨立式的動態(tài)電壓調(diào)整的降壓變換器FAN53555,以及獨立式的大電流的升壓變換器FAN48630.這三個產(chǎn)品在手機平臺中起著重要作用，能夠提升系統(tǒng)性能，降低功耗，及拓展移動終端應(yīng)用面。

　　綜述

　　多核處理器的移動終端將越來越成為未來市場的主流，多核處理器提升的最主要方面就是游戲性能。隨著游戲廠商們大作的不斷發(fā)表，對CPU的要求也越來越高。多核設(shè)備的優(yōu)勢還體現(xiàn)在視頻攝錄和影片播放上。目前，只有雙核及以上的CPU能支持1080P高清視頻錄制，裝有雙核CPU的手機有了這樣強大的視頻錄制能力之后，低端DV的市場將受到很大的沖擊。而當(dāng)移動設(shè)備具有了高清視頻播放的能力后，移動設(shè)備也逐漸成為家庭娛樂的中心。

　　DVD在未來可能成為下一個技術(shù)進步所淘汰的對象，取而代之的是裝有多核處理器的移動終端。因此，如何體現(xiàn)多核處理器的優(yōu)勢，實現(xiàn)差異化產(chǎn)品是擺在手機業(yè)者面前極具挑戰(zhàn)性的問題。而優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理架構(gòu)是實現(xiàn)這個目標(biāo)的必然途徑，飛兆半導(dǎo)體能給手機設(shè)計人員提供滿意的設(shè)計方案。