2G與3G并存時(shí)期的手機(jī)芯片發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)
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博通公司則認(rèn)為，目前在市場中有很多電源管理功能可以被集成到芯片當(dāng)中，但是有很多大功率功能，例如電源插座充電器，它需要較大的電壓，一般都不會(huì)放進(jìn)65納米或以下的工藝中去實(shí)現(xiàn)。我們看到那些帶有高壓要求特征的模塊與低壓部分被分開，把高壓的部分放在電源管理器上，而低壓射頻放在基帶上。不是全都可以放在基帶上，因?yàn)橄馯SB和電源插座充電器這樣一類的模塊所要求的電壓超出了深亞微米工藝所能處理的范圍。采用65納米低壓數(shù)字CMOS也可以降低手機(jī)芯片的功耗。TI增強(qiáng)型SmartReflex 2不僅包含各種軟硬件技術(shù)，能夠從系統(tǒng)級(jí)解決方案解決整個(gè)設(shè)計(jì)的電源管理問題，更增加許多新功能包括 Adaptive Body Bias (ABB)、Retention ‘Til Access (RTA) 存儲(chǔ)器以及 SmartReflex PriMer 工具，將大幅提升45nm的性能與功耗平衡能力。
2G向3G過渡時(shí)面臨的挑戰(zhàn)
也許降低芯片數(shù)量是節(jié)能降耗最直接的手段，未來手機(jī)芯片低功耗技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)在于單芯片的功能集成。嚴(yán)格意義的單芯片是指所有電路集成在一塊芯片上。特別是針對(duì)2G和3G的入門級(jí)和中級(jí)細(xì)分市場，無論從尺寸、性能到成本，單芯片集成都是最具吸引力的技術(shù)。單芯片集成的主要挑戰(zhàn)是基帶上的射頻技術(shù)集成，對(duì)制造過程及性能而言，這是技術(shù)上的最大挑戰(zhàn)。在一部手機(jī)中帶有多種無線裝置是一個(gè)巨大挑戰(zhàn),例如將手機(jī)射頻技術(shù)、藍(lán)牙、調(diào)頻和Wi-Fi技術(shù)都整合在非常薄且小巧的同一裝置中。將這些無線裝置安裝到手機(jī)里已經(jīng)足夠困難，何況還要獲得良好的性能，并在具有不同操作形式的同時(shí)確保他們不會(huì)相互干擾。
當(dāng)然，我們也不能忽視推動(dòng)手機(jī)成本下降的不斷集成的技術(shù)將是今后很多年里的一個(gè)持續(xù)挑戰(zhàn)。手機(jī)市場最大需求是將所有的功能集成在一起。從技術(shù)上說，把射頻集成到基帶中是相當(dāng)困難的，其關(guān)鍵因素是和基帶連接到一起的手機(jī)射頻部分。系統(tǒng)集成意味著混合模擬和數(shù)字功能在同一設(shè)備中共存，即集成復(fù)雜的模擬功能，如ADC、DAC等。
展訊認(rèn)為多種不同制式的基帶將集成為多?；鶐?；外圍的主要元器件如射頻、存儲(chǔ)器、FM、藍(lán)牙、GPS等也將逐漸與基帶集成。博通公司已經(jīng)將藍(lán)牙、Wi-Fi和調(diào)頻收無線技術(shù)集成在一起,下一階段會(huì)繼續(xù)將GPS和UWB集成到芯片里。NXP繼承了Silicon Labs在收發(fā)器設(shè)計(jì)中的CMOS技術(shù)，目前正利用該技術(shù)集成基帶和RF，利用深亞微米CMOS(45納米及更高工藝)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)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。目前，唯一亟待解決的只剩下天線功率放大器了(圖4)。
圖4 集成化是必然趨勢(shì)
其實(shí)，所有的無線技術(shù)都將朝著單芯片集成的發(fā)向發(fā)展，曹強(qiáng)博士在總結(jié)未來手機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)時(shí)特別強(qiáng)調(diào)了如下三點(diǎn)：
趨勢(shì)和挑戰(zhàn)一，多模芯片的發(fā)展，GSM/GPRS/EDGE與TD-SCDMA/HSPA，WCDMA/HSPA，WIFI的多模組合芯片，對(duì)于芯片構(gòu)架設(shè)計(jì)了提出新的要求，尋找可以盡可能的復(fù)用資源，成本最低的方案，成為擺在各芯片公司面前的難題；
趨勢(shì)和挑戰(zhàn)二，65nm工藝進(jìn)行模擬和數(shù)字電路的混合設(shè)計(jì)，數(shù)字比較容易升級(jí)到65nm，模擬/RF電路比較難進(jìn)入65nm工藝；
趨勢(shì)和挑戰(zhàn)三，對(duì)于多種多媒體制式的支持，手機(jī)正在兼容越來越多的PC上的多媒體內(nèi)容，如何更多更經(jīng)濟(jì)的支持這些多媒體內(nèi)容，是芯片公司面臨的挑戰(zhàn)。一個(gè)方向是做更多的硬件加速器，一個(gè)方向是做更強(qiáng)大的MCU，靠軟件來支持不同的格式。
在體積日益縮小的支持多模無線、互聯(lián)和廣播功能的應(yīng)用中，TI認(rèn)為數(shù)字電路與CMOS收發(fā)器等先進(jìn)模擬模塊的共存要求廠商在模擬設(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)，電磁干擾(EMI)問題也很棘手。這些多功能平臺(tái)系統(tǒng)之所以復(fù)雜，在于所有的輻射系統(tǒng)必須在可限定的電磁干擾范圍內(nèi)盡可能地“緊密”合作。
3G時(shí)代還將激戰(zhàn)低成本和單芯片市場
單芯片(Single-Chip)化是超低價(jià)手機(jī)用芯片的一種必然趨勢(shì)，中高階的手機(jī)用芯片為了追求功效的多樣，多半要以芯片組(2顆以上的成套芯片搭配)方式來實(shí)現(xiàn)，低價(jià)/超低價(jià)手機(jī)以成本為首要考慮，將芯片組電路進(jìn)行進(jìn)一步的整合，成為單一顆芯片。單芯片化后的好處包括精省芯片的封裝成本(從2顆芯片的各1次封裝，變成單顆單次封裝)、在手機(jī)電路板的布局設(shè)計(jì)時(shí)可以精省印刷電路板的面積及料材成本。2G時(shí)代很多基帶廠商都已推出單芯片手機(jī)解決方案。展訊公司曹強(qiáng)博士坦言降低芯片成本的途徑就是進(jìn)一步提高芯片的集成度。在降低成本的同時(shí)，芯片廠商會(huì)盡可能提供更多的功能，2G超低成本手機(jī)解決方案也已經(jīng)向拍照、多媒體應(yīng)用發(fā)展，如圖5。
圖5 16美元BOM單芯片手機(jī)
為加速3G終端的普及，3G終端成本持續(xù)下降也成為業(yè)界另一個(gè)焦點(diǎn)和趨勢(shì)。除了高端智能手機(jī)外，手機(jī)芯片廠商特別是手機(jī)平臺(tái)廠商對(duì)超低成本手機(jī)的重視有增無減。隨著3G手機(jī)的開發(fā)，2G手機(jī)的成本會(huì)下降。而隨著3G標(biāo)準(zhǔn)的成熟以及中國等國家建成3G網(wǎng)絡(luò)，將出現(xiàn)低成本3G市場(特別是單芯片多模3G手機(jī))與2G市場競爭的局面。如博通高集成度單芯片解決方案內(nèi)置RF、2G和3G處理器，以及先進(jìn)的移動(dòng)多媒體處理器。
多年來，單芯片移動(dòng)電話一直是業(yè)界努力追求的理想。全面集成模擬、數(shù)字、基帶和蜂窩無線部分，將是一件非常難以實(shí)現(xiàn)的事情，但在無線芯片巨頭們的努力下，也許這一天已經(jīng)不再遙不可及！
寫在最后：競爭在加劇，強(qiáng)弱在分化
據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2010年，全球半導(dǎo)體市場的35%將屬于通信半導(dǎo)體，其中手機(jī)將占據(jù)50%以上的市場份額。2007年，由于手機(jī)市場需求持續(xù)強(qiáng)勁增長，無線產(chǎn)品的芯片銷售實(shí)現(xiàn)超過整體芯片市場的增長速度。2007年，全球無線半導(dǎo)體市場收入達(dá)295億美元，較2006年的274億美元增長了7.6%。相較之下，全球各類半導(dǎo)體的同期市場增幅僅為3.3%。
表1 2007年全球無線半導(dǎo)體供應(yīng)商前10名排名(依據(jù)市場收入占有率)
資料來源：iSuppli公司 2008年5月
誘人的蛋糕從來不缺乏追逐者，為了搶占盡可能多的手機(jī)芯片市場相對(duì)豐厚的利潤，壯大自身實(shí)力是最直接的辦法。最近一年多的時(shí)間，手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)并購頻發(fā)。這其中最震撼的也是最近發(fā)生的則是意法(ST)和恩智浦(NXP)無線部門的合并為獨(dú)立公司，新公司的市場份額將甩開身后混戰(zhàn)叢中的競爭者，逼近前面兩位領(lǐng)頭羊。一系列并購案的背后，折射的是無線芯片市場更為嚴(yán)酷的競爭新格局。
2007年，全球手機(jī)出貨量達(dá)11.5億部，較2006年的9.9億部增長16.1%，這使無線半導(dǎo)體市場在2007年保持較高的增幅，其中，十大供應(yīng)商中有六家實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)的收入增長。iSuppli全球十大無線半導(dǎo)體供應(yīng)商排名見表1。前十大無線半導(dǎo)體廠商的綜合市場占有率則提升了1.5%，在拉開與身后追趕著距離的同時(shí)，無疑留下了更為狹小的生存空間，競爭在加劇，強(qiáng)弱在分化。
參考文獻(xiàn)：
1. Thomas Barber，Aiguo Yan，Zoran Zvonar，TD-SCDMA引領(lǐng)3G之路，電子產(chǎn)品世界，2007.09
2. Kent Heath，清除3G手機(jī)射頻集成道路上的障礙，電子產(chǎn)品世界，2007.09
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4. 湛偉，射頻接收芯片結(jié)構(gòu)選擇的幾個(gè)要點(diǎn)，電子產(chǎn)品世界，2007.10
評(píng)論