便攜式設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展道路

回顧“便攜”內(nèi)涵的變化，你會發(fā)現(xiàn)便攜式電子產(chǎn)品的概念在這十年中已有了顛覆式的改觀。十年前能夠塞進褲兜或別在腰間就堪稱新潮，而現(xiàn)在則差不多要放進上衣口袋甚至帶在手腕上才夠“酷”。集成電路十年來的發(fā)展所遵循的“摩爾定律”成就了這一市場的拓展，集成度越做越高的同時，芯片越做越小，其結(jié)果是更低的功耗和更低的成本。

　　德州儀器DSP市場開發(fā)經(jīng)理鄭小龍指出：“在可預見的未來若干年內(nèi)，這一規(guī)律還將延續(xù)，這不能不說是便攜式數(shù)字信息產(chǎn)品發(fā)展的福音。差不多所有的便攜式產(chǎn)品，都面臨如何更有效地延長電池壽命，以及如何充分增強個性化設(shè)計的需求。在便攜式新產(chǎn)品研發(fā)方面，如何有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，則是能否贏市場成功的關(guān)鍵。”

　　便攜式設(shè)備處理器--更高性能與更低功耗的矛盾統(tǒng)一體

　　作為便攜式設(shè)備的核心，便攜式設(shè)備的處理器平臺是便攜式設(shè)備提供豐富多彩功能的保證。終端消費者不斷提出的新需求是推動便攜式設(shè)備處理器不斷發(fā)展的原動力。目前，用戶對未來的便攜式設(shè)備的要求就是希望能享受到更多的功能，包括游戲、音頻、視頻和連接等，并希望這些功能還能夠集成在一起。比如游戲可能是下載的Java游戲，音頻可能有MP3、WMA、RM等標準，視頻有MPEG-4、H.264, Microsoft VC-1等標準，而連接方式則可能有Wi-Fi、藍牙、紅外線等多種方式。ARM中國區(qū)總裁譚軍指出：“要實現(xiàn)這眾多的功能，對CPU的要求自然就更高了。而在實現(xiàn)這些功能的同時，用戶還希望便攜式設(shè)備的價格能夠越來越低，當然也不能因為功能越來越多其功耗也越來越大，否則動不動就要充電是用戶難以接受的。”

　　便攜式設(shè)備實際上正走向深度融合---成為一種多功能的載體。飛思卡爾半導體無線及移動系統(tǒng)部移動多媒體市埸經(jīng)理梁耀光則表示：“技術(shù)融合仍在影響我們每一個人。在過去幾年中，我們可以看到很多不同功能(如MP3、視頻播放、照相機、3D游戲和手機電話)都融合到一個設(shè)備中。越來越多的功能(如WLAN和DVB)都將集成到便攜式處理平臺中，從而增加便攜式設(shè)備的內(nèi)容。”

　　實際上，除了要面對滿足越來越多融合需求外，便攜式設(shè)備處理器還面臨更多需求。鄭小龍以及Philips 便攜式視頻產(chǎn)品營銷經(jīng)理Dirk-Jan Riezebos的都表示便攜式設(shè)備處理器除了考慮提高性能外，還要考慮低成本、低功耗、輕便小巧等多個因素。

　　由此可見，現(xiàn)今的便攜式設(shè)備處理器實際上正面臨巨大的挑戰(zhàn)，一方面要以卓越的性能實現(xiàn)豐富的功能吸引更多的消費者，但反過來不斷擴大的消費群體又提出了新的需求迫使處理器去不斷提升性能，同時處理器設(shè)計師還要不斷考慮如何降低處理器的功耗、尺寸、成本等更多難題，在這種不斷攀升的技術(shù)循環(huán)中，如何以創(chuàng)新式的技術(shù)革新將這種技術(shù)循環(huán)跳過不斷追求提高性能的死胡同，走入良性的發(fā)展道路是領(lǐng)先的處理器供應商考慮的問題。

　　目前，便攜式設(shè)備中有80%的處理器都基于ARM內(nèi)核，許多處理器都是在這個內(nèi)核的基礎(chǔ)上通過增加外圍功能來突出獨有的功能和特色的。如ST的Nomadik多媒體處理器是基于ARM926內(nèi)核，然后添加了視頻和音頻加速器突出了其多媒體方面的特色。所以通過了解ARM內(nèi)核的變化我們可以把握未來便攜式處理器的趨勢。

　　為了能夠在便攜式設(shè)備中實現(xiàn)多種標準的音頻、視頻功能，ARM公司開發(fā)了OptimoDE數(shù)據(jù)引擎技術(shù)，該技術(shù)適用于所有領(lǐng)先的多媒體應用軟件編解碼器。而ARM最近新推出的OptimoDE Audio Edition嵌入式數(shù)據(jù)處理技術(shù)又為嵌入式設(shè)備中的數(shù)字音頻提供優(yōu)化。通過OptimoDE技術(shù)，設(shè)計者能夠便捷地在系統(tǒng)中實現(xiàn)多種音頻、視頻標準的集成和兼容，同時實現(xiàn)高效處理和低功耗。

　　但是，隨著便攜式設(shè)備功能的日益豐富，單一的處理器終將面臨性能與功耗的難以折中問題，而多核技術(shù)將是有效的解決之道。目前已經(jīng)看到的是有多處理器的平臺已經(jīng)出現(xiàn)，以移動電話為例，從模擬制式向數(shù)字制式轉(zhuǎn)移時，雙核結(jié)構(gòu)(一個微處理器+一個DSP)成為必然的選擇。后來由于要融合更多的功能--藍牙、WLAN、MP3、GPS等，迫使移動電話的處理器平臺必須有獨立的應用處理器來實現(xiàn)這些融合的功能。未來隨著半導體工藝技術(shù)的發(fā)展，處理器中將基成多個內(nèi)核。ARM的譚軍強調(diào)：“隨著用戶對便攜式設(shè)備功能、價格和功耗的要求不斷提高，單MCU系統(tǒng)將會慢慢地為多MCU系統(tǒng)或者多核單MCU系統(tǒng)所取代。這一趨勢已經(jīng)在某些便攜式設(shè)備中得以體現(xiàn)，比如iPod中就已經(jīng)有多個MCU了。這一趨勢將使設(shè)計的復雜度降低，加快產(chǎn)品上市時間，并且能夠在便攜式設(shè)備中實現(xiàn)更多的功能，同時降低成本和功耗。ARM最新的ARM11 MPCore正是為滿足這一趨勢而開發(fā)的最新的多核處理器系列。”

　　多核技術(shù)并不陌生，從2004年開始，Intel就倡導在個人PC領(lǐng)域推廣多核技術(shù)，并推出了針對個人PC的多核處理器。而今年2月，Sony和IBM公布的Cell處理器實際上是有9個處理器組成的超級芯片。該芯片主要瞄準消費電子領(lǐng)域。

　　多核技術(shù)的優(yōu)勢是在提供性能的同時將功耗降低。ARM的譚軍表示：“基于ARM11的處理器明年的速率會達到1.5GHz,也就是目前P4的處理性能，但其功耗卻只有P4的百分之一還不到。”

　　不少便攜式設(shè)備處理器供應商已經(jīng)推出了多核架構(gòu)的處理器產(chǎn)品。飛思卡爾的梁耀光強調(diào)：“飛思卡爾的i.MX31和i.MX31L已于2005年6月初面市，這兩款產(chǎn)品均基于ARM11(tm)平臺，通過飛思卡爾的Smart Speed技術(shù)得到增強，532 MHz 的i.MX31應用處理器能夠利用并行處理，以相當于3 GHz處理器的性能運行。”

　　Intel亞太區(qū)無線技術(shù)發(fā)展中心經(jīng)理朱京甬也表示：“Intel于近日在歐洲發(fā)布了新的Xscale處理器，該處理器也采用了雙核架構(gòu)。”

　　當然，在提高處理器性能的同時也要考慮如何提高處理器開發(fā)的高效性，TI的鄭小龍則表示：“針對那些專用便攜式設(shè)備，單一的DSP處理平臺依然能以其高速度、低功耗和低成本的特性，有效實現(xiàn)大量復雜運算，因此也是一個極為實用的核心引擎。越來越多的新技術(shù)在以軟件的方式展現(xiàn)出來，而無論是SOC還是純DSP都是理想的承載平臺，那么誰能夠掌握有效的開發(fā)手段，誰就更有機會獲得新技術(shù)的成功。TI的eXpressDSP的開發(fā)理念貫穿SOC和DSP軟件開發(fā)的整個過程，對于最終成功開發(fā)出便攜式產(chǎn)品具有重要作用，特別是新近將推出的Code Composer Studio 3.1更是超平臺集成開發(fā)平臺，首次同時支持TI各種系列DSP平臺，也包括SOC系列平臺，將極大降低產(chǎn)品軟件系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的難度。”

　　另外，隨著音視頻應用在便攜式設(shè)備中的普及，便攜式設(shè)備處理器也將考慮對內(nèi)容版權(quán)的保護。譚軍就指出：“隨著用戶在便攜式設(shè)備上能夠獲取的音頻、視頻內(nèi)容的不斷增加，數(shù)字版權(quán)保護和系統(tǒng)安全問題也是一個相當大的挑戰(zhàn)。便攜式設(shè)備使用過程中的版權(quán)和安全問題也將越來越得到重視，例如與iPod配合使用的iTune，就是這方面的一個成功的例子。除了通過軟件實現(xiàn)這一功能，如何將對版權(quán)和安全的保護措施整合到硬件及軟件系統(tǒng)中，也將是未來便攜式設(shè)備設(shè)計者所必須考慮的一個非常重要的問題。”

　　SigmaTel亞太區(qū)副總裁Jose Lau也表示：“最大的挑戰(zhàn)在于付費音樂內(nèi)容下載的數(shù)字版權(quán)管理(DRM)方面，另外，便攜式音頻處理器供應商也面臨支持低解析度運動視頻方面的挑戰(zhàn)。”他透露SigmaTel今年晚些時候發(fā)布的下一代音頻處理器將采用ARM9內(nèi)核，可提供更豐富的功能。

　　工藝升級是提高處理器性能的有效方法，目前，許多便攜式設(shè)備處理器供應商積極通過采用新的工藝技術(shù)達到提高性能、降低成本、功耗和尺寸的目的，如珠海炬力總經(jīng)理趙廣民表示：“炬力正在致力于0.13um工藝的發(fā)展，同時努力提升MCU和DSP的處理能力，并降低功耗，將MCU+DSP的綜合平臺打造的更加有靈活性。”Philips也表示將通過工藝升級提高其Nesperia處理器的綜合性能。

　　便攜式存儲技術(shù)--更大容量、更快效率是主旋律

　　存儲技術(shù)也是便攜式技術(shù)中的一個重要分支，容量巨大，輕便小巧的存儲設(shè)備將使便攜式設(shè)備攜帶更方便，也使用戶體驗到更多精彩內(nèi)容。因此，便攜式設(shè)備的存儲技術(shù)的發(fā)展也是驚人的。目前，便攜式設(shè)備主要采用基于微型硬盤的存儲和基于閃存的存儲方式，這兩種存儲技術(shù)各有優(yōu)缺點，所以將在一段時間內(nèi)共存。

　　Agere杰爾系統(tǒng)存儲事業(yè)部策略分析師Jeff Janukowicz表示：“存儲市場一直保持了高速增長，預計到2008年以前，消費電子產(chǎn)品中的存儲設(shè)備的年增長率達到了42%。不斷提升的存儲需求意味著要不斷提高存儲容量，1英寸硬盤相比閃存的優(yōu)勢更低每Gb存儲成本，由于基于不同的應用，在移動消費領(lǐng)域，1英寸的微型硬盤將和閃存共存。”

　　不過，雖然CCID預測未來在便攜式音頻播放器領(lǐng)域，基于閃存的存儲方式將占主導。但微型硬盤和閃存的競爭將繼續(xù)演進，Jeff表示：“微型硬盤制造商目前關(guān)注的重點是通過提升信噪比來提高性能、通過采用低漏工藝技術(shù)(low-leakage)來降低功耗、通過采用IP復用和提升集成度來降低成本、通過降低工作溫度來提高支持惡劣工作環(huán)境的能力等。”

　　他表示今年2月Agere已經(jīng)推出了針對1.8英寸、1英寸、0.85英寸大小微型存儲的驅(qū)動芯片組，該芯片組包括前置放大器、馬達控制器、硬盤控制器等，其讀出和寫入的速度達到了每秒350Mb。

　　東芝公司同時提供微型硬盤和閃存芯片，東芝電子亞洲有限公司總經(jīng)理潘潤湛表示：“便攜式設(shè)備終端消費者不斷追求更大的容量，雖然有時容量大到他們難以管理的地步，但他們對容量仍孜孜以求。比如，有的MP3容量高達20G，可以存儲數(shù)千首歌曲，消費者怎么能聽這么多歌曲?”

　　他表示東芝公司會考慮在微型硬盤和NAND 閃存之前做好平衡。雖然我們相信NAND閃存的需求會超過微型硬盤，但在大容量和成本方面，微型硬盤仍有優(yōu)勢。不過閃存的優(yōu)勢也很明顯，就是功耗低和無噪聲。他強調(diào)東芝不斷開發(fā)針對NAND閃存的先進工藝技術(shù)，目前采用的是70nm工藝，未來將采用60nm工藝技術(shù)。在封裝上也從SLC向MLC轉(zhuǎn)移。

　　他表示東芝也積極開發(fā)外部存儲卡，如SD卡、mini-SD卡、微型SD卡等。他指出由于有些便攜式設(shè)備制造商不希望自己制造的設(shè)備有大的存儲裝置-因為這樣有可能增加成本影響銷售，所以他們的設(shè)備帶有支持外部存儲卡的接口，而用戶也愿意給便攜式設(shè)備購置自己喜歡的存儲裝置，所以這個市場潛力巨大，一個便攜式設(shè)備可能配有多個外部存儲卡裝置。[!--empirenews.page--]電源管理-節(jié)約庫侖的藝術(shù)

　　電源管理是便攜式設(shè)備不可忽視的重點，便攜式設(shè)備電源管理的目標是降低便攜式設(shè)備的用電量，盡可能延長電池的使用壽命。在這方面，便攜式設(shè)備處理器供應商和電源器件供應商都在積極探索更有效的電源管理技術(shù)。

　　ARM的智能能源管理(Intelligent Energy Manager)技術(shù)通過與操作系統(tǒng)和應用程序的合作，能夠根據(jù)需要動態(tài)地調(diào)整CPU性能，從而實現(xiàn)對能源的智能管理，顯著地降低了便攜式設(shè)備在使用過程中的功耗問題。

　　飛思卡爾的i.MX21應用處理器即使在進行多重作業(yè)時，也可以延長電池的使用壽命。這要得益于飛思卡爾的Smart Speed技術(shù)――它意味著用戶能在電池耗盡之前完成所有工作。

　　在i.MX31/31L中飛思卡爾采用了更高級電源管理工藝技術(shù)，例如：自動動態(tài)電壓和頻率變換(DVFS)、動態(tài)處理溫度補償(DPTC)、有源偏移(Active well-bias)和電源閘控。

　　Intel的PXA27x則加入了wireless MMX技術(shù)和SpeedStep動態(tài)電源管理技術(shù)，不但大大增強了PXA270的媒體處理能力，而且極大降低了系統(tǒng)功耗，延長PMP產(chǎn)品的電池壽命。

　　除了通過處理器降低功耗外，降低其他元器件的功耗也是必須的。凌特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場經(jīng)理Tony Armstrong指出數(shù)碼相機、MP3 播放器、GPS 接收器和PDA 等便攜式產(chǎn)品大都通過AC適配器、USB 線或鋰離子電池提供電源。在這些電源之間的電源軌控制是一個很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近，設(shè)計師還是通過分別采用多個 MOSFET、運算放大器等實現(xiàn)這個功能，但同時卻需要面對熱插入及巨大的浪涌電流等問題，而這將引起很大的系統(tǒng)問題。

　　他表示大部分以電池供電的便攜產(chǎn)品采用專用集成電路(ASIC)來解決電池充電、電源路徑控制、提供多路供電以及實現(xiàn)如真正輸出斷接和精確USB電流限制等保護功能。采用這種方法的原因顯而易見，因為這樣用一個器件就可以滿足所有電源管理需求?？上У氖?，這種方法同樣有缺點。首先，ASIC是通過特定晶圓制造工藝而制造，因此難以為各項功能實現(xiàn)性能最優(yōu)化。其次，ASIC的定義和開發(fā)周期通常很長，在要求設(shè)計周期短且動態(tài)變化快的今天，這一問題變得越來越重要。從概念到出貨，電源管理ASIC往往需要用上一年半時間。而在此期間，某一產(chǎn)品的設(shè)計需求可能已經(jīng)變化了三次了。

　　隨著便攜式設(shè)備處理器工作電壓不斷降低，電源管理也面臨新的挑戰(zhàn)。Tony Armstrong指出亞微米的CMOS制造工藝，把CPU 和 DSP 電壓降至 1V 以下。這要求新一代電源轉(zhuǎn)換集成電路的電壓輸入必須很低，而且提供的輸出電壓也要低于 1V，同時還要具有相適應的輸出電流、高轉(zhuǎn)換效率、低噪聲及扁平緊湊的引腳。隨著 DSP 核心電壓降至 1V 甚至更低，更需要以低電壓提供電源。

　　除了在處理器方面進行有效降低功耗外，便攜式設(shè)備的顯示方面的節(jié)電潛力尤其不能被忽視。目前，多數(shù)便攜式設(shè)備開始采用TFT LCD來顯示顯示用戶所需的不同類型信息和數(shù)據(jù)。制造商所面對的挑戰(zhàn)是確保用戶能在各種環(huán)境下從顯示屏上閱讀到信息。為了實現(xiàn)這個目標，他們必須為彩色 LCD 提供適量的背光。背光通常由白光發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)生。同樣，這也要求用一種緊湊、有效和低噪聲方式為這些 LED供電。

　　不過，電源管理在采用新技術(shù)的同時也帶來了新的問題，這是便攜式開發(fā)人員要引起注意的。例如目前許多新型的電池供電型便攜式設(shè)備用開關(guān)電源取代了線性穩(wěn)壓器，從而延長電池壽命。不過，這也引發(fā)了新的設(shè)計問題，因為蜂窩手機有噪聲敏感的無線電路和板上敏感的 RF 接收器。噪聲發(fā)生器(開關(guān)電源)和噪聲敏感電路的結(jié)合可能會產(chǎn)生干擾。

　　傳統(tǒng)的解決方案是將噪聲發(fā)生電路和噪聲敏感電路分離開來。但由于目前的便攜式設(shè)備多將所有部件緊密封裝，所以這種方法已經(jīng)不可行。采用屏蔽方法則無論在成本上還是體積上都行不通，傳統(tǒng)的開關(guān)電源是將噪聲能量集中到窄帶諧波中。然而，一旦其中一個諧波與敏感頻率相一致(例如，接收器中頻頻帶)就可能導致干擾。

　　凌特的Tony Armstrong指出已經(jīng)成功實施的一個技術(shù)是通過擴展工作頻譜使開關(guān)頻率能通過偽隨機數(shù)(PRN)序列進行調(diào)制，從而去除窄帶諧波。凌特的LTC3251可在芯片上可實現(xiàn)擴頻操作。

　　便攜式設(shè)備的電源管理還涉及存儲、軟件的操作和漏電的控制等多個因素，都需要設(shè)計師仔細考慮。

　　顯示--絢麗真彩時代已經(jīng)來臨

　　從單顯到多彩再到目前的真彩顯示乃至未來的OLED顯示，絢麗多姿的顯示畫面讓便攜式設(shè)備增色不少，目前，就連MP3音頻播放器也開始采用OLED顯示方式，可見顯示的重要性。

　　現(xiàn)今便攜式設(shè)備主要的顯示方式是采用STN和TFT LCD，在手機領(lǐng)域，主要的顯示方式還是color STN。但在數(shù)碼相機領(lǐng)域，主要采用TFT LCD顯示，而且在2003年，柯達就推出了采用OLED顯示的數(shù)碼相機。作為公認的未來顯示主流技術(shù)，業(yè)界對OLED渴望已久。“但OLED的缺點是壽命短，目前只能達到5000小時。”信利半導體公司一位負責人表示。

　　由于在亮度、對比度、色彩、厚度和功耗方面有出色的表現(xiàn)，消費者對OLED仍表示了期待。許多便攜式設(shè)備器件供應商如處理器供應商、電源器件供應商都對OLED表示了支持，紛紛宣布自己的產(chǎn)品支持這新興顯示方式，但專利和壽命制約了該技術(shù)的發(fā)展。市場上只有為數(shù)不多的便攜式產(chǎn)品采用這一顯示方式。

　　但OLED市場還是保持了高速增長勢態(tài)，iSuppli的數(shù)據(jù)顯示，2005年OLED面板的銷售收入將較2004年增長50.7%，達到6.15億美元。銷售量將再次幾乎翻番，達到6000萬部。而到2011年，OLED面板的銷售量將增長到3.41億，銷售收入將達到29億美元。

　　不過，隨著2005年柯達的幾項重要材料專利將過期，該公司正逐步開放其專利，隨著越來越多的公司加入OLED的生態(tài)鏈，預計其大規(guī)模普及已經(jīng)為時不遠了。

　　嵌入式軟件----讓便攜式設(shè)備變得更加智能

　　如同PC軟件一樣，嵌入式軟件的應用將使便攜式設(shè)備變得更加智能。通過軟件，便攜式設(shè)備將實現(xiàn)更多豐富的功能。

　　目前，在便攜式設(shè)備中應用最多的還僅是操作系統(tǒng)。現(xiàn)今，主要有四大操作系統(tǒng)應用于便攜式設(shè)備，它們是Symbian、Linux、Palm OS 和微軟的Windows Mobile，最新的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在智能手機領(lǐng)域，應用最多的還是Symbian，市場占有率超過了76%，但是Linux操作系統(tǒng)增長很快，已有去年的3.4%增長到13.7%，成為第二大操作系統(tǒng)。

　　隨著消費電子設(shè)備日益智能化，操作系統(tǒng)軟件的左右日益凸現(xiàn)。全球軟件巨頭微軟近日就與東芝合作，欲將其Window CE應用于消費電子設(shè)備高清DVD中。微軟還希望開發(fā)軟件支持家用消費電子設(shè)備之間的互操作和組網(wǎng)。

　　便攜式設(shè)備作為最常用的家用設(shè)備，未來其操作系統(tǒng)應當考慮這些需求。奇趣科技移動及嵌入式解決方案部產(chǎn)品總監(jiān)Adam Lawson表示：“便攜式設(shè)備操作系統(tǒng)關(guān)注的重點主要是小型化、多任務、易用性、易于下載/安裝/移除第三方應用軟件、組網(wǎng)、多媒體支持、游戲、數(shù)據(jù)共享、安全和防病毒等。”

　　他指出，便攜式設(shè)備操作系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢是：操作系統(tǒng)供應商會開發(fā)或集成他們自己的軟件開發(fā)工具，設(shè)備供應商會尋找可擴展的、互操作性好的、兼容性好的操作系統(tǒng)，這個操作系統(tǒng)還要能不同設(shè)備和芯片上工作;更快更低成本的硅架構(gòu)會青睞Linux解決方案;而Linux會走向成熟并解決互操作性問題。

　　他表示奇趣科技的Qtopia嵌入式Linux解決方案可以提供通用性的應用平臺，也可以用于特定的垂直市場，可在功能、效率、軟件大小方面提供很好的折中。