移動(dòng)與運(yùn)算融合高通新處理器強(qiáng)打整合牌

高通正積極打造終極SoC，滿足行動(dòng)與運(yùn)算裝置融合新趨勢。行動(dòng)與運(yùn)算裝置的界線愈來愈模糊，使得晶片商除須致力提升處理器效能外，亦得兼顧低功耗表現(xiàn)。為此，高通已計(jì)劃在2013年發(fā)布新一代處理器微架構(gòu)，以提高SoC整合度。
乘著2012年?duì)I收創(chuàng)新高的氣勢，高通(Qualcomm)特別舉辦2012年Editors' Week活動(dòng)，廣邀全球記者參訪位于美國圣地牙哥的高通大本營;并針對應(yīng)用處理器、無線通訊晶片、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)，以及行動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)、擴(kuò)增實(shí)境(AR)等軟體發(fā)展動(dòng)態(tài)舉行多場演講，揭示該公司未來在行動(dòng)市場的重要戰(zhàn)略。
一踏進(jìn)高通總部，映入眼簾就是整片貼滿專利的大墻，涵蓋3G、長程演進(jìn)計(jì)劃(LTE)、無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)、數(shù)位訊號處理器(DSP)、射頻( RF)與系統(tǒng)單晶片(SoC)設(shè)計(jì)架構(gòu)等各個(gè)層面，展現(xiàn)其堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)實(shí)力。的確，高通在行動(dòng)晶片領(lǐng)域的地位不容忽視，拜行動(dòng)裝置快速普及之賜，該公司營收表現(xiàn)也屢傳捷報(bào);甚至在2012年11月站上全球半導(dǎo)體廠市值第一寶座，拉下盤據(jù)王位已久的英特爾(Intel)，正式揭開以行動(dòng)裝置為核心的“后PC時(shí)代”序幕。
其實(shí)，后PC時(shí)代并非意味個(gè)人電腦的終結(jié)，較適當(dāng)?shù)恼f法是開啟行動(dòng)與運(yùn)算裝置融合設(shè)計(jì)的新風(fēng)氣。因此，可發(fā)現(xiàn)華碩、聯(lián)想、戴爾(Dell)與索尼(Sony)等PC品牌大廠，紛紛開??發(fā)兼容PC與平板使用體驗(yàn)的變形裝置，迎合消費(fèi)市場轉(zhuǎn)變。
不可諱言，智慧型手機(jī)的普及正是助長行動(dòng)與運(yùn)算裝置合一風(fēng)氣的重要因素。隨著消費(fèi)者將一部分網(wǎng)路瀏覽、影像編輯等工作由PC轉(zhuǎn)移至智慧型手機(jī)上，導(dǎo)致晶片商、品牌廠須在低功耗前提下，持續(xù)推升手機(jī)運(yùn)算效能。瞄準(zhǔn)此一需求，高通也在2012年Editors' Week活動(dòng)中宣告，將改寫高整合處理器的定義，具備頂尖效能、超低耗電的SoC將于2013年亮相。
推升SoC整合度高通改造晶片微架構(gòu)
面對行動(dòng)裝置日益嚴(yán)格的效能與功耗要求，高通近期已展開處理器微架構(gòu)革新，并計(jì)劃在既有中央處理器(CPU)與繪圖處理器(GPU)之外，再整合3G/4G數(shù)據(jù)機(jī)(Modem)、Wi-Fi、DSP、RF及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)晶片(圖1)，甚至是觸控與感測器晶片等，期打造兼顧效能與功耗，且整合度更高的SoC。
高通總裁暨營運(yùn)長Steve Mollenkopf(圖2)表示，Windows 8/RT正式亮相后，行動(dòng)裝置與PC之間的界線正逐漸模糊，未來產(chǎn)品設(shè)計(jì)勢將朝兼容兩者優(yōu)點(diǎn)的方向前進(jìn)，因而為行動(dòng)晶片商帶來極大挑戰(zhàn)。除須快速推進(jìn)IC制程外，還須提升內(nèi)部CPU、GPU、無線通訊及定位晶片的整合度，方能讓SoC在維持低功耗、小尺寸的前提下，持續(xù)拉高整體運(yùn)算效能。
也因此，高通正聚焦20奈米(nm)以下先進(jìn)制程晶片研發(fā)，同時(shí)也展開新一代處理器微架構(gòu)改造計(jì)劃，達(dá)成最佳化效能與功耗平衡。高通資深副總裁暨行銷長Anand Chandrasekher補(bǔ)充，再過幾個(gè)月，高通將升級現(xiàn)有的Krait架構(gòu)，打造新一代適合整合更多元異質(zhì)晶片的處理器設(shè)計(jì)框架，從而催生高整合、高效能又低功耗的SoC方案，助力行動(dòng)與電腦裝置匯流設(shè)計(jì)成形。
同時(shí)，行動(dòng)裝置品牌廠致力提升螢?zāi)唤馕龆冗_(dá)1,080p，并積極布局?jǐn)U增實(shí)境應(yīng)用，亦推升GPU、DSP功能升級需求。Chandrasekher指出，多數(shù)業(yè)者認(rèn)為只要擴(kuò)增GPU及DSP核心就能有效提升效能，但卻忽略整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的流暢度與功耗加劇的情形;相較之下，直接在SoC內(nèi)整并GPU、DSP與CPU協(xié)同運(yùn)作，便不須一味追求多核設(shè)計(jì)，即可改善影像、數(shù)位訊號處理延遲問題(圖3)。
除針對SoC效能與功耗擬定新的研發(fā)戰(zhàn)略外，高通更計(jì)劃于2013年率先在行動(dòng)應(yīng)用處理器中整并LTE-Advanced與802.11ac功能，提升無線通訊晶片規(guī)格，并持續(xù)發(fā)揮高整合SoC設(shè)計(jì)威力，解決行動(dòng)數(shù)據(jù)量暴漲問題。
優(yōu)化行動(dòng)數(shù)據(jù)分流SoC整并LTE-A/11ac
隨著行動(dòng)裝置快速普及，網(wǎng)路卸載(Offload)與分流機(jī)制已成通訊晶片、設(shè)備與電信商的布局重點(diǎn);為此，高通計(jì)劃于2013年量產(chǎn)支援載波聚合(Carrier Aggregation)的LTE- Advanced多頻多模晶片，并將結(jié)合802.11ac模組催生更強(qiáng)處理器平臺，一舉擴(kuò)充聯(lián)網(wǎng)裝置的無線通訊頻寬與資訊分流功能。
高通行動(dòng)運(yùn)算(QMC)資深行銷總監(jiān)Peter Carson表示，LTE、802.11ac晶片與設(shè)備陸續(xù)到位，電信商也全速推動(dòng)商轉(zhuǎn)服務(wù)。然而，即便新標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率翻倍，但受限于頻寬與覆蓋率不足，仍無法有效紓解資訊塞車問題;因此，業(yè)界遂轉(zhuǎn)向發(fā)展網(wǎng)路分流方案，促進(jìn)Wi-Fi、3G/4G甚至LTE-Advanced等無線通訊技術(shù)協(xié)同運(yùn)作，確保能隨時(shí)隨地提供用戶優(yōu)異的行動(dòng)聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)。
然而，行動(dòng)裝置內(nèi)建無線通訊功能包羅萬象，所有可用頻段加總起來已超過二十個(gè);還要在3G/4G頻寬吃緊時(shí)，安全換手(Handover)至Wi-Fi分流，勢將為晶片軟硬體設(shè)計(jì)帶來艱巨挑戰(zhàn)。
對此，高通已部署LTE數(shù)據(jù)機(jī)加Wi-Fi的高整合SoC方案，從而在有限空間內(nèi)發(fā)揮最大聯(lián)網(wǎng)效能，并維持較低功耗，減輕散熱問題。Carson指出，該公司旗下28奈米多核心行動(dòng)應(yīng)用處理器平臺已成功結(jié)合3G/LTE多頻多模晶片，以及802.11ac、藍(lán)牙(Bluetooth)加調(diào)頻(FM)的Wi-Fi模組，并獲三百款裝置導(dǎo)入。
2013年，高通則將領(lǐng)先業(yè)界發(fā)布首款LTE-Advanced產(chǎn)品，大幅提高傳輸速率，并運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)新增的載波聚合功能，擴(kuò)增頻寬與頻譜使用效益;同時(shí)，也將延續(xù)與802.11ac晶片整合的SoC研發(fā)方針，更進(jìn)一步強(qiáng)化網(wǎng)路資訊分流機(jī)制，并縮減LTE-Advanced傳輸功耗。
據(jù)悉，LTE-Advanced載波聚合可在不同頻段中結(jié)合多重?zé)o線電頻道，系提升傳輸速率的關(guān)鍵推手，可顯著減少資訊延遲。此外，該功能亦可助力電信商整并較松散的低頻頻譜達(dá)到20MHz頻寬，從而利用低頻訊號穿透力較佳的優(yōu)勢，擴(kuò)大訊號覆蓋率。
除硬體邁向高速、高整合設(shè)計(jì)外，要實(shí)現(xiàn)LTE-Advanced與W??i-Fi分流架構(gòu)，還須加強(qiáng)軟體安全性。Carson透露，現(xiàn)階段業(yè)界已開始研擬IP網(wǎng)路、無線電網(wǎng)路協(xié)同作業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)，期明確定義相關(guān)的軟體層規(guī)格特性，確保網(wǎng)路換手時(shí)不會(huì)產(chǎn)生資訊流失或外泄疑慮，進(jìn)而加快無線通訊分流機(jī)制推展腳步。
技術(shù)屏障高SoC整合設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)艱巨
高整合SoC設(shè)計(jì)雖有其優(yōu)勢，但此種方案對高通以外的晶片業(yè)者而言，不僅須投入大量研發(fā)人力、資金，還要擴(kuò)充矽智財(cái)(IP)陣容與先進(jìn)制程研發(fā)能力，才能順利實(shí)現(xiàn)。
Chandrasekher指出，高通近2年來均挹注20%以上營收，專攻晶片研發(fā)，且擁有強(qiáng)大的IP陣容，遂能順利發(fā)展高整合度SoC，提供業(yè)界高性能、低耗電產(chǎn)品。同時(shí)也透過加入異質(zhì)系統(tǒng)架構(gòu)(HSA)基金會(huì)，與業(yè)界合作伙伴共同催生最佳化異質(zhì)晶片軟硬體設(shè)計(jì)架構(gòu)。[!--empirenews.page--]
SoC設(shè)計(jì)固然重要，亦是高通一貫的產(chǎn)品布局重點(diǎn)，但要持續(xù)降低晶片制造成本與功耗，仍須借微縮制程或引進(jìn)大尺寸晶圓技術(shù)，提高電晶體密度，才能跨越SoC設(shè)計(jì)極限。
Chandrasekher進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，半導(dǎo)體制程進(jìn)化與SoC架構(gòu)改良將相輔相成，缺一不可?，F(xiàn)階段，高通已投注大量資金與各大晶圓廠合作布局20奈米以下晶片，對延續(xù)摩爾定律的發(fā)展極具信心。