無線芯片開發(fā)趨勢分析

新技術(shù)的發(fā)展都有它內(nèi)在的規(guī)律，無線技術(shù)的繁榮緣于人們對自由的追求。自由，與生存一樣是人與生俱來的需要。當人們發(fā)現(xiàn)電磁波可以幫助擺脫電纜的束縛自由傳遞信息，追逐自由的原始欲望讓無線通信變得越來越活躍，電纜只能讓出空中統(tǒng)治權(quán)成為孤獨的地下工作者。從最早期的電報、電臺演變到現(xiàn)在的3G、UWB、WLAN、GPS和數(shù)字電視，無線技術(shù)的發(fā)展讓信息傳輸?shù)膽?yīng)用日趨廣泛，帶給人們越來越多的全新體驗。無線技術(shù)無疑成為整個通信領(lǐng)域發(fā)展的重點，而通信芯片開發(fā)的重點自然集中在無線通信領(lǐng)域。

MTT-S IMS歸來話開發(fā)

射頻是無線信號的源頭，也是無線開發(fā)的基礎(chǔ)。無線射頻與微波傳輸市場伴隨著無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用而迅速成長，僅2006上半年的市場規(guī)模已經(jīng)接近200億美元。前段時間，記者有幸參加了在舊金山舉行的第29屆國際微波大會(IEEE MTT-S IMS)，作為年度射頻與微波領(lǐng)域最高規(guī)格的學(xué)術(shù)交流會，記者近距離接觸到了無線通信開發(fā)的新成果和新趨勢。

作為年度行業(yè)盛會，本次大會成為了各大廠商競逐新產(chǎn)品的舞臺，眾多新穎獨特、功能強大的新產(chǎn)品在展示各大廠商的先進科技實力的同時昭示了無線領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。從這些先進的產(chǎn)品中，我們可以粗略的感受到通信器件開發(fā)的整體趨勢，即：集成度更高、微型化、更穩(wěn)定、更高速、能耗更低以及操作更簡便。如何解決好3G和無線網(wǎng)絡(luò)功能的融合已經(jīng)成為射頻廠商所面臨的新問題，兼容3G和無線寬帶的雙模射頻收發(fā)產(chǎn)品必將成為市場的新生力量。隨著芯片集成度的增加和移動設(shè)備功能越來越強大，在芯片體積越來越小的趨勢下，射頻功能模塊將逐漸和其他功能模塊集成到一起，成為新的發(fā)射端功能單元。

作為無線信息的源頭，發(fā)端是所有無線產(chǎn)品必備的組件，而在高集成度和低能耗以及產(chǎn)品微型化的要求下，手機射頻(甚至多射頻)功能與控制電路集成在一個封裝芯片上是本次大會一個突出的技術(shù)革新。下一步的發(fā)展可能會將數(shù)字控制與時鐘電路繼續(xù)和射頻發(fā)端集成到一起，從而縮小尺寸、控制成本。在本次大會上，甚至有企業(yè)提出可以將手機中的天線轉(zhuǎn)換電路與控制模塊進行深度集成。隨著制作工藝的提升，射頻芯片封裝體積已經(jīng)全面從130nm向90nm過渡，而單封裝芯片所實現(xiàn)的功能則在不斷增加。未來移動設(shè)備在功能增加的同時尺寸有望在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再縮小20%~30%。

未來的無線產(chǎn)品開發(fā)將越來越注重智能化。隨著用戶對產(chǎn)品功能的要求越來越多，智能化設(shè)計已經(jīng)成為通信產(chǎn)品開發(fā)必不可少的組成部分。基于傳感器、AD轉(zhuǎn)換器和CMOS功放驅(qū)動等設(shè)備的智能化設(shè)計在大會上比比皆是，低成本、低功耗、大容量、短時延等特點讓智能化設(shè)計成為大會上最亮麗的一道風景。更為突出的是，基于單一設(shè)備的多用途單一解決方案產(chǎn)品可以在最大程度上發(fā)揮產(chǎn)品的功用，對節(jié)約開發(fā)成本、提高產(chǎn)品通用性具有很高的現(xiàn)實意義。

移動多媒體論壇探討手機未來

2006年8月10日，移動多媒體技術(shù)聯(lián)盟手機技術(shù)發(fā)展論壇在北京舉辦，國內(nèi)外知名運營商、芯片廠商、終端廠商等產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企事業(yè)單位參與了論壇。會上，來自各行業(yè)的專家學(xué)者和從業(yè)者紛紛對未來手機開發(fā)的需求和趨勢提出了自己的看法。

“手機已經(jīng)成為了信息社會人們高依賴度的裝備，而手機的發(fā)展脫離不了應(yīng)用，未來的手機應(yīng)該支持從簡單語音到寬帶多媒體廣泛的業(yè)務(wù)范圍?！?信產(chǎn)部電信研究院楊澤民院長在談到手機的發(fā)展趨勢時如此概括。多網(wǎng)漫游能力、傳感器體系、超距離域網(wǎng)、手機電視和對藍牙等技術(shù)的支持、娛樂業(yè)務(wù)和手機在硬件、軟件、開放性，以及將來人機之間的通訊都是手機開發(fā)必須考慮的因素。

移動終端開發(fā)的第一個趨勢是終端無線技術(shù)多模化。移動終端需要集成多種無線技術(shù)來支持各種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，甚至包括集成手機電視這樣的技術(shù)，如何保證手機的各種業(yè)務(wù)在不同制式平滑切換是未來手機開發(fā)面臨的主要問題。第二個趨勢是終端存儲容量越來越大。為了滿足各種多媒體業(yè)務(wù)的需求，包括辦公、各種應(yīng)用的需求，終端存儲量在包括內(nèi)存在內(nèi)的各方面需要有較大的提升。第三個趨勢是應(yīng)用多樣化，這要求多媒體處理能力、計算和存儲能力都進行較大的改善。終端將成為娛樂中心，包括內(nèi)置無線音樂、手機電視、聯(lián)網(wǎng)游戲以及聊天和博客功能，但目前缺乏統(tǒng)一的媒體播放器和業(yè)務(wù)適配器，這需要業(yè)務(wù)適配能力進一步提高。同時，開發(fā)過程中還需要統(tǒng)一終端本地連接技術(shù)及相關(guān)接口，有利于保護移動終端與PC、照相機等等電子設(shè)備進行更好的信息共享。

在本次移動多媒體手機論壇中，中星微張韻東副總裁探討了手機電視芯片的解決方案。從芯片的角度，手機電視應(yīng)用比把鈴聲、攝像頭、MP3、MP4集成到手機中更復(fù)雜。首先，手機電視是在手機中引入新的通訊系統(tǒng)，不只是簡單集成多媒體應(yīng)用；其次，要實現(xiàn)在手機上長時間觀看電視需要更低的功耗；再次，需要支持現(xiàn)有的多種標準并存，手機芯片解決方案需要具備多制式的支持功能。

目前的通用方案是用兩個芯片組成手機電視模塊，通過手機電視專有芯片接收信號，把模擬信號調(diào)制成數(shù)字信號，然后通過傳輸協(xié)議層到了多媒體的應(yīng)用處理芯片，最后利用業(yè)務(wù)處理芯片來進行信源解碼。這種方法芯片體積大成本高，最重要的是功耗過大，必須向兩個甚至一個芯片方案發(fā)展。芯片發(fā)展的兩個要素是低功耗和支持多制式，要做到低功耗，不僅僅需要在芯片的省電方面做文章，還需要關(guān)注不同層次、系統(tǒng)的電源管理和芯片、器件的電源管理方式。芯片內(nèi)置靈活、可編程的處理器和DSP以及可重構(gòu)的處理器技術(shù)是芯片如何支持多制式的一個關(guān)鍵，需要保證在芯片中間支持不同的信道、信源解碼，能夠?qū)崿F(xiàn)在毫秒級做切換。從目前的技術(shù)看，信道解碼跟信源解碼可以集成在一個芯片里面，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展可以實現(xiàn)低功耗，同時把YF部分留在數(shù)字芯片的外面，變成了兩個芯片的解決方案。

幾大廠商各抒己見

產(chǎn)品永遠是為了順應(yīng)潮流而生的，因此對通信芯片開發(fā)最有發(fā)言權(quán)的始終是處于行業(yè)領(lǐng)先地位的廠商。為此，我們采訪了行業(yè)內(nèi)幾家有代表性的企業(yè)，在廠商的眼中未來的無線開發(fā)趨勢發(fā)展將會呈現(xiàn)怎樣的風景。

作為業(yè)界主要的無線芯片供應(yīng)商，ADI射頻和無線業(yè)務(wù)部開發(fā)總監(jiān)Doug Grant認為無線芯片有兩個主要發(fā)展趨勢。一是降低低端“超低成本”手機的芯片組成本，目的是開發(fā)盡可能低成本的具有語音和短消息功能以及黑白顯示屏的基本手機，但是某些手機制造商發(fā)現(xiàn)這些芯片組不能提供轉(zhuǎn)向高級功能手機和系列產(chǎn)品的途徑。第二個發(fā)展趨勢是開發(fā)提高靈活性和增強功能的芯片組，能夠以提供盡可能多的好處提高手機產(chǎn)品的吸引力，但是存在的問題是所有的功能都需要非常高的功耗，從而會縮短手機的電池壽命。因此，高級功能的芯片組的發(fā)展趨勢是降低功耗。無線器件的發(fā)展趨勢與其他的半導(dǎo)體行業(yè)沒有太大區(qū)別：降低功耗、增加(和調(diào)整)功能、降低成本，以及為降低材料成本和減少元件數(shù)量提高集成度。有一點不同的地方是普遍的行業(yè)發(fā)展趨勢是提高速度——因為頻帶已經(jīng)用于大多數(shù)的無線系統(tǒng)，所以它與一般的處理器開發(fā)要求不同，以便為每一代產(chǎn)品都提高速度(盡管許多處理器制造商都已經(jīng)意識到多處理器系統(tǒng)比高速信號處理器系統(tǒng)更有前途)。

具體到手機芯片方面，低成本GSM/GPRS手機單芯片和單封裝解決方案已經(jīng)出現(xiàn)。所有的“單芯片”解決方案仍然需要外部閃存和功率放大器，其中有一些解決方案采用外部收發(fā)器IC以達到最佳性能，有些還需要外部電源管理IC。3G作為未來手機發(fā)展的焦點，市場上已經(jīng)出現(xiàn)符合所有3G標準的芯片組。大多數(shù)UMTS芯片組都針對高端市場，而TD-SCDMA芯片組可用于所有檔次的手機。3G的難題是找到合適的功能設(shè)備以便充分利用3G網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢，同時降低成本以便使3G技術(shù)可以用于各檔次的手機。而WiMAX的難題是選擇適合該技術(shù)的最佳市場細分，以及開發(fā)出性能和功耗合理折衷的合適芯片組。

TI主要提供當今無線技術(shù)的核心器件，并構(gòu)建各種解決方案以滿足未來需求。從傳統(tǒng)的以語音為核心的移動電話到最先進的、功能豐富的 3G 設(shè)備，TI 推出了廣泛的半導(dǎo)體及軟件解決方案，滿足手持終端制造商、移動運營商以及應(yīng)用軟件開發(fā)商的要求。

TI無線產(chǎn)品銷售及市場經(jīng)理張磊用“集成度更高、功耗和成本更低”概括了未來通信芯片領(lǐng)域研發(fā)的最新趨勢。TI的DRP技術(shù)開發(fā)的初衷就是為了滿足這些要求：更低解決方案成本和精簡物料清單、更高系統(tǒng)性能、更長電池壽命、更小器件尺寸可實現(xiàn)外形更精巧的移動設(shè)備、高度靈活性能夠在市場條件允許的情況下集成多種無線電廣播元件以及可立刻投入制造的新型交鑰匙 (turn-key) 型解決方案能夠顯著簡化無線設(shè)計人員的設(shè)計與測試工作。對于手持終端制造商，DRP 技術(shù)能夠顯著縮小板級空間，并進一步延長電池使用壽命。與傳統(tǒng)的 RF 設(shè)計相比，DRP 技術(shù)可將功耗、裸片面積以及系統(tǒng)板級空間等節(jié)省 50％。

有助于降低成本的集成器件具有一體化封裝、一體化存儲器子系統(tǒng)和一體化電源管理器件等特點。因此集成解決方案與可配合外部調(diào)制解調(diào)器的獨立應(yīng)用處理器方案相比具有更大的優(yōu)勢，比如TI的OMAPV2230 基帶可同時為 GSM/GPRS/EDGE 以及 WCDMA 提供支持，而就目前市場上的許多電話而言，上述基帶標準仍然是彼此獨立的。

作為手機芯片領(lǐng)先的提供商，張磊認為手機市場將在兩大領(lǐng)域保持快速發(fā)展，一個是成本不足 30 美元的超低成本移動電話市場，其中重要的一個發(fā)展方向就是能大幅降低功耗與成本的同時，還可顯著節(jié)約電路板面積和硅芯片面積。另一個增長點是便攜式音樂／多媒體移動電話市場，各種消費類及企業(yè)應(yīng)用如移動電視、3D 游戲、電子郵件、音視頻附件、Web 瀏覽與下載以及視頻會議等將成為移動電話市場新的發(fā)展動力。

高通公司作為3G標準的主要專利持有者，目前也開始大規(guī)模涉足通信芯片開發(fā)領(lǐng)域。對于未來通信芯片研發(fā)重點的3G手機芯片開發(fā)，對標準了然于心的高通公司的經(jīng)驗更具有代表性。

高通認為通信芯片領(lǐng)域研發(fā)的趨勢主要集中在兩點。第一，下一代芯片將有更強的多媒體功能、更清晰的畫面、更高的分辨率。芯片的功能將支持更清晰的VGA顯示畫面(VGA將會是現(xiàn)在QVGA分辨率的4倍)，還將會支持600萬像素的照相機。第二，芯片高度集成。高通公司一直在努力創(chuàng)造新的移動功能，并將多項功能融合到一種設(shè)備上，從而在全世界將下一代無線技術(shù)不斷推向新的高度。我們提供給客戶的手機芯片是完整的芯片、全方位的解決方案，包括調(diào)制解調(diào)器、多媒體功能、射頻功能、接收功能、傳輸功能、能耗管理等所有功能全部被集成在一個芯片上。

隨著通信芯片支持越來越高的多媒體功能，這個發(fā)展過程也給手機芯片提出了一些新的問題和挑戰(zhàn)。例如，如何實現(xiàn)低耗電量是非常重要的一個問題。高通公司在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的時候有三項措施：第一、把軟件變成硬件，把更多的多媒體功能直接植入芯片可以降低了對能源的消耗；第二、電源管理的重要性；第三、降低電耗的技術(shù)，例如制造工藝從130納米到90納米，再到65納米。2006年4月5日，高通公司提前推出了針對CDMA2000 1xEV-DO Revision A網(wǎng)絡(luò)的65納米MSM6800芯片組樣片，處理技術(shù)可以支持高度集成、低功耗、更小巧但功能豐富的設(shè)備。

在手機處理器方面，高通公司的“Scorpion”移動微處理器集成了Mobile Station Modem(MSM)解決方案，功耗與性能比十分出眾，使移動手機處理能力可以與PC相媲美。這種微處理器還具備精密復(fù)雜的微體系結(jié)構(gòu)和先進的電源管理以及線路設(shè)計技術(shù)，用于新增的多媒體性能，而這正是下一代高級移動設(shè)備的一項重要要求。

結(jié)語

通信器件的研發(fā)(R&D)將隨著技術(shù)的進步和市場需求的變化而不斷發(fā)展，但未來的研發(fā)已經(jīng)遠遠不止是簡單地開發(fā)通信器件，器件開發(fā)商需要與手機制造商聯(lián)合以便確定能夠提供適當功能的必要性能，而手機制造商需要得到幫助才能使元器件正確地配合工作。這就意味著軟件和硬件參考設(shè)計將變得越來越重要。與此同時，開發(fā)商還需要在數(shù)字處理器體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計、模擬IC設(shè)計和RF設(shè)計方面具有很強的技能。

據(jù)統(tǒng)計，深圳已經(jīng)成為全球手機之都，我國也成為了世界通信產(chǎn)品生產(chǎn)基地，只是我們的基礎(chǔ)研發(fā)水平還遠遠落后于世界。如何利用現(xiàn)有的生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)勢來幫助提高我們自己的基礎(chǔ)器件研發(fā)水平是需要我們進行深入思考的問題，畢竟代工只是權(quán)宜之計，只有握住科技的脈搏才能更好地為信息產(chǎn)業(yè)的茁壯成長開出良方。