移動(dòng)與運算融合高通新處理器強打整合牌

　　高通正積極打造終極SoC，滿(mǎn)足行動(dòng)與運算裝置融合新趨勢。行動(dòng)與運算裝置的界線(xiàn)愈來(lái)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。為此，高通已計劃在2013年發(fā)布新一代處理器微架構，以提高SoC整合度。

　　乘著(zhù)2012年營(yíng)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(fǎng)位于美國圣地牙哥的高通大本營(yíng);并針對應用處理器、無(wú)線(xiàn)通訊晶片、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)，以及行動(dòng)作業(yè)系統、擴增實(shí)境(AR)等軟體發(fā)展動(dòng)態(tài)舉行多場(chǎng)演講，揭示該公司未來(lái)在行動(dòng)市場(chǎng)的重要戰略。

　　一踏進(jìn)高通總部，映入眼簾就是整片貼滿(mǎn)專(zhuān)利的大墻，涵蓋3G、長(cháng)程演進(jìn)計劃(LTE)、無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)路(Wi-Fi)、數位訊號處理器(DSP)、射頻( RF)與系統單晶片(SoC)設計架構等各個(gè)層面，展現其堅強技術(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(yíng)收表現也屢傳捷報;甚至在2012年11月站上全球半導體廠(chǎng)市值第一寶座，拉下盤(pán)據王位已久的英特爾(Intel)，正式揭開(kāi)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，較適當的說(shuō)法是開(kāi)啟行動(dòng)與運算裝置融合設計的新風(fēng)氣。因此，可發(fā)現華碩、聯(lián)想、戴爾(Dell)與索尼(Sony)等PC品牌大廠(chǎng)，紛紛開(kāi)??發(fā)兼容PC與平板使用體驗的變形裝置，迎合消費市場(chǎng)轉變。

　　不可諱言，智慧型手機的普及正是助長(cháng)行動(dòng)與運算裝置合一風(fēng)氣的重要因素。隨著(zhù)消費者將一部分網(wǎng)路瀏覽、影像編輯等工作由PC轉移至智慧型手機上，導致晶片商、品牌廠(chǎng)須在低功耗前提下，持續推升手機運算效能。瞄準此一需求，高通也在2012年Editors' Week活動(dòng)中宣告，將改寫(xiě)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

　　面對行動(dòng)裝置日益嚴格的效能與功耗要求，高通近期已展開(kāi)處理器微架構革新，并計劃在既有中央處理器(CPU)與繪圖處理器(GPU)之外，再整合3G/4G數據機(Modem)、Wi-Fi、DSP、RF及全球衛星定位系統(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(yíng)運長(cháng)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(xiàn)正逐漸模糊，未來(lái)產(chǎn)品設計勢將朝兼容兩者優(yōu)點(diǎn)的方向前進(jìn)，因而為行動(dòng)晶片商帶來(lái)極大挑戰。除須快速推進(jìn)IC制程外，還須提升內部CPU、GPU、無(wú)線(xiàn)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，持續拉高整體運算效能。

　　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(kāi)新一代處理器微架構改造計劃，達成最佳化效能與功耗平衡。高通資深副總裁暨行銷(xiāo)長(cháng)Anand Chandrasekher補充，再過(guò)幾個(gè)月，高通將升級現有的Krait架構，打造新一代適合整合更多元異質(zhì)晶片的處理器設計框架，從而催生高整合、高效能又低功耗的SoC方案，助力行動(dòng)與電腦裝置匯流設計成形。

　　同時(shí)，行動(dòng)裝置品牌廠(chǎng)致力提升螢幕解析度達1,080p，并積極布局擴增實(shí)境應用，亦推升GPU、DSP功能升級需求。Chandrasekher指出，多數業(yè)者認為只要擴增GPU及DSP核心就能有效提升效能，但卻忽略整個(gè)系統運作的流暢度與功耗加劇的情形;相較之下，直接在SoC內整并GPU、DSP與CPU協(xié)同運作，便不須一味追求多核設計，即可改善影像、數位訊號處理延遲問(wèn)題(圖3)。

　　除針對SoC效能與功耗擬定新的研發(fā)戰略外，高通更計劃于2013年率先在行動(dòng)應用處理器中整并LTE-Advanced與802.11ac功能，提升無(wú)線(xiàn)通訊晶片規格，并持續發(fā)揮高整合SoC設計威力，解決行動(dòng)數據量暴漲問(wèn)題。

　　優(yōu)化行動(dòng)數據分流SoC整并LTE-A/11ac

　　隨著(zhù)行動(dòng)裝置快速普及，網(wǎng)路卸載(Offload)與分流機制已成通訊晶片、設備與電信商的布局重點(diǎn);為此，高通計劃于2013年量產(chǎn)支援載波聚合(Carrier Aggregation)的LTE- Advanced多頻多模晶片，并將結合802.11ac模組催生更強處理器平臺，一舉擴充聯(lián)網(wǎng)裝置的無(wú)線(xiàn)通訊頻寬與資訊分流功能。

　　高通行動(dòng)運算(QMC)資深行銷(xiāo)總監Peter Carson表示，LTE、802.11ac晶片與設備陸續到位，電信商也全速推動(dòng)商轉服務(wù)。然而，即便新標準傳輸速率翻倍，但受限于頻寬與覆蓋率不足，仍無(wú)法有效紓解資訊塞車(chē)問(wèn)題;因此，業(yè)界遂轉向發(fā)展網(wǎng)路分流方案，促進(jìn)Wi-Fi、3G/4G甚至LTE-Advanced等無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)協(xié)同運作，確保能隨時(shí)隨地提供用戶(hù)優(yōu)異的行動(dòng)聯(lián)網(wǎng)體驗。

　　然而，行動(dòng)裝置內建無(wú)線(xiàn)通訊功能包羅萬(wàn)象，所有可用頻段加總起來(lái)已超過(guò)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計帶來(lái)艱巨挑戰。

　　對此，高通已部署LTE數據機加Wi-Fi的高整合SoC方案，從而在有限空間內發(fā)揮最大聯(lián)網(wǎng)效能，并維持較低功耗，減輕散熱問(wèn)題。Carson指出，該公司旗下28奈米多核心行動(dòng)應用處理器平臺已成功結合3G/LTE多頻多模晶片，以及802.11ac、藍牙(Bluetooth)加調頻(FM)的Wi-Fi模組，并獲三百款裝置導入。

　　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，并運用該標準新增的載波聚合功能，擴增頻寬與頻譜使用效益;同時(shí)，也將延續與802.11ac晶片整合的SoC研發(fā)方針，更進(jìn)一步強化網(wǎng)路資訊分流機制，并縮減LTE-Advanced傳輸功耗。

　　據悉，LTE-Advanced載波聚合可在不同頻段中結合多重無(wú)線(xiàn)電頻道，系提升傳輸速率的關(guān)鍵推手，可顯著(zhù)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到20MHz頻寬，從而利用低頻訊號穿透力較佳的優(yōu)勢，擴大訊號覆蓋率。

　　除硬體邁向高速、高整合設計外，要實(shí)現LTE-Advanced與W??i-Fi分流架構，還須加強軟體安全性。Carson透露，現階段業(yè)界已開(kāi)始研擬IP網(wǎng)路、無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)路協(xié)同作業(yè)的新標準，期明確定義相關(guān)的軟體層規格特性，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(wú)線(xiàn)通訊分流機制推展腳步。

　　技術(shù)屏障高SoC整合設計挑戰艱巨

　　高整合SoC設計雖有其優(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，還要擴充矽智財(IP)陣容與先進(jìn)制程研發(fā)能力，才能順利實(shí)現。

　　Chandrasekher指出，高通近2年來(lái)均挹注20%以上營(yíng)收，專(zhuān)攻晶片研發(fā)，且擁有強大的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(guò)加入異質(zhì)系統架構(HSA)基金會(huì )，與業(yè)界合作伙伴共同催生最佳化異質(zhì)晶片軟硬體設計架構。

　　SoC設計固然重要，亦是高通一貫的產(chǎn)品布局重點(diǎn)，但要持續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設計極限。

　　Chandrasekher進(jìn)一步強調，半導體制程進(jìn)化與SoC架構改良將相輔相成，缺一不可?，F階段，高通已投注大量資金與各大晶圓廠(chǎng)合作布局20奈米以下晶片，對延續摩爾定律的發(fā)展極具信心。