智能手機省電秘訣：看如何從設計源頭來(lái)降低功耗

　　通過(guò)微細化獲得可行對策

　　2013年前后有望實(shí)現實(shí)用化的，是切換不同微架構CPU內核的方法。英國ARM公司發(fā)布了可以切換使用相同指令集架構CPU內核群的“big.LITTLE”技術(shù)（圖10）。通過(guò)混合使用為提高最高性能而開(kāi)發(fā)的A15內核，以及為優(yōu)先提高電力效率而開(kāi)發(fā)的A7內核，兼顧了負荷較小時(shí)的低電力運行和負荷較大時(shí)的高性能運行 注2）。兩種內核在寄存器范圍等方面存在差異，不過(guò)這種差異可以利用二者配備的虛擬支援機構吸收?！霸谕幻堵闫匣燧d制造工藝各異的電路可能會(huì )增加掩模費用。將來(lái)采用閾值較少的big.LITTLE的廠(chǎng)商應該會(huì )增加”（某半導體廠(chǎng)商的技術(shù)人員）。

　　圖10：在不同架構的CPU中切換使用的“big.LITTLE”

　　ARM公司正在開(kāi)發(fā)可以切換使用指令集兼容的Cortex-A15內核群和Cortex-A7內核群的“big.LITTLE”技術(shù)。處理負荷較低時(shí)利用電力效率較高的A7內核群，負荷較高時(shí)利用單位頻率的處理性能較高的A15內核。

　　注2） big.LITTLE技術(shù)有切換使用A15內核和A7內核的“Task Migration”模式，以及同時(shí)運行A15內核和A7內核的“MP”模式。MP模式需要擴展OS的調度器（Scheduler），ARM公司正面向big.LITLLE的實(shí)用化時(shí)間進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　混合化得以推進(jìn)的背景在于，CPU內核在處理器上所占的面積比例減小。在目前的雙核產(chǎn)品中，CPU內核的面積只占整體的1～2成。今后，如果電路面積也隨著(zhù)半導體的進(jìn)一步微細化而出現充?？臻g，GPU內核等其他電路也有望采用混合構造?！　?strong>顯示器——大屏幕和高精細化不斷增加功耗，液晶及有機EL均瞄準耗電量減半

　　圖11：耗電量高的智能手機用面板

　　智能手機配備的液晶面板或有機EL面板的耗電量超過(guò)了600mW。圖中為各終端廠(chǎng)商通過(guò)實(shí)施圖像處理等降低耗電量的情況。（圖中的面板耗電量為L(cháng)G顯示器的數據）

　　加之智能手機不以語(yǔ)音通話(huà)為主，而主要是用于Web網(wǎng)站瀏覽和郵件收發(fā)，這種用法的改變，使得顯示面板會(huì )一直保持點(diǎn)亮狀態(tài)?？梢哉f(shuō)，一直消耗著(zhù)600mW以上電力的顯示面板是令智能手機電池耐久性惡化的主要原因。

　　目前是以圖像處理來(lái)降低耗電量

　　如果只單純配備耗電量超過(guò)600mW的顯示面板，智能手機是無(wú)法避免電池驅動(dòng)時(shí)間太短的問(wèn)題的。各終端廠(chǎng)商現在是通過(guò)實(shí)施諸如相對于輸入影像信號及周?chē)炼鹊馁が斝Ｕ约爱?huà)面亮度控制等圖像處理，來(lái)降低顯示面板耗電量的。

　　由圖像處理降低顯示面板耗電量的方法“在普通手機上從2008年前后開(kāi)始導入，隨著(zhù)顯示面板的大屏幕化和高精細化，能夠更加精細地進(jìn)行控制”（NEC卡西歐移動(dòng)的并木）。

　　配備有機EL面板的智能手機除圖像處理外，還在顯示內容方面下了工夫。通過(guò)在菜單畫(huà)面等上以黑色顯示背景，以白色顯示文字，減小了白顯示在畫(huà)面整體所占的面積?？梢哉f(shuō)這是全白顯示時(shí)的耗電量高的“有機EL面板機型必須要做的處理”（NEC卡西歐移動(dòng)的并木）。

　　高精細化變成瓶頸

　　盡管終端廠(chǎng)商采取了措施，但據稱(chēng)在瀏覽Web網(wǎng)站時(shí)顯示面板的耗電量“仍占智能手機整體的約3成”（多家終端廠(chǎng)商）。要想從根本上解決問(wèn)題，需要降低顯示面板自身的耗電量。

　　但從面板廠(chǎng)商的開(kāi)發(fā)動(dòng)向來(lái)看，智能手機用顯示面板的耗電量今后還可能進(jìn)一步增加。因為液晶面板等均在不斷推進(jìn)大屏幕化和高精細化。

　　目前，各終端廠(chǎng)商的高端機型開(kāi)始普遍采用分辨率在300ppi以上的顯示面板（圖12）。在2012年底～2013年，分辨率有可能會(huì )提高到近500ppi。精細度提高，單位像素的開(kāi)口率就會(huì )降低，耗電量就會(huì )進(jìn)一步增加。

　　圖12：精細度的提高，會(huì )使面板開(kāi)口率降低

　　智能手機配備的液晶面板不斷推進(jìn)大屏幕化和高精細化。隨著(zhù)分辨率的提高，面板開(kāi)口率逐漸降低。

　　各面板廠(chǎng)商需要開(kāi)發(fā)兼顧高精細化和低耗電量化的面板。雖然進(jìn)展緩慢，但液晶面板和有機EL面板均已開(kāi)始采取旨在大幅削減耗電量的措施。

　　已采用了多種技術(shù)

　　液晶面板通過(guò)控制液晶分子的電壓部分遮蔽背照燈光來(lái)表現灰階。降低耗電量的對策有增加面板開(kāi)口率、降低驅動(dòng)電壓、提高背照燈光源——白色LED的發(fā)光效率，以及提高光學(xué)材料性能等。耗電量的降低，正是這些措施“一點(diǎn)點(diǎn)積累的結果”（日立顯示器）注1）。

　　注1）東芝移動(dòng)顯示器、索尼移動(dòng)顯示器和日立顯示器三家公司2012年4月合并成了日本顯示器，本文中使用的是原公司名稱(chēng)。

　　現有智能手機用液晶面板已經(jīng)采用了多種低耗電量化技術(shù)（圖13）。顯示模式采用可提高開(kāi)口率的“FFS（fringe field switching）”方式*，驅動(dòng)元件采用載流子遷移率高、可小型化的低溫多晶硅（LTPS）TFT。光學(xué)部材使用了多片可提高亮度的薄膜。

　　*FFS方式＝與IPS方式一樣是橫向電場(chǎng)控制用顯示技術(shù)。與IPS方式不同的是，像素電極和通用電極配置在上下方向。中小型液晶面板大部分都采用FFS方式，但稱(chēng)為IPS方