移動(dòng)設備中的功率管理之節能（一）

作者：時(shí)間：2013-01-19 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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　　問(wèn)題和挑戰

　　高性能的產(chǎn)品往往功耗也很高。設計人員的目標就是在某個(gè)特定設計中找到性能和功耗之間的完美平衡。當高速度成為產(chǎn)品的必需特征時(shí)，就需要實(shí)現性能的優(yōu)化，并解決一切其它問(wèn)題以實(shí)現低功耗。在系統級、芯片級甚至是晶體管級設計中，有很多設計和制程方法可以實(shí)現經(jīng)濟型性能，達到較長(cháng)的電池壽命。

　　縮小技術(shù)差距

　　圖1總結了當前移動(dòng)設備行業(yè)面臨的主要挑戰。1G、2G、3G和4G四代技術(shù)的階梯函數反映了蜂窩式傳輸技術(shù)在速度上的改進(jìn)。這種情況也應驗了Shannon定律：即8個(gè)半月之內傳輸速率會(huì )提高一倍。根據摩爾定律，半導體廠(chǎng)家需要18個(gè)月來(lái)將晶體管的數量翻倍，從而將微處理器性能提高一倍；電池廠(chǎng)商需要5－10年的時(shí)間來(lái)在電池密度上實(shí)現較大的增加；而存儲器存取速度則需要每隔12年才能夠增高一倍。

　　圖1：主要技術(shù)差距

　　這些差距體現了移動(dòng)設備行業(yè)面臨的挑戰，包括：

　　微處理器和存儲帶寬的差距

　　功耗降低的差距

　　算法復雜性的差距

　　這些差距是移動(dòng)設備實(shí)現成功商業(yè)化所要面臨的主要障礙。為了提供未來(lái)網(wǎng)絡(luò )所需要的先進(jìn)功能和服務(wù)，正如關(guān)于算法復雜性的Shannon定律所預測的一樣，系統性能改進(jìn)的速度必須高于摩爾定律中規定的速度，而不會(huì )擴大功耗。

　　在移動(dòng)設備領(lǐng)域，人們以前一般是通過(guò)提高每個(gè)指令的效率或者同時(shí)執行多個(gè)指令來(lái)解決這一問(wèn)題。但Shannon定律和摩爾定律之間差距的日益擴大，意味著(zhù)光靠增加晶體管和提高頻率已經(jīng)無(wú)法將之縮小了。

　　保持常啟，永不斷電：移動(dòng)時(shí)代的矛盾理論

　　掌上便攜式設備讓人們可以隨時(shí)隨地使用，卻也讓人們受到了電源線(xiàn)、插頭和插口的限制。帶多模式廣播、彩色顯示屏、3D音效、視頻和游戲功能的高端設備要求電池在不充電的情況下?lián)碛懈嗄芰?。人們的感覺(jué)從一直能夠接觸到電源的踏實(shí)感，變成電源遠離帶來(lái)的無(wú)助感。

　　便攜式設備的用戶(hù)儼然已經(jīng)成為了“插口獵人”。他們總是在機場(chǎng)、酒店、會(huì )議室和家里四處尋找電源插口，給便攜式設備充電。

　　給電池充電成為了人們新的例行公事。電源板上插滿(mǎn)了便攜式電子設備，就像在食槽里吃東西的動(dòng)物。在你睡覺(jué)之前，必須把手持設備和手機插到插座上充電。而數碼相機和iPod播放器也在墻壁插座上爭奪地盤(pán)。人們的通勤時(shí)間變成了關(guān)鍵的充電時(shí)間。

　　你總能夠看到穿著(zhù)講究的專(zhuān)業(yè)人士守在需要充電的設備旁邊。旅行者的包里總是裝著(zhù)大把的充電器。在消費電子領(lǐng)域，充電已經(jīng)成為了最少被提及卻絕對最重要的話(huà)題。

　　電池的容量每年都在擴大，電路的發(fā)展也讓設備的功效不斷提高。但電池仍然不能滿(mǎn)足人們對于使用時(shí)間的不斷增加的期望。

　　達到電池壽命和性能、成本之間的平衡

　　移動(dòng)電子消費者已經(jīng)習慣了音頻產(chǎn)品的大小、重量、成本和電池壽命。新的產(chǎn)品無(wú)論具備什么功能，都會(huì )被人們以這些已有的因素來(lái)衡量。新型的以數據為核心的產(chǎn)品，如果與現有的音頻產(chǎn)品相比有任何退步，都會(huì )影響它的推廣。一個(gè)能夠提供高速數據率的移動(dòng)產(chǎn)品，需要更強大的計算功能和更大的RF功耗，從而必定導致更短的電池使用壽命。

　　在這一方面，每種技術(shù)都有會(huì )影響電池使用壽命的特殊的能量要求。電池技術(shù)的進(jìn)步將改進(jìn)所有的無(wú)線(xiàn)電接入技術(shù)，因此，現有的各種技術(shù)在使用電池能量的方式上的差異，很可能將持續一段時(shí)間。

　　圖2展示了不同傳輸技術(shù)的峰值功耗對比。其中的數值考慮了數字處理和RF兩個(gè)因素。

　　圖2：各種蜂窩通信技術(shù)的移動(dòng)功耗對比。