3G手機技術(shù)發(fā)展與設計架構(1)

　　當2G繁華日漸消退、3G曙光顯現之際，3G通訊競爭則是充滿(mǎn)變數；展望未來(lái)，3G技術(shù)誰(shuí)將主宰沉??？攤開(kāi)各大市調研究機構對于行動(dòng)通訊報告，從中不難發(fā)現對3G手機發(fā)展大都抱持樂(lè )觀(guān)想法。例如，行動(dòng)電話(huà)半導體市場(chǎng)在2009年時(shí)規模將上看400億美元，3G手機用晶片數量也遠高于目前2G手機…等趨勢。

　　雖然還沒(méi)有一個(gè)單位或專(zhuān)家能精確地預測出3G行動(dòng)電話(huà)大展鴻圖時(shí)刻，但…眾多通訊業(yè)者早已虎視眈眈，專(zhuān)心研發(fā)自家產(chǎn)品，期望能在下一個(gè)手機新通訊時(shí)代中佔有一席之地。

　　■3G手機晶片廠(chǎng)商摩拳擦掌　有備而來(lái)

　　隨著(zhù)UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）手機（涵蓋日本以亞洲所稱(chēng)的「W-CDMA」以及歐規TD-CDMA的「UMTS TDD」），已在2005年逐漸發(fā)展出其概略雛形，并在2006年其趨勢已大勢底定。因此，可以見(jiàn)到各級3G晶片大廠(chǎng)開(kāi)始針對3G市場(chǎng)做了各式佈局，以便在市場(chǎng)成熟之際來(lái)個(gè)躬逢其盛。比方說(shuō)，在3G晶片最受矚目的德州儀器（TI）及高通（Qualcomm）龍頭寶座競爭值得期待之外，另有易利信手機技術(shù)平臺事業(yè)部（EMP）、飛思卡爾（Freescale）、英飛凌（Infineon）及Agere等業(yè)者也都來(lái)頭不小，大舉進(jìn)駐3G晶片市場(chǎng)。甚至在全球個(gè)人電腦銷(xiāo)售逐漸趨緩下，IT巨人英特爾（Intel）也挾著(zhù)雄厚研發(fā)實(shí)力及人脈，試圖進(jìn)攻3G手機用處理器市場(chǎng)。

　　■收購重組、策略投資　全面攻略3G巨大商機

　　事實(shí)上，以英飛凌、飛思卡爾…等廠(chǎng)商在3G晶片市場(chǎng)積極與耀眼表現，除了能夠揮別過(guò)去2G／2.5G通訊時(shí)代獨大廠(chǎng)商壟斷陰影，更能為自家廠(chǎng)商發(fā)展出另一番格局。不過(guò)…要能進(jìn)入3G晶片市場(chǎng)不是一件簡(jiǎn)單的事情，這些廠(chǎng)商要能快速發(fā)展出既成熟又創(chuàng )新解決方案之際，還得要面對德州儀器及高通兩大主力在市場(chǎng)上的挑戰。

　　3G手機現在已經(jīng)可以被歸類(lèi)為一項應用平臺，無(wú)論是客戶(hù)還是電信運營(yíng)商都可以做多種配置的選擇，例如：影像傳輸、MP3播放、通話(huà)等功能都能藉由這個(gè)平臺來(lái)加以實(shí)現。在如此激烈地競爭之下，當國際級廠(chǎng)商發(fā)展到某種程度時(shí)，難免總會(huì )出現創(chuàng )新匱乏；因此，便有了合併／收購趨勢，再向下細分領(lǐng)域具有創(chuàng )新技術(shù)的小中型廠(chǎng)商，將可擴大廠(chǎng)商的創(chuàng )新研發(fā)能力的最佳途徑，也是3G廠(chǎng)商藉以增加知識產(chǎn)權優(yōu)勢一種方式。至于這些被合併／收購的中小型廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，當在市場(chǎng)上發(fā)展到一定規模后，欲再進(jìn)一步提升，將可能面臨到技術(shù)門(mén)檻、資金缺口及市場(chǎng)行銷(xiāo)等多方面限制，若能以合併／收購方式，或許能尋覓到一個(gè)可靠的大公司，這也不失為是一項明智抉擇。

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，收購途徑或許是廠(chǎng)商發(fā)展的一項自然法則；不過(guò)話(huà)說(shuō)回來(lái)，單以收購方式來(lái)加快進(jìn)入市場(chǎng)速度，相對而言其成本也相當可觀(guān)。因此，除了收購方式之外，另外再建構合資企業(yè)，除了可以共同研擬市場(chǎng)投資戰略，還能建立戰略聯(lián)盟，也是一項具時(shí)效性的方法。當3G手機跨足商機巨大通訊市場(chǎng)之際，晶片廠(chǎng)商自然而然地透過(guò)收購重組、策略投資及戰略合作…等動(dòng)作，藉此擘劃出3G市場(chǎng)的另一項技術(shù)法則，將使通訊半導體領(lǐng)域競爭日趨白熱化。

　　■從應用面角度來(lái)看3G行動(dòng)通訊技術(shù)發(fā)展

　　至今，3G行動(dòng)電話(huà)晶片廠(chǎng)商所開(kāi)發(fā)的解決方案，大致上以?xún)蓚€(gè)方向為主。其一，因應成本考量，則是以基本功能、低成本發(fā)展，怎樣設計方式能夠降低成本就以該設計方式為主體，不再另行設計過(guò)于復雜功能，以中、低階應用需求消費族群為主。其二，在可接受成本范圍之內，不斷地增加更多應用項目，資料傳輸速度更快，終端服務(wù)更趨完備，主要面對的是中、高階應用消費族群。一般來(lái)說(shuō)，3G行動(dòng)通訊將會(huì )以上述兩種方式持續進(jìn)展，我并不覺(jué)得一定誰(shuí)會(huì )取代誰(shuí)。這就像電腦產(chǎn)業(yè)中的Celeron低成本解決方案及Pentium高性能晶片相類(lèi)似，分別佔有其廣泛應用市場(chǎng)。

　　▲針對價(jià)格敏感3G市場(chǎng)解決方案，未來(lái)不會(huì )只是提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主要市場(chǎng)，即使保留基本功能也超越2G所能達到的性能，使終端消費者盡享3G通訊功能。（劉家任攝影）

　　從應用面的角度來(lái)思考，3G通訊應用主要服務(wù)是集中在數據傳輸方面，提供符合使用者能夠接受的高速網(wǎng)路服務(wù)；不過(guò)，還是有其差異性。比方說(shuō)應用在互動(dòng)式影像電話(huà)、數位廣播電視等多媒體整合，就可以被歸類(lèi)到高階應用，是新一代行動(dòng)通訊技術(shù)；若只是要求能夠擁有較佳通話(huà)等基本功能要求，則屬于低階應用，主要和2G／2.5G行動(dòng)通訊相互競爭。雖然3G手機所耗費成本高，不過(guò)3G頻譜利用率較高，因此通話(huà)費用將比2G來(lái)得低上許多。不過(guò)，倘若3G技術(shù)只是用在低階行動(dòng)通訊，這便顯得有點(diǎn)大材小用，無(wú)法體現出3G通訊的價(jià)值所在；雖然3G手機晶片所使用晶圓面積比2G晶片大，不過(guò)由于半導體工藝持續精進(jìn)，加上晶片產(chǎn)生良率提升之后，手機制造成本就會(huì )下降到與目前所使用的2G／2.5G手機價(jià)格相去不遠。

　　另外，若3G手機只用于高階市場(chǎng)中，如此一來(lái)3G技術(shù)應用將有所侷限。因此，必須為各類(lèi)型等級的應用市場(chǎng)提供種類(lèi)齊全手機（超低成本ULC手機除外），其隱性的好處在于3G晶片制造業(yè)者所面對難題，便是如何針對不同功能及價(jià)格設計出等級差異的晶片組，晶片所能提供的功能將影響晶片尺寸，而晶片尺寸又與價(jià)格息息相關(guān)。

　　全球3G市場(chǎng)以那個(gè)應用層級作為市場(chǎng)主力，首先要先行了解市場(chǎng)容量及使用者對3G行動(dòng)通訊的接受程度。目前，3G手機還是比2G手機貴上許多，價(jià)格高低將直接左右市場(chǎng)普及程度，當價(jià)格能夠在量產(chǎn)中達到可以接受的程度，3G大眾市場(chǎng)就會(huì )出現，預計會(huì )在2008年或者2009年之后，3G手機普及率將佔到全球手機銷(xiāo)量的50％，2G及3G手機兩者價(jià)格差異將會(huì )有所拉近，3G將成為運營(yíng)商認可的技術(shù)。因此，在短期內還不會(huì )出現低成本需求，一旦這需求逐漸擴大，也就表示3G晶片集成度及對系統要求也必須有所提升。

　　■單晶片技術(shù)　手機晶片不變的發(fā)展模式

　　可以肯定的是3G行動(dòng)通訊時(shí)代到來(lái)將唿應「多媒體行動(dòng)電話(huà)應用」時(shí)機，舉凡多媒體、游戲、影像傳輸、數位電視…等應用，都將成為3G手機標準配備，屆時(shí)具備完善配套措施3G手機晶片設計端，則必須朝向強大多媒體整合功能。因此，目前主流晶片廠(chǎng)商分別在一定程度上加強了產(chǎn)品的多媒體功能，陸續有相關(guān)集成化產(chǎn)品推出。

　　▲為減少3G結合2.5G射頻端技術(shù)成本，相較于成熟的2.5G射頻元件可將改採用CMOS制程；而另一方面的3G射頻元件則考量效能問(wèn)題，則維持GaAs與CMOS制程方式并存。（資料來(lái)源：工研院IEK-ITIS計畫(huà)）

　　另一方面，在單晶片技術(shù)持續成熟，加上晶片組也在廠(chǎng)商策略運作之下，手機晶片便走向單晶片方向來(lái)發(fā)展，就如同德州儀器所發(fā)展的GSM／GPRS單晶片行動(dòng)電話(huà)設計方式，便能嗅出行動(dòng)電話(huà)的單晶片技術(shù)已導入商業(yè)化應用，甚至在未來(lái)極有可能成為下一代行動(dòng)電話(huà)晶片技術(shù)中的一股趨勢。綜觀(guān)廠(chǎng)商所發(fā)展的單晶片技術(shù)，不但同時(shí)整合基頻處理器、DSP、射頻、電源管理、記憶體等元件，更藉由CMOS制程工藝應用，達到體積尺寸、低耗電量與成本控制等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，廠(chǎng)商也將此定位在新興市場(chǎng)中的超低價(jià)手機技術(shù)，如：中國、印度等地區，在目前階段看來(lái)，已逐漸獲得手機相關(guān)系統市場(chǎng)廠(chǎng)商注意。將可預料行動(dòng)電話(huà)單晶片技術(shù)，在未來(lái)3G行動(dòng)通訊市場(chǎng)中有其影響力，并對其它想要或已經(jīng)投入3G晶片設計廠(chǎng)商造成不小壓力。

　　▲3G Wireless Function的單晶片解決方案。（資料來(lái)源：工研院IEK-ITIS計畫(huà)）

　　以過(guò)去2G／2.5G晶片發(fā)展技術(shù)作為經(jīng)驗來(lái)觀(guān)察，在中、低階市場(chǎng)架構中，其晶片組設計以基頻及射頻方向作為整合，并以媒體處理器來(lái)分野出產(chǎn)品差異化特質(zhì)。另外，在架構屬性較為復雜，主要是以效能為高階應用市場(chǎng)，則是往容易整合的數位邏輯電路來(lái)設計，以單晶片技術(shù)將基頻處理器及應用處理器整合為一個(gè)單晶片，採用這項設計方式主要是為了提升晶片附加價(jià)值，方便以進(jìn)行差異化設計，如：多功能、高效能、低耗電性或減少尺寸…等。

　　至于3G晶片組設計演進(jìn)模式，目前重點(diǎn)是以成本作為導向中、低階應用市場(chǎng)，仍將藉由基頻處理器、射頻與相關(guān)基本電路的整合來(lái)創(chuàng )造成本優(yōu)勢，雖然目前發(fā)展尚有技術(shù)門(mén)檻，但基于技術(shù)持續發(fā)展，加上工藝制程對于晶片功能與集成度的影響、演算法及電路設計技術(shù)都是發(fā)展過(guò)程相當重要的部份。而在著(zhù)重在效能應用的高階市場(chǎng)中，則藉由相關(guān)高階處理器（基頻與應用處理器）整合，進(jìn)一步提昇晶片整體效能與并降低晶片耗電量（其發(fā)展及設計方式如下圖所示）。

　　▲行動(dòng)電話(huà)核心晶片發(fā)展技術(shù)藍圖，基頻處理器（Baseband Processor；BBP）、應用處理器（Application Processor；A-CPU）。（資料來(lái)源：工研院IEK-ITIS計畫(huà)）

　　■新一代手機通訊晶片競爭　誰(shuí)將成為3G市場(chǎng)贏(yíng)家？

　　未來(lái)3G行動(dòng)通訊將會(huì )怎么發(fā)展？值得大家期待，不過(guò)相信3G手機終端產(chǎn)品發(fā)展后端，個(gè)性化設計需求將無(wú)可避免。換句話(huà)說(shuō)，就是在手機功能特性、效能反應、外觀(guān)設計…等各方面都會(huì )被使用者要求具備個(gè)性化。有鑑于此，半導體廠(chǎng)商必須要能設計出靈活的解決平臺，而且在滿(mǎn)足個(gè)性化需求的同時(shí)，還能使終端廠(chǎng)商獲得規模效益。因而，晶片及終端設備廠(chǎng)商如何透過(guò)靈活技術(shù)，以軟、硬體實(shí)現更多3G手機晶片應用開(kāi)發(fā)設計，將個(gè)性化設計需求與大量生產(chǎn)良率兩者合而為一，將是3G晶片廠(chǎng)首要面對的一項挑戰。

　　再者，3G晶片產(chǎn)業(yè)誰(shuí)最具有市場(chǎng)利基？許多產(chǎn)業(yè)專(zhuān)家不約而同地指出，在手機晶片多元化發(fā)展競爭下，將有利于打破過(guò)去壟斷局面，而手機廠(chǎng)商也樂(lè )見(jiàn)這個(gè)態(tài)勢。再看到飛思卡爾、英飛凌等廠(chǎng)商積極動(dòng)作，欲在3G正式興起的重要時(shí)機，能在晶片市場(chǎng)中添增本身的競爭籌碼。嚴格來(lái)說(shuō)，3G晶片市場(chǎng)不同于2G／2.5G時(shí)代，這是因為到目前為止還沒(méi)有一家能夠呈現絕對獨大的情況；因此形成市場(chǎng)機會(huì )皆為均等，并拉到同一條起跑點(diǎn)上。而再經(jīng)過(guò)3G手機市場(chǎng)重新洗牌之后，各級廠(chǎng)商持續投入3G手機市場(chǎng)耕耘力度，可以預期未來(lái)不論是3G手機，還是3G晶片市場(chǎng)中的拼搏，將更為激烈。(52RD.com)