2G與3G并存時(shí)期的手機芯片發(fā)展趨勢和挑戰
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博通公司則認為，目前在市場(chǎng)中有很多電源管理功能可以被集成到芯片當中，但是有很多大功率功能，例如電源插座充電器，它需要較大的電壓，一般都不會(huì )放進(jìn)65納米或以下的工藝中去實(shí)現。我們看到那些帶有高壓要求特征的模塊與低壓部分被分開(kāi)，把高壓的部分放在電源管理器上，而低壓射頻放在基帶上。不是全都可以放在基帶上，因為像USB和電源插座充電器這樣一類(lèi)的模塊所要求的電壓超出了深亞微米工藝所能處理的范圍。采用65納米低壓數字CMOS也可以降低手機芯片的功耗。TI增強型SmartReflex 2不僅包含各種軟硬件技術(shù)，能夠從系統級解決方案解決整個(gè)設計的電源管理問(wèn)題，更增加許多新功能包括 Adaptive Body Bias (ABB)、Retention ‘Til Access (RTA) 存儲器以及 SmartReflex PriMer 工具，將大幅提升45nm的性能與功耗平衡能力。
2G向3G過(guò)渡時(shí)面臨的挑戰
也許降低芯片數量是節能降耗最直接的手段，未來(lái)手機芯片低功耗技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)在于單芯片的功能集成。嚴格意義的單芯片是指所有電路集成在一塊芯片上。特別是針對2G和3G的入門(mén)級和中級細分市場(chǎng)，無(wú)論從尺寸、性能到成本，單芯片集成都是最具吸引力的技術(shù)。單芯片集成的主要挑戰是基帶上的射頻技術(shù)集成，對制造過(guò)程及性能而言，這是技術(shù)上的最大挑戰。在一部手機中帶有多種無(wú)線(xiàn)裝置是一個(gè)巨大挑戰,例如將手機射頻技術(shù)、藍牙、調頻和Wi-Fi技術(shù)都整合在非常薄且小巧的同一裝置中。將這些無(wú)線(xiàn)裝置安裝到手機里已經(jīng)足夠困難，何況還要獲得良好的性能，并在具有不同操作形式的同時(shí)確保他們不會(huì )相互干擾。
當然，我們也不能忽視推動(dòng)手機成本下降的不斷集成的技術(shù)將是今后很多年里的一個(gè)持續挑戰。手機市場(chǎng)最大需求是將所有的功能集成在一起。從技術(shù)上說(shuō)，把射頻集成到基帶中是相當困難的，其關(guān)鍵因素是和基帶連接到一起的手機射頻部分。系統集成意味著(zhù)混合模擬和數字功能在同一設備中共存，即集成復雜的模擬功能，如ADC、DAC等。
展訊認為多種不同制式的基帶將集成為多?；鶐?；外圍的主要元器件如射頻、存儲器、FM、藍牙、GPS等也將逐漸與基帶集成。博通公司已經(jīng)將藍牙、Wi-Fi和調頻收無(wú)線(xiàn)技術(shù)集成在一起,下一階段會(huì )繼續將GPS和UWB集成到芯片里。NXP繼承了Silicon Labs在收發(fā)器設計中的CMOS技術(shù)，目前正利用該技術(shù)集成基帶和RF，利用深亞微米CMOS(45納米及更高工藝)技術(shù)，可以實(shí)現多種功能的全球系統集成：基帶功能(數字和模擬)、收發(fā)器功能、應用處理器功能以及電源管理功能。目前，唯一亟待解決的只剩下天線(xiàn)功率放大器了(圖4)。
圖4 集成化是必然趨勢
其實(shí)，所有的無(wú)線(xiàn)技術(shù)都將朝著(zhù)單芯片集成的發(fā)向發(fā)展，曹強博士在總結未來(lái)手機發(fā)展的趨勢和挑戰時(shí)特別強調了如下三點(diǎn)：
趨勢和挑戰一，多模芯片的發(fā)展，GSM/GPRS/EDGE與TD-SCDMA/HSPA，WCDMA/HSPA，WIFI的多模組合芯片，對于芯片構架設計了提出新的要求，尋找可以盡可能的復用資源，成本最低的方案，成為擺在各芯片公司面前的難題；
趨勢和挑戰二，65nm工藝進(jìn)行模擬和數字電路的混合設計，數字比較容易升級到65nm，模擬/RF電路比較難進(jìn)入65nm工藝；
趨勢和挑戰三，對于多種多媒體制式的支持，手機正在兼容越來(lái)越多的PC上的多媒體內容，如何更多更經(jīng)濟的支持這些多媒體內容，是芯片公司面臨的挑戰。一個(gè)方向是做更多的硬件加速器，一個(gè)方向是做更強大的MCU，靠軟件來(lái)支持不同的格式。
在體積日益縮小的支持多模無(wú)線(xiàn)、互聯(lián)和廣播功能的應用中，TI認為數字電路與CMOS收發(fā)器等先進(jìn)模擬模塊的共存要求廠(chǎng)商在模擬設計和系統架構方面具有豐富經(jīng)驗，電磁干擾(EMI)問(wèn)題也很棘手。這些多功能平臺系統之所以復雜，在于所有的輻射系統必須在可限定的電磁干擾范圍內盡可能地“緊密”合作。
3G時(shí)代還將激戰低成本和單芯片市場(chǎng)
單芯片(Single-Chip)化是超低價(jià)手機用芯片的一種必然趨勢，中高階的手機用芯片為了追求功效的多樣，多半要以芯片組(2顆以上的成套芯片搭配)方式來(lái)實(shí)現，低價(jià)/超低價(jià)手機以成本為首要考慮，將芯片組電路進(jìn)行進(jìn)一步的整合，成為單一顆芯片。單芯片化后的好處包括精省芯片的封裝成本(從2顆芯片的各1次封裝，變成單顆單次封裝)、在手機電路板的布局設計時(shí)可以精省印刷電路板的面積及料材成本。2G時(shí)代很多基帶廠(chǎng)商都已推出單芯片手機解決方案。展訊公司曹強博士坦言降低芯片成本的途徑就是進(jìn)一步提高芯片的集成度。在降低成本的同時(shí)，芯片廠(chǎng)商會(huì )盡可能提供更多的功能，2G超低成本手機解決方案也已經(jīng)向拍照、多媒體應用發(fā)展，如圖5。
圖5 16美元BOM單芯片手機
為加速3G終端的普及，3G終端成本持續下降也成為業(yè)界另一個(gè)焦點(diǎn)和趨勢。除了高端智能手機外，手機芯片廠(chǎng)商特別是手機平臺廠(chǎng)商對超低成本手機的重視有增無(wú)減。隨著(zhù)3G手機的開(kāi)發(fā)，2G手機的成本會(huì )下降。而隨著(zhù)3G標準的成熟以及中國等國家建成3G網(wǎng)絡(luò )，將出現低成本3G市場(chǎng)(特別是單芯片多模3G手機)與2G市場(chǎng)競爭的局面。如博通高集成度單芯片解決方案內置RF、2G和3G處理器，以及先進(jìn)的移動(dòng)多媒體處理器。
多年來(lái)，單芯片移動(dòng)電話(huà)一直是業(yè)界努力追求的理想。全面集成模擬、數字、基帶和蜂窩無(wú)線(xiàn)部分，將是一件非常難以實(shí)現的事情，但在無(wú)線(xiàn)芯片巨頭們的努力下，也許這一天已經(jīng)不再遙不可及！
寫(xiě)在最后：競爭在加劇，強弱在分化
據統計，到2010年，全球半導體市場(chǎng)的35%將屬于通信半導體，其中手機將占據50%以上的市場(chǎng)份額。2007年，由于手機市場(chǎng)需求持續強勁增長(cháng)，無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的芯片銷(xiāo)售實(shí)現超過(guò)整體芯片市場(chǎng)的增長(cháng)速度。2007年，全球無(wú)線(xiàn)半導體市場(chǎng)收入達295億美元，較2006年的274億美元增長(cháng)了7.6%。相較之下，全球各類(lèi)半導體的同期市場(chǎng)增幅僅為3.3%。
表1 2007年全球無(wú)線(xiàn)半導體供應商前10名排名(依據市場(chǎng)收入占有率)
資料來(lái)源：iSuppli公司 2008年5月
誘人的蛋糕從來(lái)不缺乏追逐者，為了搶占盡可能多的手機芯片市場(chǎng)相對豐厚的利潤，壯大自身實(shí)力是最直接的辦法。最近一年多的時(shí)間，手機芯片產(chǎn)業(yè)并購頻發(fā)。這其中最震撼的也是最近發(fā)生的則是意法(ST)和恩智浦(NXP)無(wú)線(xiàn)部門(mén)的合并為獨立公司，新公司的市場(chǎng)份額將甩開(kāi)身后混戰叢中的競爭者，逼近前面兩位領(lǐng)頭羊。一系列并購案的背后，折射的是無(wú)線(xiàn)芯片市場(chǎng)更為嚴酷的競爭新格局。
2007年，全球手機出貨量達11.5億部，較2006年的9.9億部增長(cháng)16.1%，這使無(wú)線(xiàn)半導體市場(chǎng)在2007年保持較高的增幅，其中，十大供應商中有六家實(shí)現了兩位數的收入增長(cháng)。iSuppli全球十大無(wú)線(xiàn)半導體供應商排名見(jiàn)表1。前十大無(wú)線(xiàn)半導體廠(chǎng)商的綜合市場(chǎng)占有率則提升了1.5%，在拉開(kāi)與身后追趕著(zhù)距離的同時(shí)，無(wú)疑留下了更為狹小的生存空間，競爭在加劇，強弱在分化。
參考文獻：
1. Thomas Barber，Aiguo Yan，Zoran Zvonar，TD-SCDMA引領(lǐng)3G之路，電子產(chǎn)品世界，2007.09
2. Kent Heath，清除3G手機射頻集成道路上的障礙，電子產(chǎn)品世界，2007.09
3. Zoran Zvonar，下一代無(wú)線(xiàn)終端的體系結構，電子產(chǎn)品世界，2006.09
4. 湛偉，射頻接收芯片結構選擇的幾個(gè)要點(diǎn)，電子產(chǎn)品世界，2007.10
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