省電並非是今日才成為電子設計的重點訴求，早在TTL時代就已開始，例如74系列的邏輯IC有較快速運作的74F系列或較省電運用的74LS系列，之後1992年美國政府推倡綠色電腦（Green PC）的能源之星（Energy Star）省電規範。

然而，隨著運算的普及與運算需求的增加，省電的重視性正不斷在提升，加上油價等能源成本問題日益明顯，省電設計也就更加地急迫及嚴苛。

或許有人認為，只有倚賴電池的掌上、手持式裝置需要重視省電設計，若有車用電瓶或交流電插座就無須在意省電性，事實上即便今日的車用電子、家庭消費性電子也都一樣重視用電性，畢竟用電要歸算至長期的使用成本，就連重度運算機房內的伺服設備、交換設備、儲存設備也都開始重視用電，盡可能降低電力開銷在營運成本中所佔的比重。

因此，以下我們將從各種層級與角度，以多項列舉的方式來說明今日各種電子設計中的省電技術、機制。

《圖一　PowerWise Interface簡稱PWI，圖為一般PWI 2.0的系統概念圖，其中主控端（Master）為SoC晶片，受控端（Slave）為電源管理晶片，相互間並透過SCLK、SPWI兩線路來進行供電需求的溝通。》

晶片層級的省電

晶片層級的省電作法多從幾點下手，有晶圓廠者可透過密度製程提升來省電（如從130nm精進至90nm）。而純晶片設計者則從電路設計上改變，如邏輯閘化簡。

製程提升與電路化簡是直接或初步的作法，更智慧性的即時調適才是更有效的方式，對於高度整合的晶片而言，並非同時使用到內部的所有功能電路，對於暫時閒置不用的局部電路，設計上必須能控制其局部斷電，待需要時再加以供電，用較易理解的生活譬喻來類比，如同家庭對於未用的房間會加以關燈，兩者用意近似。

《圖二　CMOS影像感測器因為供電設計簡易、省電、低廉且小體積，將在數年內大幅擠壓CCD影像感測器的市場空間，圖為OmniVision公司的CMOS彩色影像感測器：OV7940-Q》

CMOS邏輯閘若長期處於0/1穩態則不會耗太多電，真正關鍵是在頻繁切換0/1準位的線路與電路，愈是頻繁愈是耗電，很明顯時脈線路身處第一，所以局部斷電也會以時脈線路、高頻電路為優先，達到較高幅度的省電，對應到現實生活也等於不要頻頻開開關關電燈。

類似的，Intel的SpeedStep技術即是在偵測供電來源是電池還是插座？若為插座則讓CPU全速運作，若為電池則降速運作，藉此省電。或如Intel的DBS（Demand Based Switching）技術，CPU一般運作時脈為3GHz，在運算負荷增加時將提升至3.2GHz運作，負荷減輕時改降至2.8GHz運作，等於增添時脈漲跌停機制，藉此省電。

《圖三　D類放大器的電源利用率極高（多在90%以上），勝過今日常用的AB類放大器，更遠勝僅25%電源利用率的A類放大器，且D類放大器的體積小，手持行動裝置、超薄平面電視亦都愛用，圖為Zetex公司針對高功率重低音喇叭所推出D類放大器：ZXCD500MOEVA，有效功率高達500W。》

不過，SpeedStep僅為兩段，DBS僅三段，更佳的作法是更多細膩刻段的省電，以及更即時偵測負荷狀態與反應（例如SpeedStep以每250uS偵測一次供電源並對應切換時脈，而Enhanced SpeedStep加快至每10uS一次），並對應調整供應電壓準位，高速時提升電壓，低速時則降低電壓，Transmeta的LongRun/LongRun2技術及AMD的PowerNow！技術為此中代表。

事實上此一時脈精省及動態調節的道理依然在擴展延續，目前仍在提案、研發中的新省電技術也以此持續加深運用發揮，如Intel於前不久的IDF Fall 05’開發研討會中提出：依據運算負荷來動態調整CPU內的快取記憶體容量，藉由關閉過多的快取記憶體供電來節能，或如Sun正研發非同步時脈的處理晶片，今日晶片多採集中一致的時脈，Sun期望讓晶片內不同運作特質的局部電路使用不同速度的時脈，但晶片整體依舊可平順運作，藉此省電。

要注意的是，目前晶片內的省電設計技術多為各業者的獨門絕活，除過往多年的交互授權外鮮少對外輸出技術，不過今年起Transmeta已提供LongRun技術的矽智財授權業務，Sony便向其購買此一技術，並計畫用於Cell晶片中。或如ARM與NS聯手提出PowerWise的開放式省電管理介面，PowerWise的技術資料可免費下載取得，但使用上仍須向ARM取得IP授權，這些是少數願意轉移的晶片層級省電方案。

《圖四　過去的PC硬體監督晶片較強調偵測卻少控制，例如偵測溫度、風扇轉速、供電電壓準位等，而今則能依據溫度高低來對應調整風扇轉速，Winbond的W83627THF Super I/O晶片（LPC介面）即具有此調適功能，並稱為Smart Fan Control技術。》

電路板層級的省電

晶片之外的是電路板，此層級的省電設計方式就較為多樣、寬廣，我們以逐項要點的方式來說明，這些要點多是組件的選擇或實現手法的選擇。

1.SoC優先

一般而言，SoC（單晶片）會較Chipsets（晶片組）來得省電，理由是SoC多有更集中、一致、完整的省電管控機制，且較多的資料、訊號是在晶片內傳遞，比晶片間傳送更省能。

2.CMOS優先

CMOS向來是較省電的製程技術，就影像感測器（Image Sensor）而言CMOS即比CCD省電，或如無線發送器亦是CMOS比BiCMOS、SiGe、GaAs省電。

3.PSRAM優先

傳統SRAM較為耗電，近年來逐漸有用較省電的PSRAM（pseudo-RAM，偽SRAM）取代之趨。

4.Flash優先

撇開價格容量比因素，在相同容量的設計目標下，Flash Memory比Micro Drive省電，最明顯的即是近陣子Apple推出的iPod nano，以Samsung 2GB/4GB NAND Flash Memory取代使用Hitachi 4GB/6GB 1” Micro Drive的iPod mini。

5.Swith優先

純就電源轉換率而言，Switch（切換式、交換式、開關式供電）優於Charge Pump（電荷泵）與Linear（線性供電），在較大供電量時必然要考慮Switch作法，然而Switch也有副作用，包括電源品質較Linear差，以及因LC震盪電路的頻繁切換使設計時需留心電磁干擾問題。因此在重視電源品質及低供電量時仍須考慮Linear，例如手機、數位廣播（DAB）等無線應用須使用到電壓控制震盪器（VCO），此時仍以Linear供電才能提供夠潔淨的供電品質，尤其現在的Linear多半強調低功率消散（LDO），電源轉換率、利用率已有改善。

6.Class D Audio Amplifier優先

長久以來音效功率的放大作法多採AB類，近年來D類放大卻急速竄起，原因在於D類放大體積小、電源利用率佳，不僅手持裝置普遍愛用，許多強調輕薄的視聽家電或車裝空間有限時，也多會採用D類放大。不過D類放大亦使用上LC切換震盪，一樣要注意干擾設計。

7.Hardware優先

以硬體方式實現多半比軟體方式省電，軟體必須拘限於制式的CPU、記憶體、I/O等程序架構才能實現某一特定應用，最典型即是MPEG-1/2/4的編解碼工作，無論是STB或PMP，若用硬體CODEC晶片來進行音視訊的編解碼，將比執行編解碼軟體來得省電，也多半更快速與更能保證執行效率。

類似的情形還有TI的OMAP1510、OMAP1610/11/12、OMAP1710、OMAP2420等SoC晶片，此類晶片具有雙核（Dual Core）架構，在此指的雙核並非是兩個一樣的MPU核心，而是MPU＋DSP的搭配，即ARM ARM9 MPU＋TI TMS320C55x DSP，如此在手持式多媒體運算時將比僅有MPU負責執行運算來得省電。或者，ARM提出Jazelle技術的IP，可加速嬌小裝置對Java程式的執行且較省電。

《圖五　W83627THF Super I/O晶片一方面能偵測溫度，另一方面則以控制散熱風扇馬達的供電來調整風扇轉速，圖中為控制曲線，以攝氏55度為基準，有上下6度的容忍度，超過58度則加快風扇，低於52度則放慢風扇。》

韌體、軟體層面的省電

晶片、電路的省電是完全從運作機制中進行省電，而韌體、軟體的省電既有運作過程的省電，也有部分是狀態與使用層面的因應省電。

1.受控的電源管理

有些晶片允許自外部輸入控制信號，使晶片的部分功能開啟、關閉、或進入省電模態，藉此達到省電，例如雙聲道的D類放大器允許個別開關左、右聲道的運作，一旦碰到單聲道應用，則可透過控制讓另一聲道暫行關閉，藉此省電，其實這只是晶片內智慧性局部電路關閉的外部延伸，但需要靠控制電路、韌體、軟體來共同達成。

類似的，今日PC都能透過偵測，瞭解記憶體插槽被插入多少個記憶體模組，或PCI插槽插置多少介面卡，未有插置使用的位置將被關閉供電，尤其是關閉時脈線路的運作，藉此省電。

2.可程式化電路的精進

這同樣類似晶片層級的省電手法，若有使用FPGA之類的可程式邏輯元件，若能夠重新審視並精進邏輯程式，則可使邏輯閘的耗用數減低，藉此省電。不過FPGA自身本就比ASIC之類的晶片來得耗電。

3.情境式省電

一旦CPU溫度降低，就對應將風扇轉速減慢，反之則加速，不僅省電還可降低噪音值與風扇使用壽命，ASUSTek（華碩電腦）運用Winbond（華邦電子）的硬體控制監督晶片來實現此一功能，並稱為Active Fan，這也是透過晶片、電路及韌體所達成。

類似的，有國內業者於設計PDA時，於外部設置一個光敏電阻，用以感應所處環境下的光照亮度，若外部過暗則提高LCD的背光亮度，若外部明亮則可降低亮度，藉此省電。或者PC長時間閒置時，硬碟的控制電路會先行停電，若更持續閒置則連主軸馬達的運轉也會停止，藉此省電，同樣的MP3隨身聽若無聲音輸出（例如暫停或完全無播放）持續達1分鐘，則自動先關閉LCD顯示幕，進一步則全機關閉。

以上這些都屬於情境式的因應、調適省電，有人亦稱這些自我調適的設計為「游牧運算」，不過更廣義的游牧運算不僅發揮在省電，包括偵測網路頻寬不足時，能將E-Mail的收發從下載完整信件自動改成只先下載信件標題，或者利用網路傳輸離峰時先行抓取使用者下一步可能會瀏覽的網頁資料，以加速整體瀏覽速度。

結尾

事實上還有更多的省電設計值得討論，例如利用超電容（Ultra capacitor）來平衡供電的尖離峰需求，使電池使用時間延長等，然在此還是先打住。

除不斷節流外，開源也漸受關注，不僅是今日熱門的燃料電池（Fuel Cell），也包括如何更快速充電（例如Apple iPod只需3小時即可充電達滿額的80%，iPod Shuffle精進至2小時，如今iPod nano更是只要1.5小時）、更多充電源或替換源（如透過USB埠充電，或有業者的手持式攝影機可直接挪用NOKIA手機的電池），其他微充電（如太陽電池、MEMS微機電式晃震發電）等。