行動處理器的一個潛在弱點正是在於其耗電性。根據SIA在2002年更新發表的技術發展藍圖，最大電池供電力與容量平均每年成長10～15％，但行動系統的電力需求卻是以每年35～40％的需求比例在成長中，結果可以看到在晶片對電力的需求與電池技術能力之間的鴻溝愈來愈大，如(圖一)所示。

《圖一　電力需求與能源密度成長趨勢比較》

＜資料來源：ST＞

此外，在行動通訊終端平台中，已發展成多模通訊、多媒體處理與電源管理二大議題鼎足而立的情況，其中多模通訊包括蜂巢系統的GSM/GPRS/3G/HSDPA、WLAN、Bluetooth，甚至包括GPS或WiMax的基頻及射頻部分的技術整合；多媒體處理則包括音訊（如語音、MP3、廣播等）、圖像（如照片、2D/3D圖畫或動畫）以及視訊（如短片或即時視訊等），如(圖二)所示。由於這兩大設計議題的技術領域及進展腳步各有不同，因此目前朝向獨立開發的趨勢發展，如何保有兩者的技術彈性並能緊密地彼此支援，就成了系統規劃上的關鍵所在。

《圖二　行動平台需支援多樣化的多媒體功能》

＜資料來源：ST＞

在前兩期的系列文章中，已針對行動多媒體的應用需求、平台發展策略，以及軟／硬體參考架構、分散式處理架構分別進行了探討介紹，並且指出智慧加速器在多媒體處理中的優勢所在。本期將繼續剖析行動多媒體平台在低耗電設計和系統規劃上的最佳策略與架構。

低耗電設計

有三大理由造成CMOS數位電路的能源消耗：電流洩露、電壓和時脈頻率的提升。雖然摩爾定律已相當準確地預測出處理器的能力每十八個月就會倍增，然而這個定律能成立的前題在於當矽製程縮小時，處理器電晶體的總數會增加；不幸地是，電流洩露的情況會隨著製程縮小而益發嚴重，而耗電性又和處理器的頻率及電壓的平方直接成正比。洩露、高電壓和高速的時脈速度都會縮短電池的壽命。

因此，唯有從系統架構的各個面向上做好最佳化的規劃，才能因應行動設備的耗電問題。在作法上，包括盡可能避開對高時脈速度的需求來節省能源，或運用創新的演算法、具能源效率的指令集，以及在ARM處理器中的Java加速器，來為編碼提供更高的執行效率；針對資料壓縮和影像縮放要能有效地使用晶片上的頻寬；此外，採用積極的電源管理策略，關掉晶片上非活動的區域，讓CPU盡可能的保持在省電模式之下。以下將以Nomadik的作法來做實例說明：

多媒體處理器與基頻分離策略

無線產品的設計者一直努力將更多位元塞入狹窄的頻帶當中，以增加網路的容量（bits/sec/Hz）。以WCDMA（3G）演算法來說，它雖然能達到更高的頻譜利用性，但需要比GSM（2G）高出十倍的訊號處理效能，因此業界常常會指出夏倫理論（Shannon’s theorem）追過了摩爾定律。不僅如此，目前的基頻架構還被賦與了多頻/多模處理、更高度的RF整合性，以及提供演算複雜的談話（辨識）和語音（VoIP）等應用。

在此同時，針對影像壓縮和圖形表現的運算需求隨著多媒體內容和服務的演進而持續增加。現在的VLSI技術和設計技巧針對SoC的MPEG-4功能建置上，只能處理相當單純的規格（profile）功能，然而還有很多更高層次的MPEG-4規格可以使用，而具有更複雜功能的新視訊標準也在發展中。

面對如此複雜的多媒體功能需求，應用處理器引擎（Application Processor Engine；APE）的概念也就因應而生。目前在市場上讓產品產生差異性和附加價值的，正是該項產品的應用功能；藉由將應用功能從通訊技術中分離出來，透過不同的產品定位規劃，就能開發出一系列的多種不同產品，例如行動電話和視訊電話。這個功能強大的行動平台將許多不同的技術、操作和應用都整合在一塊。它的軟體複雜度相當高，需要採用開放式的作業系統，以及將應用處理器從數據機中分離出的架構。

為了提供強大的多媒體功能，相信多媒體處理器將會從基頻的沿革中分離出來，也就是未來主流的解決方案將是以開放式作業系統來搭配高效能應用處理器。獨立性數據機的好處如下：

應用開發與延展性（scalability）

在單一晶片中一起處理話務和多媒體應用的作法，是將應用開發和整合併入到無線通訊的架構中，然而這並不是理想的方式，因為電信業者需要的是產品的延伸性與互操作性（interoperability），能在纜線實驗室及實際的網路中進行不同基礎架構的測試。數據機的獨立性讓多媒體處理器能從行動網路中分離出來，而更容易做持續性的改革進步。

數據機的風險和成本

區隔行動產品的消費性特點並不需要替換掉基頻的部分。數據機的獨立性能延伸無線設計的壽命並降低攤提的成本。多數的OEM廠商希望盡量保有基頻晶片組和電話協定堆疊的通用性，這樣有助於降低風險，也能加速上市的時程。

廠商和功能的選擇

採用獨立性數據機最具說明力的理由，或許在於讓有意區隔化自有產品的手機製造商能自由地做選擇。單一來源的解決方案往往對產品的區隔性造成限制，而且可能增加供應上的風險與高價。數據機的獨立性讓處理器能用在各個市場的產品模式（無線標準和頻譜範圍）以及價格區間。

保有無線連結性

對於基頻數據機，提供開放性的介面能支援個人無線網路（WPAN）、WLAN（802.11a/b/g）和GPS等通訊晶片組。這種彈性讓製造商能很自由地為自己的產品線選擇自有的混合式連結解決方案，如(圖三)。

《圖三　行動平台透過開放性的介面提供豐富的連結性》

＜資料來源：ST＞

結論

開放性的平台策略意味著製造商不會被獨特的CPU架構或廠商技術所束縛，一個涵蓋廣泛的硬體與軟體的行動平台，讓產品區隔更容易達成、能更快速的推出市場，而且為終端製造商提供了更大的自主性。而今日的開放性行動平台，除了採用行動CPU、支援Symbian、微軟WinCE和Linux等普及性的作業系統外，也要採用如MIPI的開放性介面，以保證寬廣的產業相容性。

行動平台採用彈性智慧加速器的分散性處理技術，則能支援延革中的壓縮標準，並能傳送從智慧型電話顯示螢幕到VGA平面螢幕面板的不同尺寸影像。此外，也需具有「獨立於數據機」（Modem-agnostic）的特性，這樣一來，就能確保各種服務與應用不會受到無線技術的影響，進而賦與產品更高的可攜性。

（作者為意法半導體多媒體應用處理器部門行銷經理）

延 伸 閱 讀

未來智慧手機的電源管理技術 下一代無線設備產業的多樣化主要展現在設備類型的不同、用戶階層的區別和地理區域的差異，這對行動設備生產商而言是一個很大的挑戰，他們不但要針對這種種差異開發出相應的具有差別的產品，而且還要盡量減小這個過程給開發人員帶來的額外負擔，因而迫切需要一種模組基本相同，可以用於各種不同的產品。相關介紹請見「 2.5G和3G多媒體行動終端結構設計方法的變革」一文。 本文概要介紹了開放式多媒體應用平台（OMAP）的軟、硬體結構，討論了OMAP的一些重要的結構特性、功能，並針對如何滿足目前和今後用戶對PDA、手機、數位相機、相機、MP3/AAC播放器等多媒體應用的需求提出了方案，同時還討論了在OMAP中整合所有這些應用的可能性。你可在「 下一代開放式多媒體應用平台（OMAP）綜述 」一文中得到進一步的介紹。 為了提供強大的多媒體功能，應用處理器引擎將從基頻中分離出來，未來主流的解決方案將以開放式OS來搭配高效能應用處理器，確保各種服務與應用不會受到無線技術的影響，進而賦予產品更高的可攜性。在「 多媒體走向分散處理 開放OS搭配高效應用處理器成主流」一文為你做了相關的評析。

市場動態

行動通訊由第二代（2G）邁入第三代（3G）之際，行動加值服務逐漸成為無線通訊產業發展新的推動力，從單純的提供語音通訊服務，逐漸轉變到提供多媒體行動應用服務的趨勢；為了提供如此多樣化的服務及龐大的市場潛能，核心網路設備及網路設備以至於終端設備端，均需要有完整的規劃及網路佈建。相關介紹請見「電通所研發「開放式行動服務平台」， 推動行動通訊產業發展利器」一文。 Nexperia行動產品結合系統整合、RF設計、低耗電與多媒體等技術，將行動電話提升到新的等級，由語音與資料交換變成各種複雜的功能，例如遊戲、MP3音訊、MPEG4視訊、數位影像、GPS定位服務以及其他更多選擇。你可在「 Nexperia行動解決方案」一文中得到進一步的介紹。 德州儀器（TI）宣佈，已聯合ARM、諾基亞和意法半導體（STMicroelectronics）組成行動產業處理器界面聯盟（Mobile Industry Processor Interface Alliance；MIPI Alliance），將致力於行動應用處理器界面開放標準的定義和推廣。MIPI聯盟的成立是因為業界對於OMAPI（SM）標準的興趣，OMAPI標準是由TI和意法半導體在2002年12月推出。在「 TI聯合ARM、ST和Nokia組成MIPI聯盟致力為行動應用處理器定義各種開放標準」一文為你做了相關的評析。