手機系統應用與發展趨勢

講師：工研院經資中心（IEK）產業分析師王英裕

手機幾乎可說已經成為現代人的標準配備，歐、美、日等成熟市場的換機需求以及中國、印度等新興市場的新購機需求，創造手機市場龐大的商機與競爭的激烈程度；而隨著科技的演進與消費者需求的多元化，目前手機市場已經邁入了「M3時代」。工研院IEK產業分析師王英裕表示，所謂的“M3”指的是手機可切換WCDMA/GSM/EDGE/3G等多重系統（Multi-System）、結合了數位相機與MP3等多媒體（Multi-Media）影音功能以及具備藍芽、UWB甚至WLAN的多模（Multi-Mode）傳輸技術，這三個“M”的相關應用已經陸續在手機見到，而未來三者相互加乘，必定會將手機設計推進一個更新的世代。王英裕表示，以“M3”的觀點來看手機的發展趨勢，就可以精準掌握手機的未來演進方向。

《圖一　工研院經資中心（IEK）產業分析師王英裕》

電信服務系統標準消長為手機發展關鍵

由市場的面向來看，全球電信業者所提供的服務網路依照區域的不同而有多種系統標準，可分為2G（GSM、CDMA、TDMA...）、2.5G（GPRS、EDGE...）與3G（WCDMA、cdma2000...），這些採用不同標準之系統服務的消長情況可說是影響手機製造商發展方向的關鍵，目前市場以2.5G為主流。針對採用不同系統的不同區域市場，手機製造商會採用不同的生產與行銷策略，對於手機晶片的需求也有所差異；因此電信服務端、手機製造商與手機晶片業者三方的互動可說十分緊密。

為了打造全球行動通訊“無接縫”的環境，支援多系統的手機逐漸成為市場主流；此外隨著每一代系統標準頻寬的增加，電信業者提供的服務類型也五花八門，包括多媒體訊息、動畫影音等都日益受到終端使用者的歡迎，也讓具備多媒體功能的手機成為市場新寵。王英裕根據以上的市場狀況綜合分析指出，目前市場上的手機大致可分為低、中、高三個等級；其中又以支援2.5G以上系統、具備多功能的中階手機為各家廠商搶攻的重點市場，如(圖一)；而結合藍芽、WLAN等其他無線通訊技術的智慧型、商務型高階手機，則是廠商發揮實力與創意的另一個新戰場。

手機整體系統端的架構演變則決定關鍵零組件的發展方向，多系統、多媒體與多模手機的出現，除了讓手機晶片的設計越來越朝向整合度邁進；王英裕表示，目前手機晶片在射/中頻以及基頻部分，大多數已經能採用SiP（系統級封裝）的方式來減少元件的數目，未來則趨向單晶片的解決方案，而多媒體、多模功能的出現，則帶動手機用相機影像感測器、快閃記憶體、藍芽晶片以及彩色面板等其他附加零組件的成長，嵌入式軟體也成為發展重點之一。

為因應以上的需求，有許多大廠紛紛推出平台式的解決方案，以低成本與完整的支援吸引手機廠商；王英裕表示，這樣的趨勢對於中小型IC業者來說勢必將產生衝擊，而我國手機晶片廠商在手機“M3”時代，注意與手機製造商保持密切聯繫、提昇零件品質與供應速度並致力降低成本、結合軟體應用，才能趕上市場潮流且掌握商機。

《圖二　安捷倫（Agilent）半導體事業群應用工程師謝其利》

手機影像擷取系統架構

講師：安捷倫（Agilent）半導體事業群應用工程師謝其利

具備照相功能的手機已經成為消費者新寵，而相機手機搭配彩色螢幕、甚至是雙螢幕在市場上更是主流產品，因此手機的影像擷取技術也成為手機製造廠商關注的重點議題。Agilent半導體事業群應用工程師謝其利指出，過去的手機系統架構設計並未考慮到數位相機功能的加入，因此影像擷取的工作都是交由系統中的基頻部分來負責，使得影像傳輸與處理速度較慢；儘管現在大多數的解決方案已經加上一顆附加的IC來協助處理照相機模組部份的影像資訊，但僅分擔了記憶暫存的功能，控制工作仍是由基頻部分的處理器所負責，對相機手機系統來說並非最好的設計。為提升整體效能且因應目前越來越多的雙螢幕手機需求，目前已有針對手機相機模組附加具備較強影像處理功能IC的解決方案，接手原由基頻所負責的控制功能，以“各司其職”的方式來讓系統達到最佳化的效能。

謝其利表示，市面上大多數的相機手機仍以靜態影像的擷取為主，而手機系統對於所擷取之影像資訊的處理，最基本的就是自動白平衡（Auto White Balance；AWB）與自動曝光（Auto Exposure；AE）程序；所謂的白平衡是針對數位影像資訊進行即時監測並根據設定調節R、G、B三色的平均值，而自動曝光主要功能則是調節曝光時間讓影像亮度達到標準，以上這兩個工作是在擷取影像之後同時運作，而若是在缺乏光源的較暗環境中進行拍照，就可能會延長影像處理的時間，使整個系統架構運作的速度變慢，因此目前又出現具備閃光燈的相機手機，以做為光源的補充。

閃光燈之支援亦為設計需考量因素

在內建閃光燈的相機手機系統架構設計中，相機的CMOS感測器模組必須偵測環境光源，並計算出在閃光燈的支援之下，最具效率的自動白平衡與曝光時間；但閃光燈的支援也有其限制，包括所拍攝的目標物距離與閃光燈強度成反比，以及快門與閃光燈同步運作時的一致性，也對效果有所影響。此外，採用氙氣燈管（Xenon Tube）或白光LED做為發光源的不同閃光燈，也會出現不同的效果；謝其利表示，一般來說因白光LED與氙氣燈管相較，具備低耗電量與較長壽命的優勢，是應用大宗，但有效照明距離卻是一大限制（18英吋），這些都是相機手機系統設計時需考量的因素。此外要讓數位相機所擷取的影像能在手機的LCD螢幕上有清晰的呈現，根據螢幕的不同尺寸與色彩解析度來進行影像的調整，也是提高畫面品質的重要步驟，在系統設計時不可忽略。

《圖三　資策會網路多媒體研究所創意多媒體中心主任張文村》

手機多媒體串流與系統設計

講師：資策會網路多媒體研究所創意多媒體中心主任張文村

隨著具備多功能的智慧型手機逐漸普及，使用行動上網、多媒體訊息等數位內容服務的手機用戶人數持續成長，並且形成了一個“次文化”族群。資策會網路多媒體研究所創意多媒體中心主任張文村指出，此一手機做為主要的訊息傳遞接收、社交娛樂平台的族群之擴張，帶動了以手機為主的手持式裝置結合數位內容之產業發展蓬勃，手機市場的競爭已經不只是廠商在硬體技術上的一較高低，包括了MMS（多媒體訊息服務）以及手機短片、遊戲等軟體內容供應商也開始摩拳擦掌、各出奇招，準備搶攻市場大餅。

數位內容之角色重要性日益顯著

張文村表示，為滿足不同的行動族群對數位內容服務的多樣化需求，目前電信服務業者在數位內容的供應上大多較偏重內容供應“量”，而未來更注重內容的“質”，讓使用者能更簡便快速地得到所需的訊息，成為一大挑戰，也是台灣的手機ODM廠商可以起始著力之處。張文村進一步表示，由於目前國外大廠不斷推出整合型手機開發平台解決方案，使國內手機ODM廠生存空間受到擠壓，而無論是這些ODM廠或是品牌業者，若能在基礎的手機晶片設計能力之外，搭配軟體業者在手機應用程式與人機介面之間投入創意，勢必是提高產品價值的有力策略。

其中在手機軟體技術方面的一個熱門切入點，即是鎖定多媒體資訊傳輸的串流（Streaming）技術。張文村指出，受限於手機記憶體的限制，大多數的視訊檔案無法以完整下載到手機的方式來播放，因此不需儲存、可指定任何片段即時傳輸的串流傳輸技術成為解決方案，又以支援MPEG4資料格式為主流；MPEG4格式的特性在於可提高影像壓縮率與影音品質，並具有錯誤回復（error resilience）的能力，可排除無線傳輸過程中造成的雜訊。目前大多數的手機平台皆可支援媒體串流的服務，而此一技術未來的願景則是打造一個整合包括手機在內的所有可攜式設備的多元化「行動智慧生活環境」；張文村表示，在此一願景之下，開發多元環境下統整型的數位內容調適技術以及適合不同設備的智慧型人機介面，讓使用者能獲得最佳品質的數位內容服務，是國內業者可掌握的機會。

《圖四　華邦電子應用技術副理楊銘燿》

Mobile Memory技術應用發展現況

講師：華邦電子應用技術副理楊銘燿

具備多媒體功能的手機在市場熱賣，也帶動手機用記憶體的需求持續攀升，華邦電子應用技術副理楊銘燿指出，手機記憶體主要可分為三大類：非揮發性（Non-Volatile）記憶體，包括NOR與NAND型快閃記憶體（Flash）；揮發性（Volatile）記憶體，包括Pseudo SRAM、Mobile SDRAM；以及將以上兩類記憶體以多晶片封裝（Mult-Chip Package；MCP）技術整合的解決方案。大部分揮發性記憶體用於手機的工作暫存區，非揮發性記憶體中的NOR型Flash用於儲存手機程式碼，NAND型Flash則用於資料的儲存；不同功能階層的手機對於記憶體的需求也有所差異。楊銘燿表示，2G、2.5G手機所採用的記憶體以NOR型Flash與SRAM為主，而低階到高階手機的差別則在於記憶體容量的大小，但到了3G時代，由於大量影音多媒體資訊的儲存需求，估計NAND型Flash將成為應用大宗。

MCP解決方案為手機記憶體主流

Flash由於在手機等可攜式設備端的應用成長潛力大，吸引全球眾多記憶體大廠投入；其中技術門檻較高的NAND型Flash市場長期由東芝與三星稱霸，NOR型Flash市場則是百家爭鳴，目前有Intel、AMD以及國內的華邦、旺宏等廠商；而除了NAND型、NOR型非揮發性記憶體，手機尚需有Pseudo SRAM與SDRAM等揮發性記憶體的搭配。楊銘燿表示，手機記憶體為迎合系統高整合度的設計，採用MCP將所需不同種類的記憶體晶片包在一起，成為市場中熱門的解決方案；而手機記憶體系統的設計有幾個必須特別考量的條件，就是封裝規格、整體運作電壓、記憶體系統配置、耗電量、效能表現，以及安全性、可靠度、成本等議題。

楊銘燿指出，使用在手機等可攜式設備的記憶體，對封裝規格特別有小體積的要求，需要較低的驅動電壓與系統耗電量，但記憶體系統運作的速度效能與安全性可靠度等條件，卻又高於其他領域的應用；而手機具備消費性電子產品的特性，又讓記憶體價格成為系統廠商的一個重要考量因素，因此如何在低成本的壓力之下達到最多市場需求，成為最大的挑戰，廠商是否在不同種類的記憶體效能與價格之間尋求最具經濟效益的搭配與平衡，則是進行設計時不可忽略的思考。

《圖五　巨盛電子產品研發企劃處處長柳發申》

手機周邊擴充與連結介面設計

講師：巨盛電子產品研發企劃處處長柳發申

手機已經不只是手機；手機所具備的多樣化功能讓它脫離單純通訊工具的角色，並且幾乎已經成為一部隨身的小型個人電腦，而也因為如此，手機開始出現越來越多與周邊其他設備連結的需求。舉例來說，手機需要與PC連結以下載、分享資訊；手機需要外接記憶卡或其他儲存裝置，以保存內建的數位相機或錄音機中的多媒體影音檔案；手機需要外接耳機、麥克風、手寫辨識螢幕，甚至是其他無線通訊技術的收發天線...巨盛電子產品研發企劃處處長柳發申表示，不斷產生的手機連結創意，讓手機連結介面技術成為廠商在設計時越來越重視的議題之一。

常見的手機連結介面需求包括了五花八門的匯流排標準，常見的有：用於一般設備連結的UART、適用簡易資料傳遞的IrDA、適用影音設備連接的SPI／I2C／I2S、應用廣泛的US、USB-OTG等；此外各種不同規格的外接記憶卡（如CF、SD、MMC、Memory Stick...）與藍芽、WLAN等無線傳輸技術，也都是手機外接與連結其他設備的熱門解決方案。柳發申表示，在這些常見的手機連結介面中，又以USB與USB-OTG的未來發展最為看好，因為USB是目前PC與PC各周邊設備連結最常見的介面，又具備技術成熟且能即插即用的便利性優勢；但USB最大的缺點也就是必須以PC做為中介的主機，才能讓手機與其他周邊設備連結，因此有USB-OTG的誕生，讓手機能直接透過此一介面與印表機、數位相機等設備連結。

USB-OTG打造多元化手機連結世界

USB-OTG技術的誕生為手機的連結帶來了一個充滿無限可能的未來世界，而手機搭配USB-OTG技術要能成為普及化的應用，與手機平台的搭配與開發環境、軟體軟體應用程式的支援是不可或缺。柳發申指出，目前手機晶片大廠幾乎都是以平台式的解決方案來競逐市場，包括TI的OMAP、Philips的Nexperia與Intel的PXA、ST的Nomadik等知名的架構；著眼於USB-OTG的未來成長性，已經有不少大廠的平台式架構已經支援此一技術，微軟的行動裝置作業系統也有支援USB-OTG的設計，手機擺脫PC直接與其他手機或設備互連的便利時代可說即將來臨，而台灣廠商在此一領域有不少可掌握的商機，值得持續觀察該技術未來的發展情況。（整理＼鄭妤君；攝影＼廖專崇）