手机系统应用与发展趋势

讲师：工研院经资中心（IEK）产业分析师王英裕

手机几乎可说已经成为现代人的标准配备，欧、美、日等成熟市场的换机需求以及中国、印度等新兴市场的新购机需求，创造手机市场庞大的商机与竞争的激烈程度；而随着科技的演进与消费者需求的多元化，目前手机市场已经迈入了「M3时代」。工研院IEK产业分析师王英裕表示，所谓的“M3”指的是手机可切换WCDMA/GSM/EDGE/3G等多重系统（Multi-System）、结合了数字相机与MP3等多媒体（Multi-Media）影音功能以及具备蓝芽、UWB甚至WLAN的多模（Multi-Mode）传输技术，这三个“M”的相关应用已经陆续在手机见到，而未来三者相互加乘，必定会将手机设计推进一个更新的世代。王英裕表示，以“M3”的观点来看手机的发展趋势，就可以精准掌握手机的未来演进方向。

《图一 工研院经资中心（IEK）产业分析师王英裕》

电信服务系统标准消长为手机发展关键

由市场的面向来看，全球电信业者所提供的服务网络依照区域的不同而有多种系统标准，可分为2G（GSM、CDMA、TDMA...）、2.5G（GPRS、EDGE...）与3G（WCDMA、cdma2000...），这些采用不同标准之系统服务的消长情况可说是影响手机制造商发展方向的关键，目前市场以2.5G为主流。针对采用不同系统的不同区域市场，手机制造商会采用不同的生产与营销策略，对于手机芯片的需求也有所差异；因此电信服务端、手机制造商与手机芯片业者三方的互动可说十分紧密。

为了打造全球行动通讯“无接缝”的环境，支持多系统的手机逐渐成为市场主流；此外随着每一代系统标准带宽的增加，电信业者提供的服务类型也五花八门，包括多媒体讯息、动画影音等都日益受到终端用户的欢迎，也让具备多媒体功能的手机成为市场新宠。王英裕根据以上的市场状况综合分析指出，目前市场上的手机大致可分为低、中、高三个等级；其中又以支持2.5G以上系统、具备多功能的中阶手机为各家厂商抢攻的重点市场，如(图一)；而结合蓝芽、WLAN等其他无线通信技术的智能型、商务型高阶手机，则是厂商发挥实力与创意的另一个新战场。

手机整体系统端的架构演变则决定关键零组件的发展方向，多系统、多媒体与多模手机的出现，除了让手机芯片的设计越来越朝向整合度迈进；王英裕表示，目前手机芯片在射/中频以及基频部分，大多数已经能采用SiP（系统级封装）的方式来减少组件的数目，未来则趋向单芯片的解决方案，而多媒体、多模功能的出现，则带动手机用相机影像传感器、闪存、蓝芽芯片以及彩色面板等其他附加零组件的成长，嵌入式软件也成为发展重点之一。

为因应以上的需求，有许多大厂纷纷推出平台式的解决方案，以低成本与完整的支持吸引手机厂商；王英裕表示，这样的趋势对于中小型IC业者来说势必将产生冲击，而我国手机芯片厂商在手机“M3”时代，注意与手机制造商保持密切联系、提升零件质量与供应速度并致力降低成本、结合软件应用，才能赶上市场潮流且掌握商机。

《图二 安捷伦（Agilent）半导体事业群应用工程师谢其利》

手机影像撷取系统架构

讲师：安捷伦（Agilent）半导体事业群应用工程师谢其利

具备照相功能的手机已经成为消费者新宠，而相机手机搭配彩色屏幕、甚至是双屏幕在市场上更是主流产品，因此手机的影像撷取技术也成为手机制造厂商关注的重点议题。Agilent半导体事业群应用工程师谢其利指出，过去的手机系统架构设计并未考虑到数字相机功能的加入，因此影像撷取的工作都是交由系统中的基频部分来负责，使得影像传输与处理速度较慢；尽管现在大多数的解决方案已经加上一颗附加的IC来协助处理照相机模块部份的影像信息，但仅分担了记忆暂存的功能，控制工作仍是由基频部分的处理器所负责，对相机手机系统来说并非最好的设计。为提升整体效能且因应目前越来越多的双屏幕手机需求，目前已有针对手机相机模块附加具备较强图像处理功能IC的解决方案，接手原由基频所负责的控制功能，以“各司其职”的方式来让系统达到优化的效能。

谢其利表示，市面上大多数的相机手机仍以静态影像的撷取为主，而手机系统对于所撷取之影像信息的处理，最基本的就是自动白平衡（Auto White Balance；AWB）与自动曝光（Auto Exposure；AE）程序；所谓的白平衡是针对数字影像信息进行实时监测并根据设定调节R、G、B三色的平均值，而自动曝光主要功能则是调节曝光时间让影像亮度达到标准，以上这两个工作是在撷取影像之后同时运作，而若是在缺乏光源的较暗环境中进行拍照，就可能会延长图像处理的时间，使整个系统架构运作的速度变慢，因此目前又出现具备闪光灯的相机手机，以做为光源的补充。

闪光灯之支持亦为设计需考虑因素

在内建闪光灯的相机手机系统架构设计中，相机的CMOS传感器模块必须侦测环境光源，并计算出在闪光灯的支持之下，最具效率的自动白平衡与曝光时间；但闪光灯的支持也有其限制，包括所拍摄的目标物距离与闪光灯强度成反比，以及快门与闪光灯同步运作时的一致性，也对效果有所影响。此外，采用氙气灯管（Xenon Tube）或白光LED做为发光源的不同闪光灯，也会出现不同的效果；谢其利表示，一般来说因白光LED与氙气灯管相较，具备低耗电量与较长寿命的优势，是应用大宗，但有效照明距离却是一大限制（18英吋），这些都是相机手机系统设计时需考虑的因素。此外要让数字相机所撷取的影像能在手机的LCD屏幕上有清晰的呈现，根据屏幕的不同尺寸与色彩分辨率来进行影像的调整，也是提高画面质量的重要步骤，在系统设计时不可忽略。

《图三 资策会网络多媒体研究所创意多媒体中心主任张文村》

手机多媒体串流与系统设计

讲师：资策会网络多媒体研究所创意多媒体中心主任张文村

随着具备多功能的智能型手机逐渐普及，使用行动上网、多媒体讯息等数字内容服务的手机用户人数持续成长，并且形成了一个“次文化”族群。资策会网络多媒体研究所创意多媒体中心主任张文村指出，此一手机做为主要的讯息传递接收、社交娱乐平台的族群之扩张，带动了以手机为主的手持式装置结合数字内容之产业发展蓬勃，手机市场的竞争已经不只是厂商在硬件技术上的一较高低，包括了MMS（多媒体讯息服务）以及手机短片、游戏等软件内容供货商也开始摩拳擦掌、各出奇招，准备抢攻市场大饼。

数字内容之角色重要性日益显著

张文村表示，为满足不同的行动族群对数字内容服务的多样化需求，目前电信服务业者在数字内容的供应上大多较偏重内容供应“量”，而未来更注重内容的“质”，让用户能更简便快速地得到所需的讯息，成为一大挑战，也是台湾的手机ODM厂商可以起始着力之处。张文村进一步表示，由于目前国外大厂不断推出整合型手机开发平台解决方案，使国内手机ODM厂生存空间受到挤压，而无论是这些ODM厂或是品牌业者，若能在基础的手机芯片设计能力之外，搭配软件业者在手机应用程序与人机接口之间投入创意，势必是提高产品价值的有力策略。

其中在手机软件技术方面的一个热门切入点，即是锁定多媒体信息传输的串流（Streaming）技术。张文村指出，受限于手机内存的限制，大多数的视讯档案无法以完整下载到手机的方式来播放，因此不需储存、可指定任何片段实时传输的串流传输技术成为解决方案，又以支持MPEG4数据格式为主流；MPEG4格式的特性在于可提高影像压缩率与影音质量，并具有错误回复（error resilience）的能力，可排除无线传输过程中造成的噪声。目前大多数的手机平台皆可支持媒体串流的服务，而此一技术未来的愿景则是打造一个整合包括手机在内的所有可携式设备的多元化「行动智能生活环境」；张文村表示，在此一愿景之下，开发多元环境下统整型的数字内容调适技术以及适合不同设备的智能型人机接口，让用户能获得最佳质量的数字内容服务，是国内业者可掌握的机会。

《图四 华邦电子应用技术副理杨铭耀》

Mobile Memory技术应用发展现况

讲师：华邦电子应用技术副理杨铭耀

具备多媒体功能的手机在市场热卖，也带动手机用内存的需求持续攀升，华邦电子应用技术副理杨铭耀指出，手机内存主要可分为三大类：非挥发性（Non-Volatile）内存，包括NOR与NAND型闪存（Flash）；挥发性（Volatile）内存，包括Pseudo SRAM、Mobile SDRAM；以及将以上两类内存以多芯片封装（Mult-Chip Package；MCP）技术整合的解决方案。大部分挥发性内存用于手机的工作暂存区，非挥发性内存中的NOR型Flash用于储存手机程序代码，NAND型Flash则用于数据的储存；不同功能阶层的手机对于内存的需求也有所差异。杨铭耀表示，2G、2.5G手机所采用的内存以NOR型Flash与SRAM为主，而低阶到高阶手机的差别则在于内存容量的大小，但到了3G时代，由于大量影音多媒体信息的储存需求，估计NAND型Flash将成为应用大宗。

MCP解决方案为手机内存主流

Flash由于在手机等可携式设备端的应用成长潜力大，吸引全球众多内存大厂投入；其中技术门坎较高的NAND型Flash市场长期由东芝与三星称霸，NOR型Flash市场则是百家争鸣，目前有Intel、AMD以及国内的华邦、旺宏等厂商；而除了NAND型、NOR型非挥发性内存，手机尚需有Pseudo SRAM与SDRAM等挥发性内存的搭配。杨铭耀表示，手机内存为迎合系统高整合度的设计，采用MCP将所需不同种类的内存芯片包在一起，成为市场中热门的解决方案；而手机内存系统的设计有几个必须特别考虑的条件，就是封装规格、整体运作电压、内存系统配置、耗电量、效能表现，以及安全性、可靠度、成本等议题。

杨铭耀指出，使用在手机等可携式设备的内存，对封装规格特别有小体积的要求，需要较低的驱动电压与系统耗电量，但内存系统运作的速度效能与安全性可靠度等条件，却又高于其他领域的应用；而手机具备消费性电子产品的特性，又让内存价格成为系统厂商的一个重要考虑因素，因此如何在低成本的压力之下达到最多市场需求，成为最大的挑战，厂商是否在不同种类的内存效能与价格之间寻求最具经济效益的搭配与平衡，则是进行设计时不可忽略的思考。

《图五 巨盛电子产品研发企划处处长柳发申》

手机周边扩充与链接接口设计

讲师：巨盛电子产品研发企划处处长柳发申

手机已经不只是手机；手机所具备的多样化功能让它脱离单纯通讯工具的角色，并且几乎已经成为一部随身的小型个人计算机，而也因为如此，手机开始出现越来越多与周边其他设备链接的需求。举例来说，手机需要与PC链接以下载、分享信息；手机需要外接记忆卡或其他储存装置，以保存内建的数字相机或录音机中的多媒体影音档案；手机需要外接耳机、麦克风、手写识别屏幕，甚至是其他无线通信技术的收发天线...巨盛电子产品研发企划处处长柳发申表示，不断产生的手机链接创意，让手机链接接口技术成为厂商在设计时越来越重视的议题之一。

常见的手机链接接口需求包括了五花八门的总线标准，常见的有：用于一般设备链接的UART、适用简易数据传递的IrDA、适用影音设备连接的SPI／I2C／I2S、应用广泛的US、USB-OTG等；此外各种不同规格的外接记忆卡（如CF、SD、MMC、Memory Stick...）与蓝芽、WLAN等无线传输技术，也都是手机外接与链接其他设备的热门解决方案。柳发申表示，在这些常见的手机链接接口中，又以USB与USB-OTG的未来发展最为看好，因为USB是目前PC与PC各接口设备链接最常见的接口，又具备技术成熟且能即插即用的便利性优势；但USB最大的缺点也就是必须以PC做为中介的主机，才能让手机与其他接口设备链接，因此有USB-OTG的诞生，让手机能直接透过此一接口与打印机、数字相机等设备链接。

USB-OTG打造多元化手机链接世界

USB-OTG技术的诞生为手机的链接带来了一个充满无限可能的未来世界，而手机搭配USB-OTG技术要能成为普及化的应用，与手机平台的搭配与开发环境、软件软件应用程序的支持是不可或缺。柳发申指出，目前手机芯片大厂几乎都是以平台式的解决方案来竞逐市场，包括TI的OMAP、Philips的Nexperia与Intel的PXA、ST的Nomadik等知名的架构；着眼于USB-OTG的未来成长性，已经有不少大厂的平台式架构已经支持此一技术，微软的行动装置操作系统也有支持USB-OTG的设计，手机摆脱PC直接与其他手机或设备互连的便利时代可说即将来临，而台湾厂商在此一领域有不少可掌握的商机，值得持续观察该技术未来的发展情况。（整理＼郑妤君；摄影＼廖专崇）