行动通讯装置自诞生以来，就注定走向一条坎坷艰辛的路。这个说法并不是指其发展将会受限并落入衰退的窘境，反而是将会因过快的发展和面临越趋复杂的通讯环境，而承受不成比例的设计压力。首先是外型上的挑战，由于装置具备行动可携的需求，因此轻薄短小誓成其设计宿命，设计师与系统商也不断的挑战其底线；再者为多模通讯环境，不只是2G、3G，甚至是接下来的4G，都必须在单一装置里能够支持，加以Wi-Fi、WiMAX、蓝牙与GPS等的无线网络应用需求，也迫使行动通讯装置将更多的通讯协议放入设计内。

基于这些挑战，系统商开始寻求一种能因应以上设计需求的解决方案，而多

模单芯片便是这问题的答案。以下便是高通、博通、NXP、CSR及MIPS针对多模单芯片的市场与技术发展的采访报导。

多模单芯片将位居主流市场

根据工研院IEK的研究报告，未来手机市场将有两大发展趋势，第一为通讯技术标准的快速转变，将从目前约占六成的GSM/GPRS/EDGE等2G行动标准，快速转往3G及3.5G的标准，至2011年时，将逐渐成为主流标准；另一个重要的发展趋势则是多媒体与链接功能的整合日趋成熟，未来将有更多照相、音乐、蓝牙、Wi-Fi、GPS、Mobile TV、NFC、UWB、WiMAX等应用加入手机平台，迫使手机芯片厂面临3G与3.5G标准的转换、手机功能的整合、以及低成本和高整合的挑战。

IEK表示，随着半导体技术的突破与手机BOM Cost的持续下降，手机功能除朝向多媒体与无线链接发展，及将市场流行的多种功能以SiP或SoC方式整合外，手机核心芯片的精简化，并朝向高整合度芯片发展的趋势也将更加明显。

另一家市场研究机构ABI Research也指出，未来GPS将是手机的基本功能之一。目前大部分的CDMA手机都已经具备GPS功能，智能型的GSM手机也开始内建GPS功能。因此，把GPS功能内建在消费型GSM手机上，将是手机厂与芯片厂必须克服的挑战。ABI Research指出，GPS功能若想应用在低阶机型中，就必须进一步减小GPS芯片的成本、耗电量和体积。因此，至2009年时将出现GPS、蓝牙和Wi-Fi功能全部整合在单一芯片上的产品。目前许多通讯芯片厂都着手收购GPS芯片组厂商，便是加快开发这些芯片。

去年WiMAX Forum也公布了一份双模芯片的研究报告，报告中指出，未来双模芯片将可能取代传统的Wi-Fi芯片，成为无线宽带接取市场上的主要芯片技术。

目前双模芯片的主流制程为90奈米，以整合260MHz的ARM处理器和DSP处理器为主。WiMAX Forum表示，，就技术面上来看，双模芯片将采用硬件逻辑，落实物理层的主要处理功能，已大幅降低功耗，提高系统的处理能力。

此外，报告中也指出，双模芯片设计还会整合多媒体编译码器如JPEG、MP3、MPEG4／H.263等，以支持各种的多媒体应用；同时还会整合USB收发器、相机图像处理等功能，也提供接口支持WLAN、IrDA、Bluetooth、USB OTG2.0等。

基频与射频整合是多模单芯片的发展关键

所谓的多模芯片，指的是单一芯片中具有两种以上无线标准支持功能的芯片，但不限于基频或者射频芯片，仍需要透过其他的零组件，才能让多模收发的功能得以实现。但多模单芯片则已整合了射频与基频处理的功能，仅需单一的芯片，便能让装置具备多模的能力，这也是目前手机芯片商与无线网络芯片商积极朝向的目标。

去年挤下TI成为无线半导体市场龙头，同时也是手机多模单芯片领先者的高通（Qualcomm）就认为基频与射频整合才是多模单芯片的重点。高通CDMA产品管理资深副总裁Cristiano Amon表示，高通所定义的多模单芯片，是同时整合基频和射频芯片的解决方案。真正的多模单芯片是具备完整的多网处理的支持能力，就像是高通目前的UMTS单芯片一样，该芯片已整合了GSM、GPRS以及多频的3G标准。目前市场上几乎每一支手机需要整合UMTS和GSM标准，此外，高通也整合了CDMA和GSM技术在许多的产品上。

《图一 高通CDMA产品管理资深副总裁Cristiano Amon表示，高通所定义的多模单芯片，是同时整合基频和射频芯片的解决方案。》

Amon表示，若没有多模单芯片，手机制造商便需要单独设计基频、射频及电源管理的解决方案。而当芯片商整合了这些组件之后，便彻底的简化了在PCB的设计，而且手机研发成本也被大幅减低，特别是减少了许多原先的零组件使用。

透过使用多模单芯片，制造商便可将省下的经费转往其他的应用，如果手机制造商需要去生产CDMA 2000应用的手机，同时间也必须生产UMTS应用的手机，而这两个系统是完全不同的设计，若透过多模单芯片，便可以同时支持两者，而手机制造商便可单利用一个基础的设计架构，稍加改变去因应不同的市场。多模单芯片大幅减低了制造商在面对全球市场时的设计成本。

博通（Broadcom）个人无线通信事业部副总裁Scott Bibaud也表示，基频和射频整合进单一芯片中将是未来的趋势。而其中一个关键的挑战就是如何将RF整合到基频中，如何在制程与效能上取得平衡，这是目前在技术上最为困难的地方。

如何将不同频率的发射器放在手机上是一个很大的挑战。

Bibaud表示，若一支手机上同时要有蓝牙、FM广播和Wi-Fi的功能，并且要求体积很轻薄，这时便很难在效能兼顾的前提下，去符合这些无线标准。而且在各种不同的操作模式中，还要确定频率间彼此不会互相干扰。因此，无线发射器的整合是非常的困难，但博通已经克服了。

恩智浦（NXP）半导体个人行动通讯事业部业务发展与策略合作总监Michel Windal则表示，在所有成熟的无线技术上，基频与射频的整合是个现实的趋势，它已经在GPRS的技术上实践了，未来也将会在2008年时应用在EDGE技术上，而且预计在2010年或2011年的时候，会推广至3G技术上。只有在一些新兴的无线技术上，如HSPA、WiMAX或者LTE等，基频和射频才会以独立的零组件运行。但这些技术也会跟随着整合的趋势，逐渐成为成熟并以单芯片执行的技术。

效能、噪声比及电源管理是多模单芯片的设计要点

Windal则表示，多模单芯片主要的设计挑战，首先就是如何去整合这些使用深次微米CMOS制程的精密模拟电路，其次，则是如何在高速的基频运作中，消除EMI的干扰，特别是在极敏感的模拟电路中，这两项要求是非常冲突的，通常越精细的电路噪声也越多。

Windal指出，控制由深次微米技术所产生的静电噪声是最终要解决的障碍。在45或者32奈米制程上，漏电的问题非常大，这也导致静电的问题成为较动态电流更需克服的议题。所以，精密的电源管理技术是必须具备的。他强调，NXP是从飞利浦所分割出来，因此具备许多先进的电源管理技术和模拟设计经验，而并购了Silicon Labs也强化了在单芯片设计的经验。未来，芯片厂若不能整合这些多模技术，将很快会被市场淘汰，甚至在这个产业上消失。

《图二 博通个人无线通信事业部副总裁Scott Bibaud表示，基频和射频整合进单一芯片中将是未来的趋势。》

高通CDMA产品管理资深副总裁Cristiano Amon认为，多模单芯片的挑战包含如何去管理多模的频率、多模的技术、以及单芯片里不同层级的电源问题。此外，尺寸则是另一个挑战。他表示，所有的客户都不会希望因为采用多模单芯片解决方案之后，却牺牲了体积，加上目前的手机市场趋势，便是不断的朝更薄更小的设计发展。此外，电源的消耗也是一大挑战，系统商同样也不会认同，采用单芯片方案却牺牲了电池寿命和待机时间。靠着解决这些问题，高通的解决方案在市场上已具备相当的竞争力。

CSR台湾区总经理郑元更表示，不同无线技术之间的并存，是开发多模单芯片所面对的主要问题，但这项挑战的解决方案往往比较倚重软件，而非硬件本身。不过，有时候其解决方法是将二种技术分离开来独立运作，至少等到并存问题获得解决。举例来说，蓝牙和Wi-Fi二者都是在相同的2.4GHz频谱作业，虽然CSR芯片的干扰回避技术能让二者和平共存，但数据传输率的折损、甚至完全失去讯号等问题却成为最严苛的挑战。

但郑元更强调，虽然效能与干扰间的冲突难以解决，但目前CSR已在蓝牙和Wi-Fi二者的并存技术方面，取得较其他竞争厂商更佳的效能比。以54Mbps的无线基地台数据传输率而言，CSR的芯片能够达到略高于12 Mbps的Wi-Fi数据吞吐效能，而竞争厂商则仅有6Mbps。

透过韧体、软件与数字设计提升多模单芯片效能

虽然CSR是以单芯片无线硬件著称，但该公司和手机客户之间的成功关系并非只是建立在其IC之上，CSR的韧体和软件也扮演非常重要的角色，同样的理由也适用于如何在一个支持多重射频的单芯片设计中。CSR有64％的研发人员从事软件开发，而射频共存技术向来是CSR的一个强项。

MIPS模拟事业群IP无线系统事业的技术长暨执行副总裁Carlos Azeredo Leme则表示，现今SoC的整合水平越来越高，也可支持多种无线规格的应用，并且解决方案上也偏向数字导向的趋势，以增加各规格的可调性，并提供更大的线路设计弹性。例如运用宽带Sigma-Delta调变器 ，将大部分频谱予以数字化再进行数字处理，就可在无线通信或广播系统像是电视或手机上选择想要的频道。而开发多模单芯片确实正面临一些新挑战，因为在奈米技术领域中，供电电压与组件增益质的降低，使得模拟与射频线路要达到高效能较为困难。但若透过「以数字催生模拟」的技术，使用数字补偿技术，就可能改善模拟的缺失。

市场开发率也是多模单芯片的设计考虑

郑元更表示，多模单芯片的另一主要挑战是和开发率有关。虽然将多模技术结合到一颗单芯片的做法看似合理，但如果技术的采纳或开发率不高的话，即可能变成反生产(counter-productive)。举例来说，Wi-Fi已存在多年，成为PC与基地台的主要无线标准。不过，其他的行动装置领域仍还没有开始迈入广泛采纳。因此，从手机设计者观点而言，将其他技术整合到一颗Wi-Fi芯片的做法并不符合效益，因为Wi-Fi连接性并不是一项特别「必须具备」的功能。

《图三 恩智浦半导体个人行动通讯事业部业务发展与策略合作总监Michel Windal指出，多模单芯片主要的设计挑战，就是如何整合这些使用深次微米CMOS制程的精密模拟电路，其次，则是消除EMI的干扰。》

CSR发现要求Wi-Fi整合蓝牙单芯片的客户并不多，而客户的需求必然促使厂商投入开发。有时候将二颗芯片结合到一个模块的方案也许是最好的方式，能够为客户提供远优于某些已问市之单芯片产品的效能。尤其在功耗方面特别显著，目前单芯片方案在让蓝牙与Wi-Fi并存的努力上并没有达到理想的成效。

郑元更指出，目前手机的蓝牙普及率已达到约50%，且预期将在2010年达到60%。这个成果可能让蓝牙技术成为整合其他技术的一个链接中枢，特别是对于「目标连接率」相近的技术来说。GPS和FM发射器是CSR选择嵌入在其最新BlueCore7 IC的二个主要技术，此二者都同样属于高需求的技术，能够显著受惠于蓝牙的连接率，尤其是在不增加太多成本的考虑之下。

具备简化设计与降低物料成本的绝对优势

多模单芯片固然在开发与设计上困难重重，但对于系统商来说却是个灵丹妙药，尤其在当前设计时程与制造成本承受严峻考验的消费性电子市场上。恩智浦半导体Michel Windal表示，多模单芯片最主要的优势就是减低成本、缩小产品体积及降低电耗。他指出，第一代的2G手机，约是在90年代的时候研所发出来，当时一支手机使用了约1000个零组件，手机的重量也有400公克左右。而当时的那些功能，现在只需要一块跟邮票一样大的PCB版就可以做到了，而且零件数小于20个，同时效能达到20至30倍以上，重量更是减轻至50克以下。

《图四 CSR台湾区总经理郑元更表示，无线技术间的并存，是开发多模单芯片的主要问题，但这项解决方案往往比较倚重软件，而非硬件本身。》

高通Cristiano Amon表示，透过多模单芯片，OEM客户便可导入多模应用的市场。他们可以利用这些芯片组达成多模或者单模的应用，或者在单一的PCB版上，建立具有EV-DO标准的手机以符合北美市场需求，同时满足UMTS标准的手机给欧洲市场应用，透过这个平台，客户可以拥有很强大营销策略来满足手机制造需求。

而对终端消费者来说，多模单芯片则可以提供真正的国际漫游体验。以3G为例，如果你有一个UMTS的手机，而你将要到使用CDMA 2000的国家去旅行，那么你就可以能进行UMTS到EV-DO的3G规格国际漫游。另外一个优势是消费者可在合理的价格上拥有智能型手机的功能。

Amon强调，多模单芯片很明显的解救了手机制造商成本和跨平台的问题，同时减低了国际漫游需求的研发成本。

高整合设计也能加快产品上市时程

Amon表示，采用多模单芯片也会加快产品的上市时程。如果有更多的整合设计在芯片端被完成，手机制造商将能缩短设计的时程，因为PCB和手机平台的复杂性已经被减低，而单芯片也可以透过平台的再利用，进而减低设计时间，开发出新的平台。

Amon强调，我们并没有看见制造商在采用多模单芯片时有特别的问题产生，我们只看见采用多模单芯片之后，设计变的更容易，系统需求更加丰富，同时上市时程也更短。我们只看见多模单芯片减少了许多的问题。

《图五 MIPS模拟事业群IP无线系统事业的技术长暨执行副总裁Carlos Azeredo Leme表示，开发多模单芯片正面临一些新挑战，但若透过「以数字催生模拟」的技术，使用数字补偿技术，就可能改善模拟的缺失。》

郑元更也认为，藉由提供结合多模无线技术的低成本单芯片方案，将可以协助工程师快速且轻易地结合必要功能，加速产品上市时程。同样的，其先决条件是整合的质量，必须让终端产品设计工程师能够确保所有技术都能顺利的运作，而且不会对功耗带来负面冲击。这意谓着工程师必须和一个知道如何将无线技术嵌入到高敏感移动电话生态系统的厂商合作。

郑元更指出，单芯片解决方案并不是随意采用，OEM和ODM厂商必须选对芯片厂才行，要选择一家知道如何将无线技术嵌入到可携式电池供电之行动装置的芯片公司。同样的，设计工程师应避免只是为了采用单芯片而选择单芯片。

整合势不可挡 多模单芯片前进高量产市场

由于3G标准的逐渐普及，使得支持GSM/3G的手机将大规模进入市场，加以越来越多样化的无线应用将整合至手机中，因此，具备多模技术的手机和行动装置将逐渐成为市场主流，并进一步迈入高量产市场。

Amon表示，目前高通的策略就是让多模单芯片能够进入高量产市场，而发展多模单芯片技术的目的也就是为了能在该市场取得成功，这便是发展多模单芯片的理由。

《图六 CSR甫发表的第7代蓝牙芯片BlueCore7，整合GPS和FM发射器。》

博通个人无线通信事业部副总裁Scott Bibaud表示，目前GSM和GPRS已经是非常成熟的技术，且持续出货至最高量产的市场上。博通预计在2009年至2011年时，EDGE将会成为最多量产的技术，而HSPA技术则会在2012年之后才会进入高量产市场。从一个的新手机设计观点来看，这是一个全然不同的状况。目前，新的手机设计通常是整合EDGE和HSDPA，或者是整合WCDMA，明年之后，则预期是以EDGE和HSDPA为主，包含少数的HSUPA设计，主要是在数据卡和PC上。

Michel Windal表示，自从手机世界变的越来越复杂，消费者也开始要求在使用不同的无线通信标准时，能有无接缝的体验，因此多模的装置也变的越来越普遍。目前3GPP组织正在推动让LTE、3G以及2G之间能有整合的空间，且美国的Verizon已经决定让其CDMA 2000的网络与LTE共同运行，因此其合作的芯片商也将会发展此种CDMA 2000与LTE特殊的双模芯片。一些新兴的电信营运商则非常有兴趣发展3G和WiMAX的整合服务，但当他们的用户脱离了WiMAX的热点之后，他们的移动电话也将无法使用，这是无法被接受的，因为用户是预期可以持续的使用。基于这些发展，多模单芯片的市场将会快速的扩张。

无线芯片厂枕戈以待 抢攻多模应用市场

高通--整合3G多模实现国际漫游体验

《图七 LTE与3G多模整合的单芯片将是高通下一阶段的产品》

去年11月，高通推出了QSC系列的产品，该产品是第一颗3G的多模单芯片，该芯片具备2G和3G模式的UMTS plus GSM规格，同时也支持3G和3G多模的CDMA 2000 EV-DO及UMTS/HSPA标准，这些都是目前市场上唯一具备的功能。此外，高通也坚持发展多模单芯片，自早期整合GSM标准实现国际漫游开始，不同的是，高通的多模单芯片不仅整合2G和3G，同时整合3G和3G多模标准。目前使用高通多模单芯片的产品还没有正式的在市场上销售，仍处于研发的阶段，但不久后就会有采用该解决方案的产品进入市场。

Amon表示，高通的多模单芯片具备许多独一无二的特色。他强调，对任何新技术来说，能够产生益处。比新增一项功能或把网络带进手机中更重要，就像数字手机同时支持数字和模拟技术一样。高通在发展多模的技术上已有很长的时间，同时也是这个领域的先驱。

博通--提供HSUPA基频 整合多模RF

目前所有的博通基频芯片组都支持GSM标准。以博通的HSUPA基频芯片BCM21551为例，该芯片支持HSDPA、WCDMA、EDGE、GPRS 及GSM标准，能让电信商发展更有效率的数据网络，如透过部署HSDPA技术来加速在都会区的网络带宽，或者部署EDGE来针对郊区的需求。此外，BCM21551单芯片的HSUPA基频处理器，允许用户在手机上进行每秒7.2MB的下载，及每秒5.8MB的上传，并整合了完整的RF功能。而这是今日许多典型的多模装置需要利用外接设备才能达成的。这些外接装置还会消耗更高的电源、占据机版空间，当然也会增加成本。

Bibaud表示，博通已经整合了完整的RF功能，并透过65奈米的CMOS制程，将电耗大幅降低，此外整合了HSUPA的基频功能，这是前所未有的技术。博通并整合了强大的多媒体功能，允许设计者执行其他的高阶应用。

NXP—2009年推出整合EDGE的多模单芯片

自收购Silicon Labs的Aero收发器、AeroFONE手机单芯片与功率放大器产品之后，NXP也具备了多模的产品线。其Aerofone 4901/4902 单芯片便是自Silicon Labs转移的GSM/GPRS多模产品。4901是将电源管理单元(PMU)、电池界面、充电电路、数字基频、模拟基频和射频收发器整合至单一CMOS组件的解决方案。而4901主要是为新兴市场所开发的手机单芯片，这类市场需以功能精简和高功能整合来降低系统成本。

Windal表示，NXP预计将在今年稍晚推出整合EDGE应用的单芯片「Aerofone 4910」，预计将在2009年进行量产。

CSR—以蓝牙为中心链接其他无线标准

郑元更表示，移动电话包含三个价值中心：基频芯片、应用处理器和无线链接中心。蓝牙是现在最成功的短程无线技术，预期2010年的手机搭载率将超过60%。CSR也将以蓝牙技术为中心，把更多无线技术整合到蓝牙子系统，为设计者提供一个强大的链接中心，协助他们为终端产品增加功能而不用担心影响尺寸设计或物料列表成本。透过CSR在手机内实现的链接价值中心，将能提供一个整合新技术的理想目标。

MIPS—开发多模WiMAX/WLAN射频收发器

MIPS收购了模拟IP供货商Chipidea后，使MIPS成为全球第二大半导体设计IP公司和第一大模拟IP公司，并获得了RF芯片设计的IP供应能力。Azeredo Leme表示，基本上来说，任何一种应用领域都适合采用多模SoC。MIPS能提供多模行动电视调谐器与双模GPS/Galileo射频接收器解决方案，这些解决方案也已推出一段时间了。而MIPS现在正在进一步开发多模WiMAX/WLAN射频收发器。

结论

MIPS收购了模拟IP供货商Chipidea后，使MIPS成为全球第二大半导体设计IP公司和第一大模拟IP公司，并获得了RF芯片设计的IP供应能力。Azeredo Leme表示，基本上来说，任何一种应用领域都适合采用多模SoC。MIPS能提供多模行动电视调谐器与双模GPS/Galileo射频接收器解决方案，这些解决方案也已推出一段时间了。而MIPS现在正在进一步开发多模WiMAX/WLAN射频收发器。在整合趋势的带动下，芯片设计朝向单芯片发展是无庸置疑的方向。同样的趋势也会显现在无线通信芯片上，而依照目前的发展情况来看，无线频段的应用与区分只会更加复杂，这也考验着芯片商的市场智能与研发能力，谁能整合出最具市场潜力的技术，同时提供优异的产品效能将成决胜点。