在今年Globalpress的Electronic Summit中，無線通訊仍然是熱門的主題之一，不論在WMAN、WLAN、WPAN等各個領域中，都有新一代技術在持續推展也是會議中代表不同技術的廠商大力背書的重點，例如代表802.11n的Airgo和Broadcom，以及致力於推動UWB的新興公司Pulse~link。不過，也有廠商並不強調對特定無線技術的掌握，而著眼於不同技術標準之間的整合，如Renesas。

今日與下一代無線技術

Renesas企業策略計畫部門資深經理Tsutomu Tsuboi即指出，目前各個領域的無線技術皆有其獨到的發展優勢，但在網路的世界，勢必會發生規格相容與交換的議題。這種狀況在未來幾年會愈來愈需要被正視。在廣域網路中，有線的光纖、Gigabit/Terabit Ethernet仍然是主要的基礎骨幹，行動性高、傳輸速率不斷提升的無線通訊網路，如蜂巢式系統及WiMAX（802.16）則是局端/終端的重要接取技術；另外一個平行發展的網路則是數位廣播網路，它正與蜂巢式網路進行整合，進而形成另一波的行動電視應用模式。

再往下發展，蜂巢式3GPP、3GPP2將從3G走向3.5G（HSDPA）及4G，WiMAX的延伸技術標準則有MBWA（802.20）和WRAN（802.22）值得觀察，其中MBWA採用3.5GHz以下頻帶，頻寬小於5MHz，能在時速250公里下提供1Mbps的資料傳輸；最新的WRAN標準則運用感知無線電技術，將使用電視廣播的VHF/UHF頻帶（北美為54MHz～862MHz）的頻率作為傳輸頻帶，由於使用的是比WLAN更低的頻帶，能覆蓋的範圍極大，半徑可超過40公里。

走入家庭及辦公室，802.11已是WLAN的主導性無線技術，傳輸率超過100Mbps的下一代11n標準正在如火如荼地推動中。目前市場上雖然已有標榜Pre-n的產品出現，但掌握MIMO關鍵技術的Airgo則指出，由於11n的硬體規格仍未完全敲板定案，這些產品未來與規格的相容性有值得商?的地方。Airgo產品管理主任Dave Borison表示，11n實體層規格最快也要到今年底或明年初才會定案，屆時依規格而生產的Pre-n產品，才可能透過軟體的升級來完全與正式的標準相容。

Tsutomu補充說，除了往高速傳輸發展，802.11的另一個發展重點則是車用電子的應用，即IEEE 802.11p（又稱WAVE；Wireless Access in the Vehicular Environment或IEEE 802.11 WAVE Study Group）。11p是以11a為通訊技術，因此同樣採用5.9GHz頻段，其用途主要是專用短距通訊（Dedicated Short Range Communication；DSRC），也就是當車子快速移動時，能達成車對車通訊、不斷線通訊與多媒體影音下載等應用，並能加強車用安全，如碰撞警示、道路危險警示等。

在短距離無線技術（WPAN）方面，又可分為高速傳輸與低速傳輸。目前低速的藍芽技術已普遍被應用耳機、手機或車用系統，低耗電的ZigBee則用於感應、控制網路；可達480Mbps高速的UWB，則定位於家庭影音的無線傳輸應用，可望讓今日複雜的AV連線或PC、消費性電子的連結走向無線化的環境，例如發展採用UWB技術的無線USB及1394標準。UWB在速度上的突破潛力驚人，未來的發展藍圖可望達到1.5GHz；此外，另一途徑則是採用milliwave（18GHz到100GHz）的頻段，其優勢是即使在下雨或起霧的天氣中，也能清楚地傳遞訊息，這很適合用於汽車的碰撞警示。無線技術的發展趨勢，請參考(圖一)。

《圖一　無線技術發展趨勢》

無線技術的相容議題

在Renesas的觀察中，接下來幾年，會形成各種無線網路技術彼此重疊與尋求互通的狀況，也就是各種室內、室外的設備透過基地台、Access point或閘道器（gateway）來與遠端的設備或伺服器連結，除了搜尋、下載資料或節目外，也可以用來監視或控制家電系統。因此，Tsutomu表示，如何達成技術與技術之間的通透性轉換，將是愈來愈重要的課題。

他分析指出，雖然各個技術的作法不同，但仍有一些共通性的架構可以依循，而這個參考架構就是OSI的階層式觀點。不論是WMAN、WLAN、WPAN或控制網路，都至少可以具有實體層（PHY）、MAC層及網路層，這三層中，實體層偏重硬體設計，網路層偏軟體建置，MAC層則軟、硬體兼具。從這個角度來看，其實在實體層的技術上，除了控制網路採用DSSS/Pulse作法外，其他的廣域、區域及個人網路皆採用OFDM調變系統作法，網路層則採TCP/IP標準，因此主要的差異是在MAC層的設計，也是在研發交換平台時需提供的彈性重點所在，如(圖二)所示。

《圖二　Renesas對無線技術整合的開發觀點》

多核心、分散式處理趨勢

在不久的將來，各領域中的無線技術都將不斷地提供其傳輸速度，未來以100Mbps的速度將資料從區域傳到廣域，將不是太大的問題，如(圖三)。在此一頻寬充足的情況下，有線、無線網路的環境中將出現大量的高資訊量傳輸應用，例如視訊會議、電視或遊戲等等。這時，網路環節中的各個設備，包括伺服器、路由／交換器或手機、NB／PC等終端設備，都必須大幅提升其處理效能，才能達成高負載的處理任務。

《圖三　各種無線技術的傳輸率比較》

不過，過去靠單一高效能處理器的時代已發生轉移，市場已轉向多核心的分散式處理技術發展。Cradle行銷副總裁Kourosh Amiri指出，這種轉移很明顯，例如Intel大力主推其雙核心平台，STI（Sony、Toshiba、IBM）聯盟則發展其Cell架構。在通訊或多媒體的運算系統中，採用DSP加GPP（General purpose processor）的分散式架構已是主流，有的平台中則還會加入一個或多個多媒體加速引擎，專門用來處理視訊、音訊或者是圖形的應用；在更複雜的應用中，也可能用到多顆DSP，以平行運算來執行繁重的訊號處理工作。

Kourosh表示，當高頻率核心的耗電及高熱成為了系統中的不定時炸彈時，朝多核心的分散式處理就很自然的成為市場上的希望，不過，在典範轉移的過程，難免會遭遇到不少新的設計挑戰，這時先進工具的使用就成了問題解決的關鍵助力。他認為設計者總是期待在自己熟悉的開發環境下工作，這個環境要能提供容易使用的介面，並能符合市場上的標準。

在除錯上也是一個重點，設計者會要求輔助工具能深入設計問題的底層，並同時提供高階的控制及程式碼細節的逐步控制；在效能分析上，除了分辨出多核心架構設計案的瓶頸所在，最好還能為此專案執行最佳化的調整動作。因此，今日的多核心開發工具必須具備「可攜性」、能支援C語言的程式設計，並能提供強大的編譯工具；在多核心架構中，必須要能同時支援內部及外部的分享式記憶體；此外，如何分區（partitioning）也是一大挑戰，因此需要一套好用的動態排程器（dynamic scheduler）來輔助設計，並支援即時作業系統（RTOS）。

自動化工具降低設計複雜度

EDA業者Athena總裁John Murphy也指出，電子產業已移轉到平台式的多核心SoC設計上，其中分散式處理是必要的架構。不過讓業者感到沈重負擔的，則是愈來愈複雜的實體電路，以及水漲船高的開發成本。在奈米級的電路中，設計者必須面對的實體效應挑戰包括：訊號完整性（Signal integrity；SI）、噪訊（noise）、耗電、時序（timing）等等，此外，設計的良率也不易提升。

在這些難題下，目前IC開發的專案時程已明顯地拉長了，從過去數週可以完成，到今日需要三十多週才能結案，再加上需要投入更多的研發人力、開發工具，因此成本已是過去的三倍以上。John指出，到了65nm製程時將會遭遇到更多問題，在這種更大、更複雜的設計中，如果沒有一些自動化的工具來協助建置，設計閉合（design closure）將很不容易達成。

John進一步分析指出，今日的IC開發流程往往得辛苦的採用手動方式去進行分析和校正錯誤，工程師得一步一步地去找、分析，再校正時序、SI、電源和處理DFM等問題。很顯然地，這種作業方式是相當艱苦不討好的工作，過程中很多手續可能是重覆的，在複雜的案子中將是寸步難行。

他認為好的奈米晶片EDA工具必須具備強大的自動化功能，為設計案提供智慧性的實體電路效應分析。這種分析不能只是針對特定區域來進行，而要能同步地對系統中的多重區域進行分析，才能得出接近真實的分析結果。自動化、同步的全區分析還只是第一步，接下來設計工具還應該能針對專案的需求提供最佳化的調校程序。

電源管理的整合度與智慧性

結合上述的無線技術及多核心、奈米技術發展趨勢，在市場上當紅的產品寵兒即是手持式設備，尤其是手機的設計開發。當音訊、視訊、照相、遊戲等多媒體應用一一出現在這個輕薄的產品上時，除了效能、尺寸與熱量管理的問題外，另一個關鍵性的議題，也就是電源的管理。

目前的手持設備系統中，不論是射頻、基頻、顯示器、應用處理器，或未來可能加入的行動電視模組，都為電力的消耗造成愈來愈大的負擔。但近年來電池技術並未出現大幅的躍升，因此，手持設備想要延長電池的壽命，只能從提高電源利用率及降低功耗這兩個角度來下手。

美國國家半導體策略行銷主任Paul Greenland指出，在半導體產業的設計趨勢上，一向是「分久必合、合久必分」，也就是有時會偏向採用一般性的架構（Generic Architecture），有時則偏向採用特殊性的架構（Specialized Architecture）。不論是在晶片組或電源管理單元，都可以看到這個現象：當功能需求穩定時，一般性的架構就會成為主流；當應用需求出現變化時，就會分出特殊的功能區塊（functional block），以滿足彈性化的需求。不過，隨著時間的發展，下一代元件的整合度會愈來愈高。請參考(圖四)。

《圖四　電子元件整合與分離的發展趨勢》

目前手持設備的PMIC也朝高整合度的SoC發展，不斷地加入更多的功能與智慧。John也指出，PMIC與處理器SoC的連結需要採用高效能的互連介面，並應用先進的電源管理技術，才能依SoC系統中各別功能提供所需的供電，進而靈活控制各方面的功耗。

結論

通訊技術，可說是數位應用的基礎平台；無線化、寬頻化，則為數位應用打造了更寬廣和多元的承載環境。今日的應用焦點集中在人們的消費性、娛樂視聽的經驗創造上，如手持設備的多媒體應用，以及家庭中的數位視聽劇院及網路。不過，另一波的網路應用正在蘊釀，那就是無所不在的感應網路（Sensor network），它將把網路的使用範圍擴及每個角落的電子設備，屆時將會出現全新的市場模式與經驗。

有了寬頻環境，多元化應用的落實就得看產品設計的能力與創意了。從製程、IC設計、EDA工具，到軟體與設備製造商，都在整個環節中扮演了重要的角色。大家都在微小化、高集積度的電路中竭智憚思，共同將電子業畫出的願景化為現實。下一步的電子產品願景是什麼呢？或許是將微機電及生物科技都結合在一顆小小的IC當中吧。

（作者擔任電子產業媒體工作者多年，現為自由寫作工作者）

延 伸 閱 讀

無線技術的發展近年來真是變化不斷，從2000年開始大家一直在談論的話題的藍芽與無線區域網路WiFi之間互相競爭的問題，隨著WiFi迅速的普及，藍芽不再是WiFi的競爭對手，反而成為WiFi互補的無線技術。相關介紹請見「超寬頻遇到802.11n的挑戰與障礙」一文。 在矽谷的中心，曾經分別領導低功耗StrongARM（被英特爾收購）和SiByte（被Broadcom買下）設計團隊的兩位領軍人物Dan Dobberpuhl和Simon Davidmann將加入日益龐大的多核心微處理器開發者行列。你可在「多核心處理器面臨軟體設計和記憶體頻寬瓶頸」一文中得到進一步的介紹。 可測性設計透過提高電路的可測試性，因而保證晶片的高品質生產和製造。借助於EDA技術，可以實現可測試性設計自動化，提高電路開發工作效率，並獲得高品質的測試向量，從而提高測試品質、低測試成本。在「可測試性設計與EDA技術」一文為你做了相關的評析。

相關網站	瑞薩科技台灣分公司網站 美國國家半導體網站 Cradle Technology網站