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MP3播放機關鍵元件與廠商
 

【作者: 鍾俊元】   2000年02月01日 星期二

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從系統架構來看,MP3播放機關鍵零組件包含微控制器、MP3解碼器、數位類比轉換器以及快閃記憶體與可攜式儲存卡等,由於MP3播放機產品發展體積日益縮小、功能趨於多樣化、節省電源等,故其關鍵零組件體積、規格要求日趨嚴苛,而供應廠商也紛紛投入開發,期以提高零組件的附加價值。以下簡單描述各關鍵零組件在MP3播放機的功能:


MP3播放機關鍵零組件

一、晶片組(Chipset)

音訊解碼是MP3播放機的核心,稍早可由一般用途的CPU晶片來處理,而非具特有演算法的ASIC晶片,目前已有專用晶片內含DSP及MP3解碼程式,負責MP3音訊解碼功能,而市面上大部分MP3播放機使用的MP3晶片方案,是德國Micronas Intermetall的「MAS3507D」或意法半導體的「STA013」晶片,它們都具有低耗電率及低價位之優點;新一代微控制器晶片大多採用開放式平台設計,即晶片本身含微處理器,它提供廠商可依本身發展的壓縮格式或著作權保護技術,來進行可程式化的解碼設計等,故廠商可以掌握多種壓縮格式解碼與著作權保護機制,也可以推出符合SDMI規格的數位音樂播放機與網路下載服務。下列將分別介紹MP3各晶片功能與晶片發展現況:


1.微控制器晶片

微控制器晶片(MCU)係指具有播放機週邊控制、可程式解碼功能的微處理器或數位訊號處理器(DSP),目前主要有凌雲邏輯(Cirrus Logic)的「EP7209」晶片,它即採用ARM的RISC處理器核心「ARM720TDMI」;南韓現代電子也以該公司擁有的DSP為基礎,開發出MP3用「HS61C930」晶片;三星電子有「CalmRISC」微控制器晶片;德州儀器(Texas Instruments)的「TMS320C5000」晶片;台灣創品電子的「T3351X」微控制器等;也有廠商使用一般用途的微處理器配以自行開發的系統韌體,做為MP3播放機控制功能使用。


2.MP3解碼晶片

MP3解碼晶片則是MP3音訊規格專用的解碼晶片,有些更加入可處理下一代AAC(advanced Audio Coding)規格的音訊訊號,主要有日本東芝的音訊解碼「TC9446F-004」晶片,它即可處理AAC與MP3規格的音訊訊號;南韓業者TLI的「TL7230MD」晶片;甚至,TLI新出晶片「TL7231MD」除了MP3音訊解碼外,已內建數位類比轉換器(DAC);意法半導體(ST Microelectronics NV)的「STA013」;德國Micronas Intermetall的「MAS3507D」解碼晶片。除上述業者外,德州儀器、Motorola、南韓STERI Micro Systems、台灣凌陽科技、華邦電子、聯聖科技等均投入MP3解碼晶片開發。


3.多功能與整合性單晶片

在多功能與整合性單晶片發展上,其中有整合微控制器、解碼器與數位類比變換器等三項零組件於一單晶片中,有南韓Media Logic的單一化晶片方案;德國Micronas Intermetall也有單一化晶片方案,其中就整合「MAS 3507D」信號處理器與「DAC 3550A」數位類比轉換器;另外,為了其他附加功能例如支援AAC音訊規格、CD/DVD播放解碼、錄音功能、相容無線通訊功能、廣播節目編解碼或數位音樂安全機制功能等,例如德國Micronas Intermetall推出MP3專用解碼器與具備數位轉類比或類比轉數位等功能的晶片,另也進行支援「MS Audio 4.0」及「AAC」晶片的開發;ESS Technology的「ES4280」晶片的方案,則提供結合網路瀏覽、收發電子郵件、從事電子商務等功能。由於各廠商紛紛提出不同解決方案,使得MP3產品差異化、多功能程度日增,市場競爭也趨於白熱化。


二、快閃記憶體

MP3播放機音樂的儲存可分內建式記憶體與可攜式的儲存卡兩部分,內建式記憶體就是以快閃記憶體(Flash Memory)為主,內建式記憶體直接置於MP3播放機中,供使用者由個人電腦下載MP3音樂檔案至播放機使用。快閃記憶體屬非揮發性記憶體之一種,即使不充電也能保持原來的紀錄資料,它原在記憶體整體市場上實微不足道,甚少受到注目,但由於近年來數位相機、行動電話、MP3播放機等產品盛行,快閃記憶體與以快閃記憶體為主的記憶卡成為主要儲存元件,由於快閃記憶體逐漸進入高容量、高密度製程,加上各標準的快閃記憶卡控制介面、封裝與組裝等製程獨特,以致技術進入障礙高,至今仍為少數廠商所壟斷。


由於快閃記憶體可依儲存程式或資料的不同,快閃記憶體的技術發展架構主要可分為「NOR型」及「NAND型」二大主流產品。「NOR型」產品,是由Intel所發展出來的架構,讀取速度快,而且可以在單位區塊(Block)上進行指令程式的讀取與寫入,操作時適合隨機性資料的存取,其特性為高電壓、較長的抹除時間、較大的抹除區塊(16Kb以上),其寫入壽命約10萬次,密度範圍廣,電壓低(2.7V);由於「NOR型」產品的高速效能,故適合個人電腦的程式指令的儲存,可縮短指令的讀取/寫入時間,而其低電壓及低功率的特性,除了應用在個人電腦與週邊產品及PCMCIA記憶卡外,亦廣泛應用在可攜式及無線通訊產品上。除此,Intel近來提出多位準(Multi-level Cell)技術的StrataFlash快閃記憶體,不僅大幅提昇記憶容量,且將快閃記憶體延伸至資料儲存應用之方向發展。現階段「NOR型」產品,由AMD/Fujitsu、Intel/Sharp、Micron、TI、Toshiba等公司生產,佔約整體快閃記憶體市場約80%。


「NAND型」產品,是由Toshiba所發展出來的架構,讀取速度較慢,但具有較小的記憶胞單位面積,在高密度(大於216Mb)的成本較「NOR型」低,其寫入壽命約100萬次,且比「NOR型」快閃記憶體操作電壓低,操作時適合序列位址性資料的存取,故可應用於可攜式MP3、DSC、DVC等產品中,或應用於消費性電子產品作為資料儲存使用;但此類快閃記憶體供應廠商少,目前主要由南韓三星電子、日本東芝所生產,該二公司在「NAND型」產品市場佔有率約九成。「NOR型」及「NAND型」快閃記憶體產品的比較如(表一)所示。



《表一 快閃記憶體技術「NOR型」及「NAND型」產品比較》
《表一 快閃記憶體技術「NOR型」及「NAND型」產品比較》

在全球快閃記憶體市場方面(圖一),1999年產值達39億美元,出貨量約10億顆,平均單價約4.1美元,預料2003年快閃記憶體產值將達80億美元;但由於全球行動電話、Set-top Box、數位相機、可攜式裝置等產品市場蓬勃發展,快閃記憶體單價仍維持約4美元水準,看不出有下跌的跡象,故可知如果MP3播放機製造商一味寄望未來快閃記憶體價格下跌,來帶動MP3播放機市場成長,將可能只是海市蜃樓的夢想;短期間內,廠商仍應以其他儲存方案因應,但長期而言,廠商應亟思提高產品的其他附加價值,以獲取消費者的青睞。


《圖一 全球快閃記憶體市場》
《圖一 全球快閃記憶體市場》

三、可攜式的儲存卡

在可攜式的儲存卡方面,它主要是供使用者擴充音樂儲存容量,以及方便於外部攜帶為用途,常見有SanDisk推出的Compact Flash卡、SanDisk與Siemens發展的MultiMedia Card卡、Toshiba開發的Smart Media卡、Sony新出的Memory Stick卡、Matsushita與SanDisk新出的Secure Digital卡、IBM高容量的Microdrive碟機以及Iomega的Clik!等。由於MP3播放機製造廠商基於不同的產品策略、儲存標準優劣等(表二),各家MP3播放機也採用不同之外部儲存方案;由於快閃記憶體價格短期內不太可能降價,已有少數MP3播放機廠商(例如南韓Saehan情報系統的「MP-C10」、Palo Vision的「Clik Man」等產品)採用Iomega開發之40MB Clik! 外部儲存方案,而目前也有廠商提供Compact Flash-2介面,可採用Microdrive方案的產品問世,雖然「Clik!」、「Microdrive」具有較廉的儲存成本,但也不可避免之高耗電的缺點。



《表二 可攜式的儲存規格比較》
《表二 可攜式的儲存規格比較》

MP3播放機關鍵元件廠商現況

一、晶片組

從MP3播放機晶片組開發廠商來看,其開發晶片產品特徵與功能將朝向整合性晶片與多功能性兩方向發展。尤其在下一代播放機方面,將往整合微控制器(含微處理器)、解碼器、數位類比轉換器、快閃記憶體等功能之系統單一晶片方向發展,其中將提供可程式化的解碼功能與著作權保護技術納入晶片中,而這是針對多種壓縮格式及符合SDMI規格的定位產品;在多功能性方面,在數位音樂播放功能外整合其他音訊、通訊、資訊產品特徵於晶片中,例如:數位語音錄音、FM/AM收音、網路瀏覽、收發電子郵件、從事電子商務等功能;另外,MP3解碼播放功能也逐漸擴散於許多通訊、資訊產品的晶片中,例如:無線通訊手機、筆記型電腦、個人數位處理器、CD/DVD播放機、音樂伴唱機、車用播放機等,這是針對附加功能產品的晶片發展。除上述產品特徵與功能外,低耗電能、小體積、下載處理快速等特點是晶片組廠商努力之重點,開發MP3播放機晶片組廠商,其產品特徵與詳細功能摘錄如(表三)。



《表三 MP3播放機晶片組特徵與功能》
《表三 MP3播放機晶片組特徵與功能》

二、可攜式的儲存卡

1.Compact Flash

「Compact Flash」是1994年美商SanDisk研發之快閃記憶卡規格,它不但擁有控制晶片、快閃記憶體、軟體與封裝的技術,也對外授權Compact Flash相關技術,故其快閃記憶體卡廣受國際間業界支援。1995年SanDisk成立Compact Flash Association(CFA),目前成員包含Kodak、Canon、Apple、Polaroid等125家廠商,Compact Flash卡儲存容量可從8MB至192MB,具有50接腳的介面,寫入速率達1.4MB/s,由於Compact Flash卡必須包含控制晶片,故體積比其他可攜式的儲存媒體厚,成本也較高些,但由於隨著Compact Flash容量增加其控制晶片成本相對縮小下,成本劣勢已不如低容量時嚴重了。


2.Multimedia Card

「Multimedia Card」是1997年SanDisk與Siemens(現為Infineon)合作研發的小型快閃記憶卡,也是SanDisk繼Compact Flash後發展出更適合可攜式產品的記憶卡,1997年成立Multimedia Card Association,目前會員已超過40家廠商。日立今年初預定開始量產16MB產品,而松下則供應快閃記憶體給SanDisk生產。最近該公司決定將原本該公司在美國生產的32MB容量的Multimedia Card移至台灣量產,據悉半導體的測試及封裝將分別交由台灣的矽品精密工業及矽豐二家公司負責,已開始正式量產,目前已有許多MP3播放機採用。「Multimedia Card」容量有4MB、8MB、16MB、30MB等,目前價格約為40美元、50美元、80美元、130美元等。


3.Smart Media

「Smart Media」是日本東芝(Toshiba)研發的可攜式的儲存媒體,它體積也可媲美其他快閃記憶卡,市面仍以16MB為主。目前東芝已發表一款儲存容量達64MB的「Smart Media」快閃記憶卡「TH58512DC」,將以高畫質數位相機及數位音樂播放機等為主要應用領域,樣品產品目前已開始出貨。由於Smart Media內部不含閃記憶體控制器,必須仰賴可攜式裝置的控制功能;但正因為如此,「Smart Media」卡的讀寫速度受外在使用之機器影響甚鉅,不同容量快閃記憶卡與機器的相容性也易出問題,故常引起消費者困擾;除此,另一缺點是Smart Media 32MB以上高容量產品市面不易買到。綜合上述問題,目前許多可攜式產品已放棄Smart Media作為儲存媒體,未來可能逐漸萎縮。


4.Memory Stick

「Memory Stick」記憶卡為SONY自行研發的小型快閃記憶記憶卡,目前已實際應用於SONY數位相機、數位攝影機等產品上。為加速產品的普及,該公司先後已授權技術於日、美、歐等25家廠商,其中除富士通為SONY代工生產廠商外,其餘5家均計畫推出一系列支援「Memory Stick」的產品,包含數位錄音機、MP3播放機等。


「Memory Stick」最大寫入速率為1.5MB/s,具有SDMI著作權保護功能,目前產品線計有4MB與8MB兩款,1999年陸續推出16MB(66美元)、32MB(129美元)產品,2000年一月推出64MB(199美元),希望於2001年能將儲存容量擴充為256MB。SONY將會積極尋求其他廠商的支援推出「Memory Stick」數位音樂MP3播放機;而SONY規劃之數位音樂播放機,採用SDMI相容標準,儲存容量64MB的Memory Stick,預計2000年上市,每台售價約400美元,希望創造新的市場商機。


5.MicroDrive

「MicroDrive」是IBM推出的微小型硬碟機,尺寸僅約銅板大小,其附帶一個轉接器,介面為「CF Type-2」適用於MP3播放機、數位相機及手持式裝置等電子產品,硬碟容量為340MB,可從網路上下載音樂檔案,播放時間長達6個小時或儲存300張以上照片。「MicroDrive」的價格為495美元,雖比其他可攜式的儲存媒體昂貴,但若以每單位容量成本計算,應仍是最經濟之選擇,但目前尚未見到「MicroDrive」播放機上市。IBM對「MicroDrive」的未來發展相當樂觀,已有許多電子廠商表示有採用該產品的意願。


6.Clik!

「Clik!」是Iomega推出的小型磁性紀錄碟片,碟機尺寸為70mm×170mm×6.5mm,重88公克;碟片尺寸為54.9mm*50.1mm*1.95mm,重10公克,碟片容量40MB,價格約10美元,故單位容量的價格比快閃記憶體便宜,故是目前價昂快閃記憶體的另一選擇,但由於驅動功率達2瓦,耗電量高是可攜式播放機的缺點,另Clik!碟機與碟片尺寸較大,不利於播放機的小型化設計。除此,Iomega只授權機器使用Clik!碟機,但碟片不授權製造,僅提供自有品牌行銷Clik!碟片。目前,已有Varo Vision公司推出「Varoman Plus」播放機;Sensory Science公司推出「RaveMP 2100」播放機使用Clik!碟機;台灣Addonics、OptoMedia也有意開發Clik!的MP3播放機。


7.SD記憶卡

另外在新一代可攜式的儲存卡研發方面,1999年八月松下、東芝、美國San Disk宣佈,共同開發搭配著作權保護機能的下世代記憶卡「SD(Secure Digital) 」記憶卡,可用於下一代可攜式數位音樂播放機、PDA(個人數位助理器)、數位相機或數位錄音機等;該三家公司已組成SDA(Secure Digital Association)協會,推廣SD記憶卡開發與應用,目前據悉已有Microsoft、Compaq、IBM、Eastman Kodak等71家廠商加入,也有23種產品計畫採用。SDA希望推動該規格成為國際新的可攜式儲存標準,使廣泛應用於未來的消費性電子、無線傳輸產品、網路接取裝置等,計畫六至七年後可佔有全球記憶卡50%的市場。


「SD記憶卡」的快閃記憶體,將結合San Disk快閃記憶體控制與MLC(Multilevel Cell)技術和東芝的0.16u及0.13 u的NAND製程技術,未來計畫開發512Mb與1Gb的快閃記憶體。「SD記憶卡」產品大小為24 mmx32 mmx2.1 mm,與普通小面額郵票的面積相當,初期記憶容量有32MB、64MB兩種,可與舊有的MMC卡相容,傳輸資料速度每秒2MB,比目前其他記憶卡速度快。東芝與San Disk預定2000年第一季64MB樣品出貨,第二季開始量產,預定2001年亦將供應256MB的記憶卡;而松下等亦預定在2000年上半年推出應用SD記憶卡的機器。


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