手機核心元件精簡化 射頻整合基頻為大勢所趨

2006-01-04
全球行動電話市場僅花費10年時間就達到10億用戶的里程碑,並於2005年突破20億用戶之門檻,其中,日本、韓國、歐洲及美國地區朝向高階多媒體服務發展,揭開兩極化、多元化的行動通訊產業時序...
全球行動電話市場僅花費10年時間就達到10億用戶的里程碑,並於2005年突破20億用戶之門檻,其中,日本、韓國、歐洲及美國地區朝向高階多媒體服務發展,揭開兩極化、多元化的行動通訊產業時序。於手機零組件方面,也因此出現不同整合方式,目的皆在於減少零組件數、縮小尺寸、降低功耗,及提高效能等。  

預計2006年手機產品將往兩極發展,除了以傳送語音及多媒體訊息傳遞(MMS)功能為主的低成本GSM/GPRS手機外,強調多媒體的高附加價值WCDMA/HSDPA手機也是一項重要發展。拓墣產業研究所北美研究中心主任尤克熙表示,換機與超低價新機將成為2006年的重心,超低價新機在新興市場如金磚四國大幅成長,手機價格將從2005年每支手機50美元跌至2008年的15美元,而已開發國家換機市場將逐步起飛,其中,3G手機出貨量將從2005年約10%成長至2006年約20%。  

若依不同手機系統觀察2006年市場發展,資策會資訊市場情報中心研究經理林山霖表示,在新興市場如中國、印度、南亞、中東及非洲等地,預期將持續成長挹注GSM/GPRS新機需求;CDMA手機在南韓、北美市場成長趨緩,而新興需求來自印度和南亞市場;隨著西歐行動通訊服務商推動WCDMA服務商用化,預期將帶動換機(換成WCDMA手機)需求。  

高階及低價手機市場朝兩極化方向發展也促成技術趨動力,林山霖表示,推出基頻和射頻整合晶片將助長低價手機發展,而90奈米製程的WCDMA晶片推出,預計將有效改善3G手機之耗電性與成本結構,此外,HSDPA網路於2006年也將正式商用化。  

若從手機系統架構來看,工研院電通所無線通訊技術組經理湯嘉倫認為手機將朝向多系統、多媒體及多模等三個方向發展,他表示,在多系統及多模趨勢下,手機射頻關鍵零組件將受到較大影響,至於多媒體趨勢則對手機基頻關鍵零組件的影響較大。  

晶片業者多以平台提供者自居  

目前包括飛思卡爾、德州儀器及飛利浦等廠商,所提供的晶片解決方案相當完整,無論是低階、中階,或高階手機市場皆有深耕,至於英飛淩、傑爾系統,以及新加入的博通,則較看好高階手機市場。  

飛思卡爾針對2G、2.5G及3G手機,分別提供i.200-20、i.250-20、i.250-21、MXC275-30、MXC300-30及i.300-30核心平台。i.200-20是針對2G以語音為應用導向的平台,事實上該平台正在逐漸淡出市場,飛思卡爾台灣業務經理江建誠(圖1)表示,未來是否將再針對新興手機市場提供晶片解決方案,飛思卡爾內部正在討論這件事,尚未有決議,至於目前摩托羅拉針對低階手機提供的內部晶片,是由華寶代工決定。  

至於2.5G平台則有i.250-20和i.250-21兩個版本,前者主要針對低成本的GSM、GPRS語音,及資料應用,後者可以支援更強的多媒體功能,是一個GSM850/GSM900/DCS/PCS四頻無線平台,至於支援3G手機的平台為MXC300-30及i.300-30。江建誠表示,MXC300-30及i.300-30是新推出的3G平台,i.300-30平台還能支援HSDPA,預計兩平台將於2006上半年出貨,且未來將會推出第四代高度整合的MXC平台,MXC將包含2.75G MXC275-30和3G MXC300-30平台,能使智慧型手機、MP3播放器、手持式DVD播放器,及數位相機結合在一起,提供更高成本效益。  

從應用處理器來看,飛思卡爾目前在手機領域主推的是基於ARM的i.MX系列,i.MX處理器目前最新的版本是i.MX31,將i.MX處理器與其手機核心平台結合,便能構成智慧型手機系統i.Smart解決方案。江建誠表示,飛思卡爾能提供的不僅是核心架構和周邊元件,還包括軟體及開發環境,所扮演的角色是能提供完整平台解決方案的廠商。  

德州儀器提供的手機解決方案皆是以基頻加上OMAP處理器平台為基礎,德州儀器半導體行銷協理林維偉(圖2)表示,該公司將晶片解決方案依低階手機、功能型與智慧型手機、高階多媒體手機分成三類,唯在低階手機部份,已能提供LoCosto GSM/GPRS單晶片(Single-chip)的樣品;而功能型與智慧型手機部份,提供EDGE晶片組OMAPV1030;至於高階多媒體手機,則有OMAP2420(圖3),不久前又推出一款針對視訊應用的OMAP2430。2005年2月,德州儀器發表OMAP-Vox平台,主要是讓手機業者能輕易地從GSM/GPRS/EDGE升級至UMTS、HDSPA,甚至是更高階的系統,預計2006年OMAP-Vox 3G解決方案可望出貨。  

德州儀器無線通訊業務經理李原榮則表示,OMAP2應用處理器、OMAP-DM影像處理器,及整合應用與數據機的OMAP-Vox,能提供適合所有區隔市場的解決方案,至於該公司推出的GSM/GPRS單晶片符合超低價手機新興市場需求,其採用DRP技術能使晶片組高度整合,以降低成本,預計能讓手機價格從40美元降至30美元,目前諾基亞已採用該產品。  

英飛淩提供從2.5G升級到3G的多媒體手機解決方案,將是2006年主推的產品之一(圖4)。  

英飛淩亞太區通訊事業群業務副總裁詹啟祥表示,該公司投入許多資源於可升級的多媒體手機平台應用,其中包括軟硬體解決方案、參考設計平台以及設計服務等方面,因此整體產品線十分齊全。  

此外,手機功能朝向高階多媒體發展,部分廠商全力鎖定在高階市場,包括3G手機及智慧型手機。  

博通有一系列的解決方案包括WEDGE (WCDMA+EDGE)多媒體平台,此晶片組提供3G手機一個新等級的晶片與軟體,可以使下一代3.5G提早進入市場,其特色是擁有豐富的多媒體手機以及雙模式資料卡。此WEDGE平台包含4個主要裝置,伴隨著新一代雙模組法令堆疊軟體。此平台整合博通BCM2132 EDGE處理器與BCM2140 WCDMA輔助處理器,提供完整的雙模組WCDMA和EDGE解決方案。除支援2.5G和3G間的互通外,新的雙模組WEDGE平台也提供博通BCM2702、BCM2722多媒體處理器。  

此WEDGE平台包括晶片與軟體,提供經濟實惠的原料價格,目前有幾個主要客戶正致力於開發其手機以及數據方面的產品,並將於不久後發表。博通手機產品資深行銷總監Robert Nalesnik表示,博通的手機策略夥伴包括索尼愛立信、Pantech&Curitel、Ningbo Bird等,還有一些合作夥伴將在2006年宣布,但目前尚須保密。索尼愛立信正在加強其產品線,並由博通提供方便消費者使用,該公司內含博通晶片的產品型號分別是J220、J230,及Z300。  

雖然博通並沒有提供其特定產品線的營收金額,但博通資深副總&手機無線事業部總經理Bob Rango(圖5)表示,在2005年,博通手機以及無線事業部門(包括無線區域網路、行動電話多媒體及網路電話等)總營收超過4.3億美元。  

傑爾系統自2003年1月開始銷售客製的3G手機解決方案,並於2005年初發表Sceptre HPU雙模WCDMA/ EDGE及W-EDGE方案,該方案預計將於2006年正式量產發行。傑爾系統行動通訊部門行銷總監Mark Bode(圖6)表示,以往大多數的3G晶片組均針對高階手機或數據卡,但傑爾系統的彈性化架構,可協助手機與行動配備廠商在單一平台上建構各種商品,打入不同的量產商品市場區間。  

該公司的Sceptre HPU(WCDMA/EDGE)方案可以提供音訊與視訊效能,不須額外採用多媒體輔助處理器或應用處理器。舉例來說,Sceptre HPU單獨使用時,可以支援高階的多媒體功能,例如音量動態調整、全雙工免持聽筒功能、HiFi音訊傳送、PCM音效介面、內建40+和絃模擬、MP3,與AAC解碼功能等。此外,該項方案也支援MPEG4播放功能等高階視訊效能,並可透過進階傳訊介面(AMI)外接多媒體加速器或應用處理器,以支援更高階的多媒體功能,例如MPEG4 QVGA視訊播放及視訊電話等功能。因此,這套架構不但能開發高階的3G裝置,也可開發中階與入門級手機,以打入量產市場。  

以90奈米製程整合CMOS射/基頻  

潮流所趨,手機關鍵零組件的發展也備受關注,在超低價手機零組件發展趨勢方面,尤克熙表示,0.13微米製程的CMOS射頻收發器單晶片與基頻將整合成90奈米的CMOS射/基頻單晶片,可減少30%的材料及尺寸,且複雜度降低,而0.13微米製程轉換成90奈米製程的優點在於,電路板面積可從28平方公分減少至9平方公分,電路板上的零組件數可從200顆降至低於100顆,手機價格也能從35美元降至20美元。  

飛思卡爾2.5G手機平台的核心架構主要是由4顆元件組成的晶片組,分別為基頻、無線前端、功率放大器,以及電源管理晶片等。至於3G核心架構的技術,江建誠表示,MXC300-30是在2.5G架構上再加入一顆WCDMA功率放大器,以及一顆WCDMA射頻,未來MXC整合平台將會只有兩顆晶片,一顆是數位訊號處理器,整合L1/L2/L3,至於應用及介面功能則整合在微處器上,將毋須使用應用處理器,不僅省電、面積小,還能自由搭配NOR或NAND快閃記憶體。  

該公司認為在技術發展上所面臨的較大困難是在於介面修改,江建誠表示,由於飛思卡爾從摩托羅拉分離出來的特殊角色關係,2001年才開始向外推展手機平台解決方案給代工廠,而2003~2004年期間手機市場成長及功能變化迅速,因此該公司在修改介面花了很多心力,他並認為,由於飛思卡爾希望扮演的是完整的平台提供者,所以發展過程相對較辛苦。  

OMAP-Vox平台則結合應用程式及數據機功能,與飛思卡爾一樣是4顆晶片的架構,目前德州儀器也在進行整合基頻及射頻的動作,林維偉表示,手機尺寸發展不見得會愈來愈小,為了高畫質影像,顯示螢幕有一定面積需求,因此,未來晶片組不見得須要高度整合至1顆或2顆晶片,而且若將電源整入基頻,對晶片良率不見得有幫助。  

由於飛利浦的射頻採用QUBiC 4製程,所以目前在基頻與射頻的整合技術上面臨困難,飛利浦半導體手機產品部系統行銷經理韓德明(圖7)表示,該公司對現有製程作經濟效益及效能表現正進行評估,未來也有可能改採CMOS製程。  

英飛淩將多媒體手機所需處理器整合至基頻之中,成為該公司產品一大特色。詹啟祥表示,可升級的特性加上3G平台導入,以達到雙模的架構,讓客戶從EDGE到3G的手機標準皆可運用同一個基頻平台架構,因此可大幅縮減30%的開發週期。  

一般來說,智慧型手機設計架構可分為兩種,詹啟祥表示,雙處理器架構則是由一顆多處理器專門處理影音資料,另一顆處理器則負責多媒體應用功能的運作,該方式透過分散的機制讓處理器效能發揮最佳化,而基頻部分只須進行通訊協定功能的負擔,另外一種方式則是將多媒體處理整合到基頻之上,上述兩種運用方式,英飛淩目前皆有提供。  

博通使用單多晶(Single Poly)CMOS技術,博通的兩款晶片擁有高效能,也證明一項事實,那就是在使用無線傳輸解決方案時,並不受到CMOS技術的影響。博通是802.11b CMOS單晶片市場大量出貨的供應商,可提供當今體積小、物料成本少的802.11單晶片。Nalesnik表示,該公司把802.11解決方案整合入EDGE/GPRS平台,所以客戶可以直接購買802.11單晶片,或是直接整合驅動程式及協定堆疊於軟體架構裡的藍芽晶片。  

Nalesnik也表示,使用Bulk Digital CMOS技術的好處在於可以整合IP區塊,這從商業觀點來看很有意義;無線區域網路的重要性主要是針對智慧型手機、高功能PDA,或無線網路電話,傾向於使用應用處理器,但相對於300Mu GSM/GPRS市場來說數量較小;同時,不同的科技也將漸漸整合在一起,包括無線區域網路、藍芽、網路電話,多媒體、行動電視,以及應用程式處理器。  

雖然威盛的3G晶片仍處於研發階段,目前尚不願對外發表相關說明,但威盛研發處特助楊照盛在談論手機基頻發展潮流時表示,手機基頻正隨著3G時代來臨而改變,原本在2G手機內,基頻處理器包含數位訊號處理器與微處理器,進入3G時代後,2G(GSM/GPRS)基頻、3G(UMTS/CDMA)基頻,及應用處理器等三顆晶片成為主流基頻架構,此外,可再外加一顆多媒體處理器,或依功能需求加入GPS數據機、WiFi數據機及藍芽數據機等。由此,或許可大略看出威盛的3G基頻發展藍圖。  

群雄競逐 各占優勢  

從2.5G跨入3G手機晶片市場,對於多數晶片廠商來說,相當大的技術瓶頸在於發展3G協定軟體,江建誠表示,飛思卡爾的2G/2.5G協定軟體是早期由摩托羅拉所開發,現在該軟體由兩家公司共享,至於3G協定軟體也由兩家公司合作開發,且3G協定軟體要完成系統、市場認證須要花費相當多年的時間,因此藉由摩托羅拉的技術支援及認證輔助,對於飛思卡爾的助益相當大。  

詹啟祥表示,英飛淩在於手機產品線具有基頻、射頻以及電源管理等完整系列的解決方案,因此軟硬體具備可升級的彈性化,重複性的特性使得客戶的開發時程及成本獲得最佳化,成為英飛淩的競爭優勢。此外,英飛淩針對不同地區的優點,整合R&D開發資源,也是英飛淩於亞太地區市場經營的策略之一。  

Rango表示,博通在2005年5月收購Athena,並提供射頻調諧器的DVD-H解決方案,補充於目前擁有的WEDGE(WCDMA+EDGE)晶片組。Nalesnik則表示,博通在世界各地聘請工程方面的高手,而最近也在中國、印度、英國、以及丹麥建立其手機方面的專業技術。  

Sceptre HPU與其他3G方案不同之處在於Sceptre HPU是一套整合四重協定的WEDGE解決方案,可流暢存取UMTS、EDGE、GPRS與GSM網路,Bode表示,這套解決方案可提供寬頻行動網路存取功能,發揮3G與2.5G網路的最高效能,在UMTS模式可達384kbps的資料傳輸速度,在EDGE網路可達220kbps,並可在UMTS、EDGE、GPRS模式之間自動切換。  

傑爾系統於2005年初收購Modem Art,該公司原是W-CDMA與HSDPA行動裝置進階處理器技術的知名開發廠商,總部位於以色列。Bode表示,收購這家公司之後,其技術恰可和傑爾系統現有產品相輔相成,加快大眾市場對現有3G方案的接受度,並強化HSDPA市場需求。  

手機不再只有通話功能  

雖然高階手機是以3G及智慧型手機為主,江建誠表示,3G手機未來也可能會有高低階之分,目前台灣OEM廠多生產低階手機,促使用戶購買3G手機的關鍵之一便是價錢,所以低階3G手機的出現不無可能,此外,飛思卡爾認為3G手機市場在2006~2007年間將會有明顯成長,手機價格也會降低。  

就手機應用功能方面,提供語音、影像、數據、記憶體、作業系統等都已是必備項目,江建誠表示,這些功能的晶片市場已幾近飽和,飛思卡爾將切入較新興的應用市場,例如AGPS手機定位系統、DVBH手機電視功能,及G-Sensor感測功能,目前在DVBH手機電視晶片上,由飛思卡爾提供調諧器予DiBcom,DiBcom也已開發出手機電視模組,出貨給多家手機製造商;至於G-Sensor感測器,主要是用在感測速度,可以藉由感測速度的變化開/關機,以達保護作用,目前飛思卡爾已能提供解決方案,且已出貨給手機及網通客戶。德州儀器與英飛凌英雄所見略同,皆認為AGPS、WiFi、藍芽,及行動電視是未來手機的主要發展重心。  

此外,韓德明認為新興市場的成長不容忽視,但飛利浦在各個市場將持續耕耘,低階手機上的功能以短訊息為主,中階手機則是MP3,至於高階手機則以多媒體、電視功能最受歡迎。  

由於博通擁有較強的行動多媒體能力,Robert Nalesnik表示,所以特別適合發展雙多媒體以及行動電視手機,當電話發展到可以擁有完整的電腦與多媒體設備功能時,博通可以幫助客戶建立擁有通話功能,以及高畫質影像的多功能整合式手機。  

近幾年博通在開發手機零組件上,特別針對基頻、行動多媒體、藍芽,以及最近購入的Athena公司所提供的無線區域網路技術。Robert Nalesnik表示,這些技術大多來自於併購公司與博通本身原有的業界領導技術,而過去在藍芽、無線區域網路、多媒體以及基頻方面所建立的良好信譽,將幫助博通提高手機零組件市場上的地位(圖8)。  

英飛淩所提供有關行動電視手機的解決方案,預計將於2005年底完成,且初步應用領域會鎖定智慧型手機及中階手機市場,未來其將會逐漸成為手機標準功能。  

詹啟祥表示,以該市場運用端來看,主要關鍵還是在於內容服務供應商的提供,以及電視營運商如何配合等方面;而就行動電視手機市場產值方面,除技術環境完備之外,該應用商業模式的建立讓消費者得以接受,才能促使市場成長量的提升,預計2006年將會有更多行動電視手機相關應用的推出。  

未來透過MP3手機應用普及將促使藍芽裝置隨之發展,以及3G手機的興盛。此外,隨著手機導入WiFi功能也會加速如Skype手機的興起。詹啟祥認為,手機技術已不再是手機發展的瓶頸,而是如何經由商業策略及市場行銷策略取得市場的產值,才是真正的關鍵所在。  

雖然手機晶片商將解決方案分成高、中、低階方案,但實際在消費市場上,手機的高、中、低階卻不盡然依功能或技術分類,林維偉表示,摩托羅拉於2005年熱賣的V3手機便是很好的例子,眾所皆知,V3手機的規格及功能都稱不上高階,價格卻頗昂貴,因其外型設計的獨特性,使其不僅暢銷,還可藉由推出不同顏色的方式持續吸引消費者,但對晶片廠商而言,真正能造成價差的關鍵在於顯示器、記憶體及核心晶片組等元件。  

德州儀器於2005年主推中低階解決方案,林維偉表示,預計2006年主要成長市場仍在於中低階手機,而高階手機永遠都會有一定的擁護者。  

(詳細圖表請見新通訊59期1月號)  

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