打造低成本、低功耗、高性能手机

2007-11-16 08:55:01来源: EDN China
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未来的手机设计趋势还将是“以人为本”。中国现在有4亿5千万的手机,到底给我们带来了什么?我觉得是一种随身、随时、随体的一种体验。曾经有一个调查:“在你的身上,你最希望带什么?”,大家都选择了手机,而不是iPod。
关新(产业投资人,SIG Partners)

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在移动通信向农村和城乡结合地区迅速扩张的下一阶段,我们希望以ULC的价格水平为初次使用手机者提供下一代多媒体体验。随着无线连接技术在全球范围的持续普及,“超低成本”手机的定义随着消费者期望值迅速发展。在日益成熟的无线市场,中国、印度和拉丁美洲等地的入门级用户期待同样的增值应用。
恩智浦(NXP)

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从大的趋势来看,手机芯片设计的趋势肯定是会不断集成更多的功能,并保持良好的性价比。但是具体的细节是难以预测的,是由最终用户来决定的,取决于他们希望拥有哪些功能。如果直接选择集成了许多功能,而其中某项功能却是不必要的,不是市场的标准功能,将来也不受最终用户欢迎的话,那就增加了总体成本。从技术层面而言,一定要考虑芯片中所集成的功能是否已经技术成熟。如果这方面还处于技术发展阶段,那就一定不要集成到芯片中。
英飞凌(Infineon)

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iPhone的屏幕尺寸是3寸还是3.5寸,有没有谁知道?我问了6个人,没人可以给我回答,说明这个产品还不具备普遍性(Universality)。当然我们对技术没什么兴趣,总会有人去解决的;对成本也没兴趣,也总会有人去解决的。但是这个产品好不好看很重要,轻不轻很重要,能不能把一部《加勒比海盗》看完很重要。
曾焕哲(产业投资人,Crystal Ventures)

同时具备低成本、低功耗、高性能的超低成本(Ultra-Low Cost, ULC)手机已逐渐成为一个新的细分市场,似乎从几年前开始,各手机销售机构就把低价手机作为自己的业务重心。在产业界,低成本、低功耗也已经成为手机设计的热点。TI、NXP、Infineon、LSI、MTK等厂商纷纷推出其低成本手机方案抢占这一新兴市场,ULC市场不但能为半导体厂商带来新的发展空间,也给规模较小的手机制造商创造商机。

市场背景

许多厂商和研究机构都认为今后的新手机用户主要来自新兴经济体。新兴市场主要是指印度、中国、拉美等,都属于欠发达或发展中的国家和地区,CDMA2000联盟认为,新兴移动市场的相同特点是固定网络的接入十分困难。因为这些市场主要集中在经济欠发达地区、山区、人口密度小的地区等。固网运营商出于成本、赢利和投资回报等的考虑可能不太愿意在这些地区投入大量资金架设线路和网络。正因为如此,这些地区的用户才出现了更为迫切的沟通的需要。而相对固网而言,移动网络的建设成本较低,信号覆盖也相对容易,如果终端设备价格足够低廉,则完全可以满足用户的日常通讯需求。由此,这些地区也就自然地成为了新兴市场。一般而言,经济欠发达地区的人口数量都较大,其所创造的市场规模也就十分庞大。

GSM联盟为ULC手机的定义主要是指面向新兴市场的通讯需求,仅包含通话和短信等简单功能,采用黑白屏显示,售价低于40美元的手机。但随后其定义在不断变化,功能也不断得到提升。某些数据显示,ULC平台已不只针对新兴市场,同时在发达国家,如美国、欧洲,也被推广并占领一部分市场。主要原因是,在手机普及率较高的国家,运营商会选择ULC平台手机在推广自己无线业务的同时免费发放,以较低的成本进行商业推广。

低成本与高性能是否能兼顾


成本与性能似乎是一对矛盾,但ULC市场要求二者必须兼顾。产业调查机构数据显示,新兴市场用户虽然对手机产品预算有限,但仍强烈要求除语音和短信外的更多性能,主要集中在:音乐播放、FM调频广播、移动电视功能、摄像头和GPS等。

ULC手机并不意味着价低质次,从某种意义上说,技术要求反而更高。首先其在功能丰富性上并不比中高端手机逊色很多,低成本不能通过牺牲丰富的功能和可靠的性能实现,这就要求更高的集成度来实现;另外,新兴市场一般处于欠发达地区,网络覆盖率较低,自然环境也可能比较恶劣(例如印度的高温和中国的多尘环境),这就要求手机方案的性能和稳定性更高,能适应多种复杂条件。

物理成本与时间成本


成本的衡量不只局限于实物货币等实际支出的物理成本,时间成本也是一个十分重要的因素。手机的生命周期很短,一般最多只能卖8个~12个月,因此,手机成本的降低除了体现在物理成本上,还应考虑产品的上市时间。

制造商希望手机上市的时间越短越好,这就要求半导体厂商带来的不仅是产品本身和一套参考设计,而是能尽量提供全套的软硬件解决方案,以使终端厂商在不过分增加人力的前提下,能够使开发更加容易。此外,熟练的开发人员也无疑是手机制造厂商竞相追逐的目标。微软公司Windows Embedded亚太及大中华区主任产品经理John Boladian认为,拥有大量成熟的开发者可以有效降低学习曲线,有效缩短开发时间。嵌入式软件公司可以提供包括集成开发环境(IDE)、编译器、汇编程序和调试器等所有工具,帮助嵌入式产品的开发。

时间成本的另一层涵义是产品的生命周期,短命的产品平台对厂商前期的大量投入必然是巨大的浪费。厂商应尽可能的使产品设计更有生命力,而生命力的前提是明确的需求分析和市场定位,没有清晰定位或不顾用户需求的产品很难带来市场。产品平台的灵活性也是产品生命力的关键因素之一。市场的需求不是一成不变的,动态的市场要求柔性的设计,刚性的产品必然遭到淘汰。如果初期产品构架的灵活性考虑不够,日后产品的升级、衍生,以及修改错误的成本会十分惊人,而很难做到真正的低成本。此外,现在的市场已经越来越强调个性化和定制化,如果产品的规格不能由手机生产商或用户自行定义就毫无生命力可言。

功能与功耗的矛盾


功耗一直是困扰各手机厂商的问题之一。移动电话使用时间包括连续待机时间和连续通话时间两部分。一般手机平均待机时间可为几十到数百小时,连续通话时间约数小时到十几个小时不等。高性能的手机需要较多的功能作为支持,相应的对处理器的要求大幅提高,越来越高的主频使待机时间越来越短。移动电话除通话以外,蓝牙以及网络功能等进一步缩短了电池的使用时间。

更为头疼的是,用户对手机娱乐功能的无限热情让耗电量大幅增加。原本随着功能的增加已经使手机待机时间出现上百小时的缩水,而视频播放又让电池使用时间缩短了几百倍,即使采用更大容量的电池也无异于杯水车薪。

彩屏手机的出现带来了更多的时尚应用,也给手机功耗提出了更大挑战。手机待机时的消耗电流较低,一般为几毫安到十几毫安,其时间长短除电池因素外,主要受到如屏幕材质、网络信号的强弱、蓝牙等应用是否开启等的影响。手机消耗的电流通话时提升至200mA左右。据技术人员估计,进行画面操作时的平均消耗电流是待机时的10倍左右,即若待机消耗电流为2mA,则画面操作消耗电流为20mA,假设电池容量为500mAh,由此可计算出的连续使用时间仅为25小时。同时彩屏的面积比黑白单色屏大一倍甚至更高,由此带来的数据量的增加给处理器增加了工作负担,屏幕还需要较高亮度的背光,进一步造成了大量功耗。黑白液晶屏与彩色液晶屏的价格差约为10美元~20美元,而彩屏显示使数据量增加而一般需要相应的外部存储器,整机成本将可能增加1倍左右。

超低成本手机定位在高性能、低成本,而由于目标市场用户经济和技术条件的限制,还要做到低功耗。印度市场对手机彩屏的需求不是很高,相反中国超低成本手机用户却十分渴望彩屏手机,因此真正阻碍低成本手机彩屏应用的,并不单纯是价格上涨,还有由此造成的功耗大幅上升的困境。

软件对成本和性能的影响


软件的性能和对硬件的要求是相辅相成的,要减少硬件的成本和体积,提高软件的性能也至关重要。设计优秀的软件可使系统对硬件性能的依赖度降低,厂商可减少对处理器和存储单元等元件的投入,从而大幅降低成本。

嵌入式设备的软件平台是确保该设备完全具备既定功能的要素。厂商首先需要对设备在功能要求和硬件配置上作短期和长期的评估,并决定哪种操作系统最能适合这些需求。嵌入式操作系统将自始至终影响开发周期、许可证成本、成品的可靠性和安全性。

嵌入式系统的灵活性也可以通过软件来实现,使系统的升级、错误的修改等无需带来成本的大幅增加。嵌入式软件或系统的“可重配置性(reconfigurability)”十分重要,具有“可重配置(reconfigurable)”性能的嵌入式软件还可使系统的容错能力提高,美国的火星探测器就曾经因为内部任务优先级冲突而瘫痪,后经过远程系统重配置而成功完成错误的修改,避免了数十亿美元的损失。

移动设备出于便携性的考虑,设计受到体积、重量、外形等因素的限制,为了实现较高的性能,需要在手机里加入更多的功能,同时设备自身的重量、体积等不能因此发生较大变化,这就为移动产品设计带来了难题。

设备性能或功能的改变可以通过硬件设计的改动或增减来实现,而另一方面,相关的软件技术越来越受到研发人员的重视。软件实现的好处很多,首先软件给系统设计带来更大灵活性,功能的改动和添加可避免硬件的改动而使成本得到控制,但另一方面,嵌入式软件的开发本身也有其局限性。例如,厂商如果要把自己的设计方案所采用的微处理器从16位升级至32位,而32位机的程序代码行数是16位机的数倍,则程序开发人员的工作量将相应的提高,由此带来的副作用首先是由于工作量增加导致的开发工作迟缓,进一步会导致产品上市时间的延长而丧失市场机会;另外,如果增加相应的人力又反而导致了成本上升。

有专家认为,随着软件开发在全部开发工作中所占比率日益增加,移动电话的开发形式正在从“纵向型”(即各公司从操作系统、中间件到应用程序全部自行开发)向“横向型”(即软件的开发按专业分工)转变。以往开发采用8位或16位微处理器的移动电话,基本上都是纵向型的开发流程。当开发人员和开发时间受限制时,若要自行完成32位微处理器软件开发和调试等全部工作,必然会增加开发难度。这时的解决办法包括引进其他厂商的操作系统(OS)和中间件(Middleware)等,可使开发周期缩短、减少投入,并使产品尽早投放市场,同时降低时间成本和物理成本。例如英国Symbian公司完成了EPOS操作系统产品化,爱立信、诺基亚和摩托罗拉等移动电话制造商为了节省功能相同软件的重复开发投资,而为其出资开发操作系统,使自己能着力于能创造更多商机和利润的应用程序软件开发。

微软公司John Boladian曾表示,嵌入式行业面临多重挑战,既需要在全球市场中快速创新,又要降低成本并保持自己的竞争力,需要确保产品的操作系统和微处理器具有更高的性能和可靠性。操作系统的选择对开发时间会产生深远影响。通过选用合适的操作系统,OEM厂商就可以将注意力集中在开发产品的特性上,而不需要自己在操作系统开发和调试bug上花费时间;同时也把自己从操作系统供应商的角色中解放出来,不需要向市场推销新的操作系统。此外,与在嵌入式项目开发和消费电子设备生产中有成功经验的合作伙伴合作,也同样有助于项目的开发。

主要ULC解决方案


德州仪器(Texas Instruments, TI)的针对ULC市场推出了基于65纳米的LoCosto/LoCosto ULC解决方案。TI定义的ULC市场主要特性,及其与之相对应的产品策略如下:

TI认为目前存在两大市场驱动因素:在新兴市场中用户数量和需求的急剧增长;以及丰富的创新功能刺激各个细分市场的全面升级。技术方面,TI认为高集成度对产品实现低价格至关重要,同时封装(WAP、芯片堆叠、PoP等)也很重要(图1)。

针对以上定位,TI LoCosto平台实现了eBOM降低25%;声音响亮程度提高2倍;待机时间延长60%;支持MP3铃声;支持FM接收等性能。本文中提到的彩屏和多媒体功能带来的高成本,TI的单芯片解决方案LoCosto ULC无需为彩屏配置外部SRAM;而且由于方案中集成了多媒体功能,也无需多媒体协处理器,由此降低手机的整体成本;此外,其特有的M-Shield硬件安全技术也为手机安全提供了保障。

英飞凌(Infineon)以其ULC2平台抢占超低成本手机市场。英飞凌认为,在目标市场的定义上,手机开发商需要考虑各方面,比如目标市场份额、目标用户的需求、自身的销售渠道、研发能力、其供应商的渠道及研发能力等等。高端手机的研发成本高,低成本手机的研发成本低但利润也相对低。而且,最重要的是,要考虑平台的稳定性,因为这关系到所开发产品的质量。

英飞凌的ULC2与TI、NXP的平台类似,同为单芯片方案,但设计思路与TI略有不同,相对于手机成本,其更看重平台的灵活性和稳定性。例如ULC2平台中没有集成多媒体功能,必须通过添加芯片才能提供这一功能。英飞凌表示,从大的趋势来看,肯定是会不断集成更多的功能,并保持良好的性价比。但是具体的细节是难以预测的,是由最终用户来决定的,取决于他们希望拥有哪些功能。

面对巨大的ULC市场,恩智浦半导体(NXP Semiconductors)推出了其ULC+概念,其定位是新兴市场用户普遍的对多媒体功能的追求,并针对中国和印度及拉美的不同的市场需求推出了不同的方案。出于性价比的综合考虑,ULC+采用了基于Silicon Labs的130纳米AeroFONE单芯片技术。ULC+似乎是一个介于TI LoCosto和英飞凌的ULC2之间的折中方案,因为其既没有像LoCosto那样实现许多功能的高度集成,也不是ULC2只保留市场需要的基本功能,然后给客户订制空间的思路,而是走了一条中间的路线,以同时兼顾平台的集成度和灵活性。恩智浦半导体的前身为飞利浦旗下的事业部,其手机方案继承了飞利浦手机优秀的功耗和待机性能。考虑到农村和山区的信号覆盖率较低,ULC+也针对RF性能作出了优化。对此,NXP手机及个人移动通信事业部产品销售总监Renzo Pellandini曾表示,无论如何压缩成本,手机本身的通话功能永远是最重要的。

ULC+解决方案比较强调媒体娱乐功能,可使具有彩屏、MP3播放、移动闪存卡和FM调谐器等功能的音乐手机材料总成本低于20美元。虽然相比于TI和英飞凌,NXP的方案推出较晚,但公司对ULC+的前景十分乐观,并认为其比当前市场上普遍应用的ULC方案要更节约成本,除了硬件本身,ULC+可为手机制造商提供较丰富的软件和工具支持,能让手机厂商的新品上市时间更加缩短,有更好的机会抢占市场。

结论


GSM协会最开始的ULC手机定义已很难成为目前该市场的主流,由于用户需求的不断变化,ULC手机的功能也处于动态发展阶段。另外,在亚非拉等新兴市场以外的欧美市场,ULC手机也在通过运营商以另外的方式存在并受到广泛关注。曾有人担心ULC手机会抢占高端手机的市场份额,甚至让厂商自己的高端定位产品受到冲击,但收入结构决定了低价市场永远占据整体市场的较大部分,满足这类用户群的需求必然会带来更大的收益。ULC已经也不再是一个纯技术范畴的名词,而越来越多的成为商业和市场等因素推动的概念,因为成本毕竟涉及了物理成本以外的多个方面。

产业动态

娱乐是中国智能
手机
取胜的关键

产业研究机构In-Stat近期一个关于手机的调查显示,受智能手机功能不断改善、手机设计越来越巧妙、第三方应用软件的不断丰富以及更多中端智能手机投放市场的驱动,2006年中国智能手机的总出货量达到了1,046万,这个数字是2005年的两倍。In-Stat表示,这一爆发性的增长预示着智能手机市场即将进入它的大规模应用阶段;其调查还发现,中国智能手机用户最关注的是娱乐功能,而不是手机的商务功能。In-Stat分析师颜健指出“被调查用户在购买智能手机时最关心的三个因素是手机的功能、品牌还有价格;而用户认为现有的智能手机最需要改进的三个方面分别是安全性、互联网接入以及手机和个人电脑的同步”。

In-Stat最近的研究发现:

  ●97.9%的智能手机用户在下次更换手机时仍将选择购买另一款智能手机。
  ●超过一半的智能手机用户每个月的无线业务资费超过25美元,这个比例比非智能手机用户高出30%。
  ●大多数智能手机用户对手机操作系统并不了解,并且在购买手机时并不考虑这个因素。

数字

10,000,000,000
研究机构预测,到2010年印度移动数据市场市值将达到100亿美元
4,000,000,000
目前手机的普及率仅为1/4,全球仍有40亿人口从未使用过手机
3,000,000,000
诺基亚预计到2010年全球手机用户将突破30亿
450,000,000
中国手机数量目前达到4.5亿
250,000,000
Apple的iPhone在上市的第一个周末卖了2.5亿美元,超过好莱坞影片《变形金刚》的首周北美票房;自从今年1月份发布iPhone的消息以来,Apple的股价已经上扬了40%
100,000,000
中国信息产业部统计,中国平均每天由短信带来的市场收入超过1亿元人民币
82%
GSM协会预测,下一个10亿手机用户中,会有82%以上将来自新兴经济体
12%
预计到2010年,类似iPhone的触摸屏手机将占据全球手机市场高达12%的比例
4
2010年每4部手机就将有1部支持GPS功能
2.8
按平均每部手机使用3年为限,每年将有一亿部手机被淘汰。按年淘汰量计算,这些废旧手机中约含黄金2.8吨

关键字:ULC  终端  网络  调频

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/rfandwireless/200711/16867.html
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