3G手机技术发展与设计架构(1)

2008-04-02 11:22:56来源: 互联网

  当2G繁华日渐消退、3G曙光显现之际,3G通讯竞争则是充满变数;展望未来,3G技术谁将主宰沉浮?摊开各大市调研究机构对于行动通讯报告,从中不难发现对3G手机发展大都抱持乐观想法。例如,行动电话半导体市场在2009年时规模将上看400亿美元,3G手机用晶片数量也远高于目前2G手机…等趋势。

  虽然还没有一个单位或专家能精确地预测出3G行动电话大展鸿图时刻,但…众多通讯业者早已虎视眈眈,专心研发自家产品,期望能在下一个手机新通讯时代中佔有一席之地。

  ■3G手机晶片厂商摩拳擦掌 有备而来

  随着UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)手机(涵盖日本以亚洲所称的「W-CDMA」以及欧规TD-CDMA的「UMTS TDD」),已在2005年逐渐发展出其概略雏形,并在2006年其趋势已大势底定。因此,可以见到各级3G晶片大厂开始针对3G市场做了各式佈局,以便在市场成熟之际来个躬逢其盛。比方说,在3G晶片最受瞩目的德州仪器(TI)及高通(Qualcomm)龙头宝座竞争值得期待之外,另有易利信手机技术平台事业部(EMP)、飞思卡尔(Freescale)、英飞凌(Infineon)及Agere等业者也都来头不小,大举进驻3G晶片市场。甚至在全球个人电脑销售逐渐趋缓下,IT巨人英特尔(Intel)也挟着雄厚研发实力及人脉,试图进攻3G手机用理器市场。

  

  

  ■收购重组、策略投资 全面攻略3G巨大商机

  事实上,以英飞凌、飞思卡尔…等厂商在3G晶片市场积极与耀眼表现,除了能够挥别过去2G/2.5G通讯时代独大厂商垄断阴影,更能为自家厂商发展出另一番格局。不过…要能进入3G晶片市场不是一件简单的事情,这些厂商要能快速发展出既成熟又创新解决方案之际,还得要面对德州仪器及高通两大主力在市场上的挑战。

  3G手机现在已经可以被归类为一项应用平台,无论是客户还是电信运营商都可以做多种配置的选择,例如:影像传输、MP3播放、通话等功能都能藉由这个平台来加以实现。在如此激烈地竞争之下,当国际级厂商发展到某种程度时,难免总会出现创新匮乏;因此,便有了合併/收购趋势,再向下细分领域具有创新技术的小中型厂商,将可扩大厂商的创新研发能力的最佳途径,也是3G厂商藉以增加知识产权优势一种方式。至于这些被合併/收购的中小型厂商来说,当在市场上发展到一定规模后,欲再进一步提升,将可能面临到技术门槛、资金缺口及市场行销等多方面限制,若能以合併/收购方式,或许能寻觅到一个可靠的大公司,这也不失为是一项明智抉择。

  在产业发展过程中,收购途径或许是厂商发展的一项自然法则;不过话说回来,单以收购方式来加快进入市场速度,相对而言其成本也相当可观。因此,除了收购方式之外,另外再建构合资企业,除了可以共同研拟市场投资战略,还能建立战略联盟,也是一项具时效性的方法。当3G手机跨足商机巨大通讯市场之际,晶片厂商自然而然地透过收购重组、策略投资及战略合作…等动作,藉此擘划出3G市场的另一项技术法则,将使通讯半导体领域竞争日趋白热化。

  ■从应用面角度来看3G行动通讯技术发展

  至今,3G行动电话晶片厂商所开发的解决方案,大致上以两个方向为主。其一,因应成本考量,则是以基本功能、低成本发展,怎样设计方式能够降低成本就以该设计方式为主体,不再另行设计过于复杂功能,以中、低阶应用需求消费族群为主。其二,在可接受成本范围之内,不断地增加更多应用项目,资料传输速度更快,终端服务更趋完备,主要面对的是中、高阶应用消费族群。一般来说,3G行动通讯将会以上述两种方式持续进展,我并不觉得一定谁会取代谁。这就像电脑产业中的Celeron低成本解决方案及Pentium高性能晶片相类似,分别佔有其广泛应用市场。

  

  

  ▲针对价格敏感3G市场解决方案,未来不会只是提供语音业务为主要市场,即使保留基本功能也超越2G所能达到的性能,使终端消费者尽享3G通讯功能。(刘家任摄影)

  从应用面的角度来思考,3G通讯应用主要服务是集中在数据传输方面,提供符合使用者能够接受的高速网路服务;不过,还是有其差异性。比方说应用在互动式影像电话、数位广播电视等多媒体整合,就可以被归类到高阶应用,是新一代行动通讯技术;若只是要求能够拥有较佳通话等基本功能要求,则属于低阶应用,主要和2G/2.5G行动通讯相互竞争。虽然3G手机所耗费成本高,不过3G频谱利用率较高,因此通话费用将比2G来得低上许多。不过,倘若3G技术只是用在低阶行动通讯,这便显得有点大材小用,无法体现出3G通讯的价值所在;虽然3G手机晶片所使用晶圆面积比2G晶片大,不过由于半导体工艺持续精进,加上晶片产生良率提升之后,手机制造成本就会下降到与目前所使用的2G/2.5G手机价格相去不远。

  另外,若3G手机只用于高阶市场中,如此一来3G技术应用将有所侷限。因此,必须为各类型等级的应用市场提供种类齐全手机(超低成本ULC手机除外),其隐性的好处在于3G晶片制造业者所面对难题,便是如何针对不同功能及价格设计出等级差异的晶片组,晶片所能提供的功能将影响晶片尺寸,而晶片尺寸又与价格息息相关。

  全球3G市场以那个应用层级作为市场主力,首先要先行了解市场容量及使用者对3G行动通讯的接受程度。目前,3G手机还是比2G手机贵上许多,价格高低将直接左右市场普及程度,当价格能够在量产中达到可以接受的程度,3G大众市场就会出现,预计会在2008年或者2009年之后,3G手机普及率将佔到全球手机销量的50%,2G及3G手机两者价格差异将会有所拉近,3G将成为运营商认可的技术。因此,在短期内还不会出现低成本需求,一旦这需求逐渐扩大,也就表示3G晶片集成度及对系统要求也必须有所提升。

  ■单晶片技术 手机晶片不变的发展模式

  可以肯定的是3G行动通讯时代到来将唿应「多媒体行动电话应用」时机,举凡多媒体、游戏、影像传输、数位电视…等应用,都将成为3G手机标准配备,届时具备完善配套措施3G手机晶片设计端,则必须朝向强大多媒体整合功能。因此,目前主流晶片厂商分别在一定程度上加强了产品的多媒体功能,陆续有相关集成化产品推出。

  

  

  

  ▲为减少3G结合2.5G射频端技术成本,相较于成熟的2.5G射频元件可将改採用CMOS制程;而另一方面的3G射频元件则考量效能问题,则维持GaAs与CMOS制程方式并存。(资料来源:工研院IEK-ITIS计画)

  另一方面,在单晶片技术持续成熟,加上晶片组也在厂商策略运作之下,手机晶片便走向单晶片方向来发展,就如同德州仪器所发展的GSM/GPRS单晶片行动电话设计方式,便能嗅出行动电话的单晶片技术已导入商业化应用,甚至在未来极有可能成为下一代行动电话晶片技术中的一股趋势。综观厂商所发展的单晶片技术,不但同时整合基频处理器、DSP、射频、电源管理、记忆体等元件,更藉由CMOS制程工艺应用,达到体积尺寸、低耗电量与成本控制等优点。除此之外,厂商也将此定位在新兴市场中的超低价手机技术,如:中国、印度等地区,在目前阶段看来,已逐渐获得手机相关系统市场厂商注意。将可预料行动电话单晶片技术,在未来3G行动通讯市场中有其影响力,并对其它想要或已经投入3G晶片设计厂商造成不小压力。

  

  

  

  ▲3G Wireless Function的单晶片解决方案。(资料来源:工研院IEK-ITIS计画)

  以过去2G/2.5G晶片发展技术作为经验来观察,在中、低阶市场架构中,其晶片组设计以基频及射频方向作为整合,并以媒体处理器来分野出产品差异化特质。另外,在架构属性较为复杂,主要是以效能为高阶应用市场,则是往容易整合的数位逻辑电路来设计,以单晶片技术将基频处理器及应用处理器整合为一个单晶片,採用这项设计方式主要是为了提升晶片附加价值,方便以进行差异化设计,如:多功能、高效能、低耗电性或减少尺寸…等。

  至于3G晶片组设计演进模式,目前重点是以成本作为导向中、低阶应用市场,仍将藉由基频处理器、射频与相关基本电路的整合来创造成本优势,虽然目前发展尚有技术门槛,但基于技术持续发展,加上工艺制程对于晶片功能与集成度的影响、演算法及电路设计技术都是发展过程相当重要的部份。而在着重在效能应用的高阶市场中,则藉由相关高阶处理器(基频与应用处理器)整合,进一步提昇晶片整体效能与并降低晶片耗电量(其发展及设计方式如下图所示)。

  

  

  

  ▲行动电话核心晶片发展技术蓝图,基频处理器(Baseband Processor;BBP)、应用处理器(Application Processor;A-CPU)。(资料来源:工研院IEK-ITIS计画)

  ■新一代手机通讯晶片竞争 谁将成为3G市场赢家?

  未来3G行动通讯将会怎么发展?值得大家期待,不过相信3G手机终端产品发展后端,个性化设计需求将无可避免。换句话说,就是在手机功能特性、效能反应、外观设计…等各方面都会被使用者要求具备个性化。有鑑于此,半导体厂商必须要能设计出灵活的解决平台,而且在满足个性化需求的同时,还能使终端厂商获得规模效益。因而,晶片及终端设备厂商如何透过灵活技术,以软、硬体实现更多3G手机晶片应用开发设计,将个性化设计需求与大量生产良率两者合而为一,将是3G晶片厂首要面对的一项挑战。

  再者,3G晶片产业谁最具有市场利基?许多产业专家不约而同地指出,在手机晶片多元化发展竞争下,将有利于打破过去垄断局面,而手机厂商也乐见这个态势。再看到飞思卡尔、英飞凌等厂商积极动作,欲在3G正式兴起的重要时机,能在晶片市场中添增本身的竞争筹码。严格来说,3G晶片市场不同于2G/2.5G时代,这是因为到目前为止还没有一家能够呈现绝对独大的情况;因此形成市场机会皆为均等,并拉到同一条起跑点上。而再经过3G手机市场重新洗牌之后,各级厂商持续投入3G手机市场耕耘力度,可以预期未来不论是3G手机,还是3G晶片市场中的拼搏,将更为激烈。(52RD.com)

 

关键字:TD-CDMA  ULC  晶片  全球手机销量  Celeron  厂商  平台事业部  

编辑:王婷婷 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2008/0402/article_123.html
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