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基带芯片:更快更强更集成

2007-12-21
作者:安勇龙

?? 手機芯片占手機總成本的50%以上,其中,基帶芯片" title="基帶芯片">基帶芯片是手機中最核心的部分,也是技術含量最高的部分,縱觀2G/2.5G/EDGE/3G手機基帶" title="手機基帶">手機基帶芯片的發展歷史,速度更快、處理能力更強、功耗更低成為主線。同時,在發展過程中,形成了DSP+ARM的較為固定的芯片架構。目前,集成成為手機基帶芯片最大的趨勢,無論是數字基帶與模擬基帶" title="模擬基帶">模擬基帶的集成,還是基帶芯片和射頻芯片的集成,再或是基帶芯片與應用處理器" title="應用處理器">應用處理器的集成,雖然集成的方向有所不同,但是集成一直在推動著手機基帶芯片的前行。

??? 更快更強是主旋律

  區分2G/2.5G/EDGE/3G等不同通信時代的最根本標準是什么?
  “第一代移動通信" title="移動通信">移動通信與第二代移動通信的區別是模擬和數字的區別,第二代移動通信實現了數字通信,使得話音質量達到了有線電話的質量。而2.5代移動通信在保證通話質量的前提下,出現了一定數量的數據業務,例如彩信、彩鈴、上網等。雖然到目前為止,全球3G運營商都在摸索提供什么樣的服務,但是毫無疑問,對3G來講,最值得期待的就是高速數據業務。實現這一業務需要手機基帶芯片的數據數率更高、處理能力更強、穩定性更好、功耗更低,而這些其實也是IC產業不斷遵循的發展方向。”展訊通信公司總裁助理時光在接受《中國電子報》記者采訪時給出了自己的判斷。
  同為業內佼佼者的T3G公司業務拓展總監牟立在接受《中國電子報》記者采訪時打了一個比喻。他說:“第三代移動通信和第二代移動通信的區別從應用上來講就是前者提供了大量的新應用,這源于其數據速率的提升。這就好比馬路寬了以后可以跑更多的車,而且可以以不同的方式行駛,而以往可能只能一輛一輛地通過。標準和應用一起推動手機芯片包括基帶芯片架構的改變,要求計算能力更強,運算頻率更快,功耗更低。新的系統架構和芯片架構對產業發展提出更高的要求。”
  實際上,2G應用主要集中在中低端產品中,能實現基本功能,芯片的發展趨勢是低成本。3G的應用主要集中在高端產品,因為3G的最大特點是網絡傳輸速率的提高,因此能夠提供郵件收發、視頻下載等應用,芯片的發展方向主要是高性能,而成本并不是最重要的。2.5G和2.75G的重點則集中在中端功能型手機中。

??? DSP+ARM架構尚難動搖

  在手機基帶芯片的發展歷程中,最初主要采用通用架構完成計算和處理工作,DSP成為最重要的選擇。而隨著多媒體等更多應用的興起,單獨的DSP開始顯得勉為其難。正如賽迪顧問分析師岳婷對《中國電子報》記者所說的那樣:“我認為應用處理器和協處理器在手機中的應用是手機發展過程中是一個關鍵的時間點,正因為它們的引入,才能擴展了手機的功能。”DSP+ARM的架構逐漸成為手機基帶芯片市場的主流架構。
  WINTEL聯盟(Windows+Intel)并非一個真正的聯盟組織,但是天然的互補性使得其成為當今PC領域最為強大的勢力。而在手機基帶芯片領域,DSP+ARM的架構可望達到這樣的高度。
  當被問及DSP+ARM的架構近期內在手機基帶芯片領域會不會有所改變時,牟立認為這根本不是一個值得擔心的問題。因為目前DSP+ARM的架構被業內最廣泛采用,“存在即是合理”,這就像WINTEL聯盟,不是說變就變的。
  不過,不變中也孕育著變化。雖然采用ARM被廣泛認同,但是各個廠商使用的DSP則有所不同。而隨著多媒體等應用需求的增長,一個DSP加一個ARM的架構越來越不能滿足需求。因此,“變化在于采用ARM加幾個DSP或者是DSP加幾個ARM,當然,DSP+ARM的單芯片發展值得關注。”牟立總結說。
  同時,各個公司采用ARM核的速度和數量也在提高。德州儀器在2004年第一季度發布第一個采用ARM 11的應用處理器。這個以嵌入式應用處理器為中心的設計架構,與德州儀器此前以DSP(或基頻)為中心有所不同。德州儀器已經推出了采用DSP+ARM 7作為基帶處理器,采用ARM 11作為應用處理器的OMAP平臺并取得了良好的效果。
  國內廠商也在遵循類似的發展道路。重郵信科公司副總經理鄭建宏對《中國電子報》記者表示,公司未來的基帶芯片將采用多核架構,也就是多個DSP加多個ARM核的結構,來滿足多媒體等更高數據業務的需求。最近公司與智多微電子公司的合作將加速這一進程。
  從產業發展的角度來講,目前尚沒有一家公司強大到可以通吃的地步,也就是說,產業處于分工合作的階段,拋開ARM核心來單干并不是未來的發展趨勢。因此,時光認為:“DSP+ARM構架將長期存在下去。”
  就目前而言,iSuppli公司手機分析師王陽在接受《中國電子報》記者采訪時表示,DSP主要完成基帶功能,用兩個ARM核中的一個輔助完成基帶功能,另一個ARM核專門應付多媒體或者GPS這樣的特定應用是主要的方向。

??? 集成集成再集成

  手機芯片集成度的不斷提高是推動手機終端不斷向前發展的重要力量。作為手機芯片中最核心的部分,基帶芯片的集成在不斷的演進過程之中。時光甚至將模擬基帶與數字基帶部分的集成視為手機基帶芯片發展史上具有“里程碑意義”的事件。
  目前的主流是將射頻收發器(小信號部分)集成到手機基帶中,未來射頻前端也有可能集成到手機基帶里。德州儀器、英飛凌和高通是最主要的推動者。德州儀器依靠獨創的DRP射頻技術,后兩者依靠的是CMOS RF技術。
  隨著數字射頻技術的發展,射頻部分被越來越多地集成到數字基帶部分,電源管理則被更多地集成到模擬基帶部分,而隨著模擬基帶和數字基帶的集成越來越成為必然的趨勢,射頻可能最終將被完全集成到手機基帶芯片中。不過,王陽認為,集成在節省成本和設計復雜度增加之間要找到平衡。
  應用處理器的出現給手機基帶芯片帶來的既是挑戰也是機遇。對于未來手機發展將以基帶芯片還是以應用處理器為中心主流廠商之間存在不同的意見,因此,集成的方式也有所不同。
  德州儀器、英飛凌等廠商將基帶和射頻部分集成在一起,對于中高端應用則加上應用處理器。對于低成本和超低價手機來說,基帶和射頻的集成可以降低成本并降低手機設計的難度。射頻技術數一數二的英飛凌依靠超低價手機的單芯片解決方案一舉翻身就是很好的例子。國內手機芯片的領軍企業展訊通信則采用將基帶芯片和多媒體功能結合在一起的方法,公司認為現階段集成射頻會帶來工藝上的難度,集成射頻對于穩定性的要求會更高,對于降低成本的作用還不是很明顯。
  盡管如此,正像摩爾定律指出的那樣,手機基帶芯片的高度集成毫無疑問將是不可逆轉的趨勢。

??? 相關鏈接

??? 手機基帶芯片組成

  基帶部分可分為五個子塊:CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊。
  CPU處理器對整個移動臺進行控制和管理,包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制和人機接口控制等。若采用跳頻,還應包括對跳頻的控制。同時,CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能,即GSM通信協議的layer1(物理層)、layer2(數據鏈路層)、layer3(網絡層)、MMI(人-機接口)和應用層軟件。
  信道編碼器主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等,其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗碼、交織、突發脈沖格式化。
??? 數字信號處理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規則脈沖激勵—長期預測技術(RPE-LPC)的語音編碼/解碼。
  調制/解調器主要完成GSM系統所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調制/解調方式。
  接口部分包括模擬接口、數字接口以及人機接口三個子塊:
??? (1)模擬接口包括:語音輸入/輸出接口;射頻控制接口。
??? (2)輔助接口:電池電量、電池溫度等模擬量的采集。
  (3)數字接口包括:系統接口;SIM卡接口;測試接口;EEPROM接口;存儲器接口:ROM接口主要用來連接存儲程序的存儲器FLASH ROM,在FLASH ROM中通常存儲layer1,2,3、MMI和應用層的程序。RAM接口主要用來連接存貯暫存數據的靜態RAM(SRAM)。
  (4)人機接口包括:顯示器接口;鍵盤/背光接口。

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