滿足行動裝置外型/功能多元需求
處理器業者隨「機」應變

2011年10月4日，蘋果(Apple)發表iPhone 4S智慧型手機，雖然不是眾所矚目的iPhone 5，但iPhone 4S搭載iOS 5作業系統，採用與iPad 2相同的1GHz A5雙核心處理器，並內建背照式八百萬畫素相機，可支援更快速的拍照速度，以及1,080p Full HD高畫質錄影。同時，iPhone 4S支援高速封包下行存取(HSDPA)14.4Mbit/s網路速度，且同時支援全球行動通訊系統(GSM)與分碼多重存取(CDMA)雙模技術，是一款名副其實的「World Phone」。

事實上，iPhone 4S真正引人注目的新功能是Siri，該技術為人工智慧、自動學習，加上情境感知系統(Contextual Awareness System)的綜合體，透過人類最有效的溝通方式--語音，與裝置互動，此一功能也拜處理器運算效能的提升，才能真正落實。而iPhone 4S Siri新功能也直指一個事實，行動裝置功能越來越多元、強大的同時，處理器效能也須提升，才能做到。

AR/裸視3D功能正逐漸發酵

圖1　資策會MIC資深產業分析師兼專案經理張家維表示，未來隨著手機新功能不斷加入，衍生出的應用軟體發展，將左右行動裝置外觀設計。

除了iPhone 4S出人意表的新功能外，近期，智慧型手機也有其他新功能與外型設計受到矚目。資策會產業情報研究所(MIC)資深產業分析師兼專案經理張家維(圖1)表示，目前手機強調融合多種功能與更佳的影音觀賞體驗，因此可以發現手機螢幕尺寸有越來越大的傾向，如宏達電高階智慧型手機皆配4.0或4.3吋以上的較大螢幕，甚至連功能型手機也開始導入的全觸控操作介面，是近1～2年手機廠商強打的設計。

除螢幕規格的變化外，近距離無線通訊(NFC)與擴增實境(AR)亦將是手機業者主要增添的新功能。張家維指出，NFC衍生的行動付款、結合定址服務(LBS)空間相關資訊與物聯網概念的服務，將是今明兩年手機重要的新興應用。至於AR，則是已有晶片業者推出支援該技術的處理器產品，加上可讓軟體業者開發出許多膾炙人口的使用情境與應用，且硬體上也毋須因應AR應用的發展而有太大的調整，因此亦獲得手機業者青睞。

另外，最近手機製造商也紛紛推出支援裸視三維(3D)影像播放與錄製的智慧型手機。Gartner半導體產業首席分析師鄧雅君表示，支援3D影像的確逐漸成為手機業者新產品的賣點，不過，3D面板價格仍相當高昂，再加上支援3D影像的錄製須配備雙鏡頭，手機整體設計架構上則須有新的考量，如雙鏡頭的距離要與雙眼瞳孔距離相近，且鏡頭擺放位置又不能與電池重疊，否則無法符合薄型化發展，更何況支援3D影像也意味著手機記憶體容量也須提升，外型設計也有諸多限制，對手機業者而言，其實具備相當的挑戰性。因此短期內，3D影像功能普及率進展將稍嫌緩慢，但3D影像功能將是手機功能主要發展趨勢之一，未來平板裝置(Tablet Device)也將導入。

提升人性化/反應速度為手機演進方向

談到未來手機的功能與外型的演進，張家維表示，可彎曲的面板，亦即不再死硬的四方邊角手機設計，將可能成為未來手機製造業者在外觀設計上的突破，不過，商用化的時機端看可撓曲面板的良率與成本而定。

鄧雅君則認為，觸控反饋與內建更多感測器，將是大勢所趨。觸控反饋可讓使用者有更真實的觸控感覺，透過材料科學以區塊的方式讓使用者手指在劃過觸控面板時，能有波動式的反應。而內建更多的感測器則是藉助微型化技術達成，不過，感測器相關應用程式則得仰賴應用服務業者的創意。

圖2　飛思卡爾半導體多媒體應用處理器產品部亞太區資深部門經理蔣宏指出，感測器與智慧應用為行動裝置發展方向。

飛思卡爾(Freescale)半導體多媒體應用處理器產品部亞太區資深部門經理蔣宏(圖2)表示，由於行動裝置內建更多感測器已成趨勢，因此飛思卡爾eCompass功能逐漸成為智慧手機的標準配備，該公司也致力於最高性能的eCompass解決方案的研發，包括磁力計，該產品與加速度計、全球衛星定位系統(GPS)結合，有助於手機和GPS訊號都無法提供方向資訊時，充當備用系統。

高度計也是目前手機行業關注的熱點。蔣宏指出，飛思卡爾最新數位式高度計具有高解析度、低功耗和直接輸出高度資訊的特點，使用者可進一步利用高級導航功能和新的定位服務，如GPS輔助和e911。另外，基於微機電系統(MEMS)技術的壓力感測器，也可與感測器組合中的加速度計和磁力計互補，滿足智慧行動裝置對這類元件日益增長的需求。

圖3　安謀國際市場行銷部移動運算市場行銷總監陳洛表示，目前已有多家安謀國際合作夥伴，進行雙CPU晶片組的研發。

安謀國際(ARM)市場行銷部移動運算市場行銷總監陳洛(圖3)則表示，無論手機外型與功能如何演進，未來手機最基本的發展勢必在於加快反應速度，如聯網與開啟網頁的速度，以及支援如微軟(Microsoft)Office等程式，讓消費者可在手機上單純由接收訊息到產出資訊。

張家維強調，手機與個人電腦(PC)不同的是，個人電腦外型與功能的發展已相當成熟，也大致定型，因此未來外型不會有太大的變化，新的功能也多為宣示性，且並非消費者真正需要的。不過，手機則仍有許多發展空間，並進一步貼近消費者所需，預期未來將會看到更多不同外觀或功能的手機進入市場。

因應行動裝置新功能　處理器強化效能

由上述可知，未來手機的功能只會逐漸強大，而不會走回頭路，因此處理器為支援更多功能，效能也須逐步提升，才能真正落實消費者所需的各種應用，而處理器業者也各有不同的發展策略，其中以雙中央處理器(CPU)架構最引人注目。

低功耗/高效能兼具雙CPU架構建功

隨著行動裝置整合的功能越來越多，處理器效能也不斷提升，然而效能與功耗一向成正比，為在提高處理器運算效能的同時，亦可符合行動裝置的功耗要求，採用雙CPU架構所設計的應用處理器將逐漸嶄露頭角。

陳洛表示，一般而言，核心運算頻率越高的處理器，功耗就無法太低，為解決此問題，讓行動裝置處理器有更高的效能，又能兼顧電池續航力，則須採用雙CPU設計架構，如輝達(NVIDIA)新一代處理器Tegra 3即採用此種設計。

所謂雙CPU是以一顆四核心ARM Cortex-A9處理器，搭配一顆低功耗、運算效能一般的處理器。陳洛指出，分析處理器效能與功耗的關係圖可發現，處理器功耗突然直線增加的轉折點，約落在800M～1GHz運算頻率，這也是目前單核心或雙核心處理器各核心處理速度最高到1.5GHz的原因。透過雙CPU架構，可將一些如收發電子郵件、影 像/音訊處理等不需要太高運算速度的應用，交由具備低功耗特性的處理器負擔，而需較高效能的應用再由多核心處理器負責，並視狀況開啟核心數量，如此一來，將能更有效降低整體處理器的功耗。以Tegra 3為例，以雙CPU架構處理遊戲、MP3音訊與高畫質影像播放等工作時，可較Tegra 2減少約14～61%不等的功耗。

據了解，除輝達的Tegra 3外，德州儀器(TI)OMAP3與4系列處理器也是採用雙CPU架構，惟另一顆低功耗處理器是搭配微控制器(MCU)。陳洛分析，德州儀器OMAP處理器外掛的微控制器係採用Cortex-M系列核心，即兼備效能與低功耗特性。

圖4　德州儀器亞洲區無線通訊產品行銷經理黃維祥認為，由於高畫質影像呈現效果在小尺寸面板尚未能彰顯，因此短期內4K×2K的高解析度螢幕將不會成為行動裝置的新特色。

德州儀器亞洲區無線通訊產品行銷經理黃維祥(圖4)表示，由於OMAP4強化數位訊號處理器(DSP)、繪圖引擎等，該公司為減輕Cortex-A9核心處理器的負擔，因此在處理器架構外再增添Cortex-M3核心的微控制器，未來採用Cortex-A15的OMAP5也將搭配Cortex-M4核心的微控制器。

這種德州儀器獨有的架構，即為OMAP4已可支援裸視3D、AR等新興功能的關鍵，未來OMAP5更可支援到四個攝影鏡頭，以因應可能發生的3D視訊應用。黃維祥強調，處理器加上微控制器的架構中，由於低功耗技術一向是德州儀器專長，再加上搭配的微控制器亦為低功耗系列，因此整體功耗反而可較單顆高處理速度的處理器來得低。

黃維祥並透露，微軟(Microsoft)Windows 8已確定支援安謀國際處理器架構，德州儀器與其他兩家處理器業者皆為第一波合作夥伴，挾OMAP高效能與低功耗特性，採用德州儀器處理器與Windows 8的個人電腦產品，預計2012下半年問世。

陳洛進一步指出，雙CPU架構將是大勢所趨，未來，不論合作夥伴將如何建構高效能、低功耗的處理器晶片組，安謀國際均會在矽智財(IP)上給予最完整的支援。

另外，針對市場上多核心處理器功耗會較單核心加倍的說法，陳洛解釋，以處理相同的應用來看，單核心可能須使出渾身解數，但多核心處理器則可將作業分攤至多顆核心，且每個核心也毋須以全速運算，功耗反而可較單核心處理器更低。

四核心處理器紛出籠

圖5　高通通訊產品部副總裁Reiner Klement表示，高通將與微軟攜手推出內建高通Snapdragon S4處理器的第一代Windows 8個人電腦。

由於智慧型手機與平板裝置功能不斷提升，促使處理器也須有更高的處理速度，因此繼2011年各家業者紛紛推出雙核心處理器後，四核心處理器將成為下一階段的重點。

高通(Qualcomm)通訊產品部副總裁Reiner Klement(圖5)表示，因應市場需求，處理器效能也須進一步提升，但是電池技術與容量的發展依然難以跟進。為解決這項挑戰，高通開發新一代處理器架構，並將全新低耗電四核心CPU以及Adreno繪圖處理器(GPU)整合至APQ8064處理器中，可提供較第一代Snapdragon處理器高達十二倍的效能及降低75%耗電量。

近期在智慧型手機與平板裝置市場異軍突起的NVIDIA，7～8年前即開始跨足行動裝置市場，該公司亞太區資深技術行銷經理嚴永信(圖6)表示，先前NVIDIA的行動裝置繪圖處理器晶片與目前架構完全不同，因此慘遭滑鐵盧，根據過往的經驗，NVIDIA推出新的Tegra處理器，功耗、效能與成本皆進一步提升，並成功打響市場，為趁勝追擊，提供客戶更好的行動裝置使用經驗，NVIDIA預計於2011年底推出四核心Tegra 3處理器。

圖6　NVIDIA亞太區資深技術行銷經理嚴永信表示，該公司處理器專注於智慧型手機與平板裝置市場，未進入功能型手機領域。

新的Tegra 3處理器更在乎繪圖處理的效能，也可讓行動裝置的顯示與功能更貼近個人電腦等級，嚴永信指出，雖然市場普遍討論行動裝置支援3D影像、AR等新功能，但是行動裝置更須解決目前網頁開啟與聯網速度不夠快、無法順利呈現Flash格式動畫與影片等問題，而這些問題都需要更強大的處理器才能跨越門檻。

1年多前大舉進入行動裝置市場的美普思(MIPS)，對於多核心產品也有計畫，該公司行動裝置首席架構師Amit Rohatgi(圖7)表示，現今消費者運用智慧型手機和平板電腦的功能，早已遠超出單純的打電話或傳送電子郵件。為執行大量的應用程式並支援各種複雜特性，這些產品已改採與數年前個人電腦作業系統類似的作業系統，因此，每一代新產品對效能需求的增加幾乎是呈指數上升，但同時，還須保持最低功耗，以延長電池續航力。為因應下一代智慧型手機和平板電腦的發展趨勢，多核心系統單晶片(SoC)已成為重要關鍵。此外，也須透過硬體多執行緒技術，在系統中有效切換不同任務以提升效率。而美普思擁有深厚的多核心與多執行緒專業技術，可協助客戶滿足行動裝置複雜度日益提升的開發需求。

圖7　美普思行動裝置首席架構師Amit Rohatgi表示，針對裸視3D功能，該公司持續與Vivante和Imagination等繪圖處理器業者合作，以提供最佳化方案。

以平板裝置為主要應用市場的飛思卡爾也認為明年多核的產品會成為主流。蔣宏表示，為因應多核心處理器時代的來臨，飛思卡爾正在準備i.MX6系列的產品方案，同時，2012年的產品價格也會非常敏感，亦即客戶對高性價比的產品需求將越來越高。而i.MX6系列分為四核、雙核和單核，能夠整合最多四個Cortex-A9內核，並且每個核心的運算速率可達1.2GHz，性能是當前飛思卡爾應用處理器產品的五倍。

處理器整合度日益提升

為了更節省行動裝置空間，加大行動裝置電池容量，處理器的整合度也越來越高，目前業者已開始結合應用處理器(AP)與基頻處理器(BP)，甚至無線連結晶片。

Klement認為，使用者期望行動裝置可以執行所有任務，包括網路社交、高畫質影片、網頁瀏覽及無縫安裝與執行最新應用程式，使用者也期待擁有跟電腦、電視及遊戲機同樣流暢、具備炫麗視覺效果，以及高敏銳度的行動體驗。為提供最佳使用者行動體驗，高通將所有功能，包括CPU、GPU、數據機、DSP、GPS以及合乎使用者需求的系統級管理軟體等，整合於一個完整的系統晶片內。

藉由客製化處理器，高通創造不同標準的安謀國際處理器，Klement表示，獨特架構讓每一顆核心處理器耗電量轉換為應有的運算效能，使Snapdragon行動處理器在較低耗電量的狀態下，也能達到同等效能。此外，高通智慧整合系統可提供最佳化效能與最低耗電量，使高整合度的小型裝置也能擁有領先的效能。而處理器與多媒體技術的結合，可讓原始設備製造商(OEM)使用高通MSM晶片，並將其延伸至不須整合WWAN解決方案的消費性產品。

Klement並指出，高通Gobi行動網路連線解決方案將使Windows 8個人電腦具備3G/4G無線聯網能力，提供消費者永保連線的體驗，且高通新一代Snapdragon系列處理器整合3G/4G多模應用及多核心處理器，可支援廣泛的各階行動裝置。

圖8　博通行動無線事業群無線個人區域網路事業部副總裁暨總經理Craig Ochikubo表示，能同時提供單晶片或整合型晶片將是處理器業者市場成功的關鍵。

急起直追的博通(Broadcom)也已推出整合基頻與應用處理器的產品，該公司行動無線事業群無線個人區域網路事業部副總裁暨總經理Craig Ochikubo(圖8)表示，新的BCM28150 HSPA+基頻含Broadcom Merlyn應用處理器，並具備最新的VideoCore IV行動多媒體/繪圖技術。此基頻處理器讓客戶得以擁有效能最高、占用空間最小、功耗最低的智慧型手機解決方案，可供Android及其他開放式作業系統使用。Merlyn處理器結合Cortex-A9處理器及博通高效能、低延遲匯流排結構與多媒體，建立擴充型的處理引擎，未來所有用博通基頻處理器的所有智慧型手機應用程式都可升級使用。

另一方面，下一代行動裝置引進許多新的要求，包括支援更高速度的數據機和強大的應用處理器。Ochikubo認為，長程演進計畫(LTE)、藍牙(Bluetooth)、無線區域網路(Wi-Fi)和GPS的硬體和軟體不斷發展新功能，此外，NFC將很快成為必須擁有的功能，因此博通持續發展領先的連接產品和製造技術，推出整合度更高的無線連結技術晶片。

Ochikubo並強調，無線連結技術晶片的高整合度也是博通相當看重的發展，行動裝置除了行動寬頻技術外，多元化的無線連結技術早已成為行動裝置設計的一環，博通也致力於提供更高整合度的無線連結晶片，並與現有的基頻處理器、應用處理器進一步整合。

雖然整合應用處理器、基頻處理器與無線連結晶片已成為各家業者致力的目標，但黃維祥指出，德州儀器仍會考量整合晶片的必要性，事實上，目前該公司在基頻處理器採用合作夥伴的晶片，尺寸已夠小，OMAP4也僅4毫米(mm)×4毫米，且毋須外掛快閃記憶體，因此德州儀器仍以雙晶片架構為主，更何況一旦應用處理器或基頻處理器有新的版本時，整合晶片也須一段時間才能投入市場，因此目前包括三星(Samsung)、蘋果(Apple)與摩托羅拉(Motorola)等，仍以雙晶片架構為主。

NVIDIA目前也是以雙晶片架構為主要策略，嚴永信指出，獨立的應用處理器與基頻處理器可提供廠商更大的選擇性與設計架構，且NVIDIA基頻處理器是採用軟體無線電的方式，因此晶片尺寸可更小、耗電量可更低。

雖然高通力推最高整合度的整合式晶片，但為滿足消費者需求，Snapdragon處理器也可提供未搭載整合數據機功能的APQ版本。Klement表示，高通Snapdragon處理器採用更精巧的方式製造，客製化最佳運算、繪圖、多媒體與連線處理器零件，並提升管理軟體，將所有功能有效整合成符合使用者需求的完整系統單晶片，這就是Snapdragon處理器採用多核系統單晶片解決方案的原因。不過，若廠商的產品不採用整合型晶片，高通亦有相對應的產品可供選擇。

綜合上述，行動裝置處理器業者對於未來行動裝置產品發展相當關注，也不斷推出新的處理器產品因應市場所需。瞄準行動裝置龐大商機的英特爾(Intel)也預計於2011年底推出手機處理器晶片，英特爾亞太產品行銷營運部產品行銷經理曾立方表示，目前OEM已有採用英特爾手機晶片設計產品，產品問世時間則端看業者的計畫。

針對市場對於英特爾手機晶片的質疑，如功耗過大、架構能否符合手機使用等，曾立方則回應，先前英特爾處理器長期與微軟Windows作業系統合作，進入行動裝置市場時，由於Windows未因應手機系統進行微調，因此導致英特爾的處理器也不適用於行動裝置市場，讓英特爾一直不得其門而入，不過，現在，英特爾已設計出真正手機使用環境的處理器解決方案，相信可較過去的處理器產品更適用於行動裝置中。

更重要的是，英特爾也與在手機作業系統具備強大市場地位的Google合作，這也是該公司可順利推出更符合手機使用環境所需的處理器產品的關鍵。

此外，同時擁有應用處理器、基頻處理器與無線連結晶片的英特爾，目前初步計畫採用雙晶片架構的方案，未來將視市場需求，進行整合型晶片的開發。