從MP3、行動電視、視訊會議到導航系統，手機上的應用服務益增，卻也帶來處理器針對效能/功耗/成本的多重考驗。目前處理器多與基頻整合，再視應用多寡搭配加速器，然不論搭配方式為何，仍以追求效能為唯一目標。
近期的手機成長態勢極為顯著，在2006年即出現八億支手機出貨量的市場規模之下，不少業者樂觀預期近期全球手機出貨量即可能突破十億支。而在這樣銳不可擋的成長曲線之下，手機內的相關元件自然也跟著水漲船高。
尤以多媒體功能(Multimedia)引領此波風潮之，其所延伸之音訊、視訊、遊戲、全球衛星定位系統(GPS)與行動電視(Mobile TV)等都是業界當紅的應用。而這些應用也帶動從處理器、記憶體、顯示器、電源供應、作業系統、操作介面、通訊技術等元件之全面性檢測，無法在效能、成本、低功耗等嚴苛考驗下存活之產品，即將面臨被淘汰之殘酷命運。
多媒體功能不可或缺
由於可與電信業者異業結盟，以下載的方式提供音樂鈴聲、來電答鈴，因而不論是高階手機或是入門手機，音樂播放都已被視為手機的基本功能。研究單位更預測，在2010年前超過七成的手機將內建音樂播放功能。
除了音樂功能以外，儘管近來還不算成熟，但是行動電視的發揚已是箭在弦上。為在手機上進行電視節目的播送，除衍生處理器的需求，更將是帶動處理器升級的一大驅動力。
此外，由於全球衛星定位系統)與手機的結合態勢已經極為明顯，不少業者更積極開發3D立體動態地圖，更可能與商家結合，在虛體地圖上展現商家資訊、提供折價優惠等，也都需要更強大的處理器，才能允許上述功能順利呈現。而既然能順利處理3D虛擬地圖，要在相同的裝置上玩3D遊戲更不是難事。
基頻/處理器整合加速通訊/多媒體連結
處理器的重要性即如同人類的心臟一般，欠缺處理器的行動裝置與廢鐵沒有太大差異。而為因應近期多媒體功能的竄起，也引起不少業者的重視，要從基頻(Base Band)與處理器的整合帶來高效能、低功耗、低成本、快速上市等優勢。
針對近期多媒體手機的抬頭，恩智浦(NXP)行動系統產品線基頻行銷經理Marc Humbert表示，該公司近期除針對2G與3G的通訊技術研發，致力於支援豐富多媒體應用的基頻解決方案，以求滿足客戶需求。Humbert透露，恩智浦近期的在中低階的基頻晶片產品策略，乃為同時搭配精算成本與功能的多媒體處理器；至於高階則以恩智浦的輔助處理器(Co-processors)為主。
事實上，基頻晶片與多媒體處理器的整合，讓單一廠商能夠集中資源研發高整合度的產品，自然得以成功壓低成本，且由於時程掌握方便，更可望大幅縮減研發時程，縮短上市時間。
據悉，2G市場的基頻晶片在2006年時僅能與一百三十萬畫素的照相模組、解析度176×144的顯示器以及由軟體進行編解碼的相關元件搭配；時至2007年，基頻晶片早已突破照相模組二百萬畫素的限制，得以支援具有JPEG編解碼工具與240×320的QVGA顯示器。
恩智浦計畫，2008年將針對低成本與多媒體處理器推出相關產品線。新的多媒體功能將具備音訊、三百萬畫素照相模組、高畫質視訊與嵌入式硬體加速器等，同時搭配電源管理單元(PMU)，以有效降低電源功耗。
分散式架構有利效能提升
由於今日的手機開發者已不願再向過去一般，被專屬(Proprietary)的規格所束縛，因而開放性的平台架構已成市場大勢所趨。以處理器為例，行動平台除了要能支援提供授權及被行動設備使用的協力廠商(ThirdParty)處理器(如ARM)，也須搭配相關之作業系統(如Symbian、Windows Mobile和Linux)，在周邊介面上，又不可忽視內部匯流排(Bus)和外部插槽的溝通，因而開放性平台的存在已無庸置疑。
然而，雖行動多媒體應用平台多符合上述的開放性趨勢，不過，在架構性的作法上仍各異。以意法半導體(STMicroelectronics)的 Nomadik(圖1)為例，該產品之最大特色即在於採用分散式處理架構，也就是將多媒體的運算處理分散到多個可程式化的智慧型加速器(Smart Accelerator)上，彼此雖獨立工作，卻可同時處理特定的視訊和音訊編碼與解碼功能。
意法半導體大中華區無線事業部經理張紹能(圖2)指出，儘管部分業者認為由單一處理器負責運算工作有其優勢，然由於近期通訊市場變化快速，將其他應用加以區隔，讓基頻可以專注於通訊規格的變化，支援GPRS/EDGE及WCDMA等多模工作可能反而是較好的方法。
事實上，目前市場上應用處理器(Application Processor)的架構作法不盡相同，以處理器見長的廠商可能偏好採用高效能的單一ARM核心來處理所有工作；也有業者採用ARM加數位訊號處理 (DSP)的雙核心架構，將控制與訊號處理工作分流；此外，尚有些專屬性應用的處理工作非常消耗運算資源，應用處理平台就可考慮加入專屬加速器來提升處理效能。
此外，在電源供應部分，張紹能認為，分散式處理讓這些耗時又耗電的工作不會占用處理器的資源，有助CPU專注於控制與程式流程的處理，或讓它進入省電模式來延長電池的使用壽命。Nomadik藉由盡可能避開對高時脈速度的需求來節省能源，以獲得降低耗電需求的優勢。除了為編碼提供高執行效率；有效利用晶片上資料壓縮和圖像縮放之頻寬外，積極的電源管理會關掉晶片上非活動的區域，讓處理器盡可能的保持在省電模式之下，也是Nomadik節省電源的方式之一。
高低階解決方案並重
德州儀器(TI)亞洲區無線通訊產品協理宋國璋(圖3)則認為，先不談論多媒體功能手機的成長力道，就晶片設計廠商的角度來說，如何在降低成本的同時維持無線通訊的連結，才是多媒體手機發展的正途。
宋國璋透露，由於多媒體功能需求永無止盡，近期看重議題包括解析度、手機相機、H.264等，對手機晶片設計挑戰已然不小，再加上手機最基礎卻也最重要的通訊功能同時面臨極大變化，如何在支援GSM、藍牙(Bluetooth)、無線區域網路(WiFi)、高速下鏈封包存取(HSDPA)與其他無線通訊的同時，仍能維持多媒體功能的穩定，更是一大難題。
近年來新興市場的手機採購力道與成熟市場的換機潮相較毫不遜色，「因此除了發展高階解決方案之外，我們也積極從低成本角度出發，如LoCosto解決方案系列就是一例。」宋國璋這麼表示。
德州儀器近期推出的LoCosto ULC單晶片平台，就是因應新興市場的低成本彩色MP3照相手機而生。該平台可協助手機製造商打造成本更低、功能更強的手機產品，包括語音清晰度與音量、電池壽命、更強化的彩色螢幕、調頻立體聲、MP3和弦鈴聲、相機和MP3播放功能等，都可涵括。相較於現有產品，LoCosto ULC單晶片平台最多可節省25%的電子零件用料，同時也代表更低的產品單價。
據悉，LoCosto平台至今已有超過十五家客戶採用，推出手機超過十二款、銷售逾一千萬支，預計2007年結束前將有超過五十款內建LoCosto平台的手機設計進行量產。
除了低階解決方案之外，德州儀器同樣在高階產品有所發揮。如OMAP系列(表1)將持續在製程上精進，核心處理器部分也與ARM同步演進，加速器亦將加強2D/3D之運作。其他包括解析度、相機畫素與視訊會議之品質也都持續有所改進。
宋國璋補充說明，為了兼顧多媒體與數據傳輸之並行，德州儀器亦推出OMAP-Vox單晶片解決方案，除支援EDGE/GSM/GPRS傳輸外，同時具有該公司之數位射頻處理(DRP)技術，以達到通訊、多媒體並重之目標。宋國璋透露，該平台整合無線射頻收發器、類比編碼解碼器和數位基頻後，不僅可大幅減少電路板空間及延長電池壽命，還能發展出更強大與更多用途的手機。
既然多媒體功能成為手機之基礎需求，而掌控多媒體內容是否得以高效率運作的記憶體(RAM)自然成為各家業者側重之關鍵所在。而隨著手機內建的記憶體動輒上看256MB，如何在高效能下兼顧低功耗，自然也是相關業者必須重視的課題。此外，人機介面與互通機制是否健全，也都是決定產品能否受到消費者青睞的因素。
低功耗記憶體掀波瀾
近期奇夢達(Qimonda)就專注在同時被稱為行動記憶體(Mobile RAM)低功耗記憶體的研發與銷售上，並已陸續推出不少相關產品。奇夢達行動終端裝置行銷部門資深經理章志賢(圖4)指出，手機與消費性電子的抬頭，正是帶動行動記憶體起飛的最大關鍵。舉例來說，具備電視功能的手機問世，就可能催生相關需求。
章志賢進一步解釋，近日應用最為豐富的PSRAM雖具有耗電低，開機快速與其他優勢，然若一併考量成本、傳輸速率與儲存容量，行動記憶體仍是未來的主流。據了解，奇夢達已陸續提供良裸晶粒(KGD)予快閃記憶裝置廠商，以達多晶片封裝(MCP)之高記憶體密度、高速度與低耗電量需求。
章志賢同時補充，因應客戶需求，未來相關產品將持續走向多晶片封裝之途，預估與顆粒相較約為3：1之譜。而該公司於去年年底推出之行動記憶體產品乃為 183MHz，具雙倍資料同步傳輸(DDR Synchronous)能力，並提供1.8V電壓、60細密球型矩陣列封裝(Ball FBGA)及512Mbit的容量。
記憶體市場挑戰仍多
雖然不少業者對記憶體的未來頗為樂觀，然而卻仍須面對不少挑戰。設計業者Rambus就表示，現今記憶體仍多應用在個人電腦運算、數位電視機上盒與家用遊樂器上，因而對電源供應的技術頗有障礙；且由於上述產品單價較高，因而就算記憶體之售價波動，影響並不大，「不過，隨著愈加消費者導向(Consumer Oriented)、多媒體手機的崛起，都將帶來另一波技術突破的驅動力。」Rambus產品行銷部門經理Michael Ching認為。
Michael Ching舉例說，隨著消費者的需求愈加提升，對運算速度的要求也跟著提高；此外，在手持裝置當紅之下，低功耗將是永遠的課題；再加上各家業者為與其他廠商產生區隔，勢必投入更多開發人員設計出與眾不同的產品，而技術規格自然也將持續演進。
Rambus大中華區業務暨行銷總監林政賢補充說明，手機與一般消費性電子應用的差異尚包括運算速度提升之後也將帶來高溫，如何隨溫度調整頻率以節省電力都是重要議題。不過，Rambus預期行動記憶體仍將持續成長，如2006年僅有26%的手機內含行動記憶體，至2010年就將達到86%之譜。
人機介面也成手機關鍵零組件
既然談到手機的當紅，自然不能忽略蘋果(Apple)的iPhone。然而，扣除工業設計不談，從iPhone的規格來看，除了3.5吋的大螢幕之外， 320×480的解析度、4/8GB的儲存容量、內建相機模組與無線區域網路(WiFi)、2.75G的EDGE和藍牙(Bluetooth)等通訊技術，其實都與既存的手機產品相差無幾。然而iPhone由於利用其超大螢幕搭配豐富多元的操作介面，因而為使用者開啟另一番新體驗。
義隆電子總經理葉儀皓(圖5)指出，iPhone運用的技術稱為多點觸控(Multi-touch)技術，透過不同手指的觸控，可以帶來更多組合，因而可將操作介面化繁為簡，用最簡單的方式操作。
事實上，這項技術最早是由紐約大學(New York University)媒體研究實驗室(Media Research Laboratory)的研究員Jeff Han所提出，名為受抑內全反射(Frustrated Total Internal Reflection, FTIR)技術。
簡單來說，LED發光時，如果照向塑膠的內層表面，光就會完全反射；但如果有皮膚或其他折射率較高的物質在壓克力表面，位於接觸點的光就會被吸收。因此，反射光上面就會帶有指紋的圖案，由感測器內部的電荷耦合器加以讀取，讓使用者可以直接在螢幕上進行操控。
義隆電子則以類似的技術提供給筆記型電腦、可攜式導航系統、手機應用。葉儀皓強調，透過多點觸控的技術，可以達到類似三鍵滑鼠的操作模式，讓人機介面(Human Inter-face)不再只是冷冰冰的鍵盤操作。
行動裝置重視互相連結
而隨著手機與其他裝置的連結頻率更加頻繁，如何一舉連結USB、PCI、IDE、NAND、藍牙及其他客製化介面，更是手機業者不容忽視之處。
專注於可編程解決方案的QuickLogic就指出，由於近期行動通訊裝置與消費性電子的連結程度加深，因此需要更彈性的平台以完成上述需求。 QuickLogic市場行銷經理李浩濤引述iSuppi的報告指出，由於內建USB連結裝置的手機產品，於2010年時將占全球手機出貨之63%；而藍牙出貨量至2010年亦將逼近六億八千萬，除了顯示有線/無線連接裝置在消費性電子市場的普及愈高之外，更將帶來效能、上市時程、電池續航力等挑戰。
日前QuickLogic推出的ArcticLink解決方案平台(圖6)就是藉由可編程架構，提供硬核式控制器，以完成各項新興通訊連接介面的互通工作。李浩濤指出，原先的應用處理器由於設計時並未考量到成品可能需要的應用，因而時常力有未逮，若能將快閃記憶體(Flash)、NAND、固態硬碟 (SSD)等儲存媒介；CE-ATA、IDE等微型硬碟；高速下鏈封包、無線區域網路(WiFi)與行動電視等通訊功能一併連結，可望減輕下游設計人員的負擔，縮短上市時程。
整體來說，為了延伸這波已經來臨的手機採購熱潮，手機關鍵零組件業者無不卯足全力，希望從低功耗、高效能、低成本與豐富使用介面等面向加以切入，同時盼望除可在手機產業中站穩腳步之外，也能在競逐激烈的市場上發光發熱。