處理器規格丕變　Netbook電源整合風起

在x86架構處理器與安謀(ARM)架構處理器陣營全力搶進，以及中國大陸山寨迷你筆電(Netbook)市場迅速增溫的雙重衝擊下，Netbook已逐漸跳脫初期延續筆記型電腦規格的發展框架，朝向更多元的產品樣貌演進，同時促使其系統電源管理架構也開始由以往分散(Discrete)式設計轉換至整合型電源方案，並吸引德州儀器(TI)、英特矽爾(Intersil)等電源晶片業者投入布局。  

在英特爾(Intel)與全球主要個人電腦製造商的推波助瀾下，Netbook發展一路長紅。根據市場研究機構顧能(Gartner)今年3月的最新報告，2009年全球Netbook出貨量預估將上看二千一百萬台，約占全球一億五千五百六十萬台筆記型電腦的13%，是筆記型電腦市場成長的最大動力來源。  

處理器架構醞釀改朝換代  

值得注意的是，不讓英特爾專美於前，威盛也於2008年10月號召多家供應鏈合作夥伴組成開放式超移動產業聯盟(Global Mobility Bazaar, GMB)(圖1)，擬借鏡聯發科技在中國大陸山寨手機市場的成功發展經驗，創造出新的山寨迷你筆電市場商機。

資料來源：威盛 圖1　威盛發起的開放式超移動產業聯盟示意圖與代表成員

與此同時，看好Netbook市場發展潛力，包括精簡指令集運算(RISC)處理器核心供應商ARM、手機龍頭諾基亞(Nokia)、網路搜尋引擎業者谷歌(Google)、專擅產品創新的蘋果(Apple)及全球最大電子製造服務(EMS)商鴻海也紛紛宣布加入戰局；就連電信業者也積極藉由發展自有品牌商品，來分食Netbook大餅。  

另一方面，為進一步降低處理器成本，鞏固在Netbook市場的主導地位，英特爾也於日前與台積電簽訂合作備忘錄，未來將由台積電代工生產內建凌動(Atom)核心的系統單晶片(SoC)；此外，市場也傳出英特爾將於今年第四季推出整合繪圖處理器與記憶體控制器的新一代Atom處理器Pineview。  

這一連串的變化，除了讓Netbook市場競爭更趨激烈外，亦將加速處理器規格的改朝換代，進而牽動Netbook系統電源設計的大翻新。  

處理器功耗大幅降低整合型電源方案蓄勢待發  

圖2　英特矽爾亞太區應用工程總監林木森表示，Netbook處理器功耗較以往大幅降低，因而促使電源晶片朝整合方向發展。

事實上，相較於英特爾以往的筆記型電腦處理器系列產品，Netbook專用的Atom處理器功耗已大幅降低，且負載電流亦相對較小，因此Netbook系統電源設計已逐漸由以往多顆晶片所組成的分散式方案，朝向單一晶片整合多通道電源出輸的方向發展。  

英特矽爾亞太區應用工程總監林木森(圖2)表示，以往筆記型電腦處理器的電流較大，若採用整合型電源方案進行設計，容易因印刷電路板走線過長而導致功耗與雜訊干擾增加，而Atom處理器電流已進一步縮減，走線疑慮遂迎刃而解，讓許多電源晶片業者開始發展整合型的方案。  

以英特矽爾為例，目前已推出ISL6228雙通道輸出的同步降壓型(Synchronous-buck)脈衝寬度調變(PWM)控制晶片，採用該公司獨有的強固紋波穩壓器(Robust Ripple Regulator, R3)專利技術，可根據輸入電壓與輸出負載暫態(Load Transient)進行動態響應；此外，更整合金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)驅動器和靴帶式二極體(Bootstrap Diode)，進而減少系統電源的零件總數與實作面積。  

德州儀器同樣也已推出雙通道整合型電源方案如TPS51120、TPS51220與TPS51124，其中，TPS51120是專為使用三或四顆鋰離子電池的筆記型電腦所設計，可提供5伏特和3.3伏特待機穩壓電源給所有系統下游電路。微星所推出的WindBook U100即採用此款晶片進行設計。  

TPS51220則是內含兩組低壓差穩壓器(LDO)的雙通道同步降壓轉換控制器，為優化5伏特及3.3伏特系統控制所開發，讓設計者可以最具成本效益的方式完成二至四顆鋰離子電池的筆記型電腦系統電源設計(圖3)。

圖3　整合雙通道輸出的電源方案已廣受筆記型電腦業者採用。圖為德州儀器TPS51220雙通道同步降壓轉換控制器電路架構。

成本壓力驅動電源設計精簡化　PMU方案呼聲高漲  

不僅如此，為因應與日俱增的價格壓力，電源晶片業者也已著手進行更高整合度的電源管理單元(PMU)，以進一步精簡系統電源的設計。  

眾所周知，價美物廉是Netbook在此波金融海嘯中仍能逆勢成長的重要利器。不過，相較於筆記型電腦而言，這些售價約在400美元上下的Netbook商品，其毛利已不大如前。宏碁董事長王振堂即指出，迷你筆電的利潤率約僅25%，與手機動輒60%的毛利相比，獲利空間極為有限。因此若能不斷提高關鍵零組件的整合度，降低物料清單(BOM)成本，對相關製造商而言，將極具吸引力。  

圖4　德州儀器亞洲區半導體市場開發高效能類比產品市場行銷經理林志彥指出，製程與整合設計能力是開發PMU方案必備的條件。

德州儀器亞洲區半導體市場開發高效能類比產品市場行銷經理林志彥(圖4)指出，該公司已著手進行更高整合度的PMU方案開發，期能透過德州儀器在製程與設計上的豐富經驗，推出兼具效能、可靠性與成本競爭力的解決方案。  

除成本因素外，處理器本身的整合亦是驅動系統電源朝向PMU發展的重要推力。林木森表示，英特爾已計畫在代號為Pineview的下一代處理器中，進一步整合北橋功能，此舉將可減少原本主機板上繪圖晶片組的電源需求，進而簡化系統電源設計。因此，英特矽爾也已緊鑼密鼓投入多通道整合的PMU方案研發，以因應未來市場的變化。  

另一個助漲PMU方案需求的趨勢，係來自ARM處理器陣營的加入。儘管現今英特爾的Atom處理器仍是Netbook市場的主流，然而隨著德州儀器、高通(Qualcomm)、飛思卡爾(Freescale)等ARM架構處理器供應商大舉進軍，將使得以ARM處理器開發的Netbook電源管理轉向PMU設計，一如智慧型手機與行動聯網裝置(MID)的設計取向。

不過，由於智慧型手機與MID所使用的PMU，經常須與處理器平台緊密結合，甚至可能整合至處理器中，如高通的Snapdragon處理器平台即整合了電源管理單元，對於僅能提供分散式電源晶片方案的業者是極大威脅。因此，未來Netbook的PMU是否會沿襲此一產品發展模式，即頗受業者關注。  

成本為PMU普及關鍵  

圖5　快捷半導體亞太區市場行銷暨應用工程副總裁藍建銅認為，封裝成本過高，是PMU在Netbook市場普及的一大阻力。

儘管PMU具有高整合、尺寸小與精簡設計等優點，但要開發PMU方案並不容易，除了整合設計的能力外，製程技術的掌握也是一大挑戰，包括製程良率、散熱管理與產品可靠性等均是製造時將面臨的棘手問題，對無晶圓廠(Fabless)電源晶片開發商而言，更形成不小進入門檻。  

此外，快捷(Fairchild)半導體亞太區市場行銷暨應用工程副總裁藍建銅(圖5)更指出，PMU的封裝成本較一般電源晶片高，因此目前多半用於高單價的智慧型手機與MID產品，雖然Netbook系統電源也逐漸朝PMU方案發展，但未來能否進一步普及，成本將是一大關鍵。  

對此，林志彥認為，應以整體系統成本的觀點來評估電源晶片的價值。他強調，電源方案的穩定性與整合度是目前許多筆記型電腦開發人員面臨的最大課題，而具有多通道輸出的PMU方案，除可簡化整體系統電源設計的零件數目外，還可同時提升產品的可靠性，對系統開發人員來說，效益將更加顯著。