關於應用處理器和數據機元件應整合至什麼程度，才可能最符合市場目標，是無線電話設計人員今日所面對的重要決定之一；無線電話系統設計人員應該依賴獨立零件，還是系統單晶片，才能夠更有效的滿足OEM廠商需求？...
關於應用處理器和數據機元件應整合至什麼程度，才可能最符合市場目標，是無線電話設計人員今日所面對的重要決定之一；無線電話系統設計人員應該依賴獨立零件，還是系統單晶片，才能夠更有效的滿足OEM廠商需求？任何設計方向選擇都會影響許多技術和競爭力變數，例如系統成本、硬體大小、上市時間、各種無線標準的適應能力、功耗以及整體效能，它們正是市場界定成功與否的要素。
市場領導者和泛泛之輩的不同，就在於他們能否在設計流程初期就選出最好的做法。今日市場提供的每一種整合方式都有其優缺點，OEM廠商必須評估各種解決方案，權衡它們之間的優劣取捨，然後選擇最能實現其設計和市場目標的功能整合方式。
目前有3種不同的系統整合方式供無線電話設計人員選擇。
傳統的無線電話設計方法是使用獨立的應用處理器和數據機元件，其中每顆元件都可內建多個處理核心，例如最成功的應用處理器就是依賴ARM9或ARM11之類的RISC核心來執行高優先權的中斷命令、控制和使用者介面功能，再利用德州儀器(TI)的TMS320C55x等DSP元件來執行重複性很高、數學運算量龐大的音訊和視訊處理作業。同理，數據機元件若能將協定堆疊的第2層和第3層交給ARM核心，然後由DSP處理第1層的工作，即可發揮最強大的功能效益。
無論元件的架構為何，它們都是完全獨立，這為系統設計人員帶來機會，使他們得以將設計的彈性和效能發揮到極致。這種設計方式提供最大的彈性，因為同樣的應用處理器可以搭配各種不同的數據機技術和無線傳輸介面(GSM/GPRS、EDGE、UMTS、CDMA)，OEM廠商還能為這些應用處理器和數據機元件選擇不同的供應商。強大的效能來自於應用處理器擁有專屬資源(記憶體和匯流排)，它們還能採用最新製程技術，不必面對數據機所設下的功耗限制。
另一方面，這種方法卻使設計人員的工作更複雜，因為他們必須把多顆硬體零件整合在一起，同時發展和整合軟體電話設備層，讓應用處理器和數據機能夠有效進行通訊。由於應用處理器和數據機可能來自於不同製造商，因此其它廠商不太可能事先完成它們之間硬體和軟體的整合，更別說是提供這些整合成果。廠商通常會隨著應用處理器一起提供軟體發展平台，雖然它對於硬體和軟體的過程有所助益，但是硬體和軟體零件的設計、整合與除錯仍會讓總發展時間延長數個星期。
利用IC設計的最新進展，TI之類的晶片製造商已能將應用處理器和數據機整合至同1顆元件。這顆整合元件通常包含多個處理核心，凡是應用處理器和數據機元件所能完成的工作，這些處理核心也能做到。
TI的整合式OMAP元件會以不同架構支援不同的市場，例如針對智慧型手機市場，它會利用1顆可能配有專屬硬體加速器的強大ARM處理器來管理應用功能，再由第2顆ARM處理器和DSP負責數據機功能。對於注重成本和多功能的市場，應用和數據機功能則會共用同1個ARM核心，DSP則專門支援數據機功能。
為了實現更高的系統整合，TI把整合式OMAP元件、電源管理元件和射頻元件結合成1套晶片組，並採用最佳化設計。除了晶片組外，系統設計人員還會收到完整的硬體和軟體參考設計，工程師可修改這些參考設計，使其提供更豐富的功能或是滿足特定的設計目標。
這種方法可讓應用軟體和數據機核心共享同樣的記憶體和同樣的電源管理晶片，進而降低系統成本；此外，由於系統只需使用更少的邏輯元件，就能連接至應用軟體和數據機功能，因此系統成本還會進一步降低。把應用處理器和數據機整合至一顆晶片還能簡化系統設計，加快新產品上市時間。就硬體角度而言，它會提供最適合生產製造的線路圖和佈局，進而對手機的電路板設計帶來極大助益。
從軟體角度而言，這種方法不再需要發展及整合做為作業系統和協定堆疊之間介面的電話設備軟體層。由於應用處理器和數據機是固定搭配，半導體製造商可以發展和驗證電話設備軟體，確保核心之間具備高效率的通訊能力。
此外，半導體製造商多半還會讓他們的參考設計通過實際電話必須通過的相同測試程序，例如全型認證、互用性測試和電信廠商測試(Carrier Field Tests)，預先完成這項工作可加快新產品上市。雖然把應用處理器和數據機整合至相同晶片有這些好處，但這種方式也將會限制設計人員的彈性，使應用處理器無法搭配其它不同的數據機。
這個選項是第一種做法(使用獨立的應用處理器和數據機)的變型，但由於它並未包含應用處理器，故無法採用高階作業系統，而必須由數據機本身管理重要的命令、控制和使用者介面功能，再由多媒體加速器協助處理視訊、音訊和影像。
對急於要以低成本進入多功能產品市場的OEM廠商來說，這種做法或許是最適當的解決方案，因為多媒體加速器通常價格較低，記憶體需求也少於應用處理器，所以這兩種元件的結合通常會得到更低的系統成本。此外，相較於高階作業系統的複雜性，軟體發展也更簡單。
另一方面，它的缺點在於少了高階作業系統，OEM廠商所能提供的應用就會受到很大限制，這是因為系統沒有任何管道可接觸發展廠商使用主流高階作業系統時所能享受到的眾多應用軟體。
此外，由於缺少專屬的ARM核心，應用軟體只要未獲得多媒體加速器支援，其效能就會輸給標準應用處理器所能達到的水準，例如遊戲、電子郵件和個人資訊管理等應用都是很好的例子。
很明顯的，要在這三種主要的整合方案之間做出選擇，首先就必須清楚瞭解OEM廠商希望支援的市場。
一般而言，每個市場多半是由電話的目標功能與應用以及目標價格所共同定義。若目標市場是多功能產品，則關鍵要求就在於以極具競爭力的價格提供最合適的多媒體效能，此時數據機與獨立式多媒體加速器的搭配將是最佳解決方案。
但是隨著無線手機由電話逐步演進成為掌上型多媒體家電，包含應用處理器和高階作業系統的設計將更有吸引力。消費者若將無線手機視為一種可攜式娛樂系統，透過手機上網、打電話、玩遊戲、看電視節目、聽音樂和欣賞電影，甚至同時享受其中的多項功能，那麼消費者將要求手機提供唯有透過強大應用處理器才能得到的彈性和效能。
若目標市場是智慧型手機，則關鍵要求在於以中等的價位來支援不同的高階作業系統，同時提供良好的多媒體效能。就此而言，把應用處理器和數據機整合至同一顆晶片或許是最適合此市場的解決方案。若目標市場是多媒體加強型智慧型手機，關鍵要求就在於支援不同的高階作業系統，同時提供卓越的多媒體效能。由於這類市場的使用者對於價格較不在乎，因此使用獨立的應用處理器和數據機將是最好的解決方案。
OEM廠商對於既有系統零件的使用經驗是另一項重要考量，如果目前的數據機平台非常穩定，同時又享有大量的軟體支援，OEM廠商也許寧願採用獨立式應用處理器或是不含應用處理器的加速器，以避免利用整合式元件所內建的數據機來取代現有的數據機平台。
就算如此，設計人員針對最適合特定環境的整合方式做出最後決定時，他們仍必須評估每一種方法的優點。最後，這個決定將會涉及各種取捨，也就是設計人員放棄某些好處來換取其它優勢。
彈性：無疑的，獨立式零件所提供的最大優勢是彈性。OEM廠商對現有數據機極具信心，並且已經進行大量的投資，他們也可以重複地使用該數據機，同時搭配最新的應用處理器，使得他們在過去對數據機的投資效益能夠充份地發揮，而又不會犧牲掉應用效能，這項彈性也意味著設計人員可為應用處理器和數據機選擇不同的供應商。
更重要的是，它允許在相同應用軟體環境下執行的應用處理器來搭配不同的數據機，支援不同的無線傳輸介面，例如GSM/GPRS、EDGE、WCDMA、UMTS和CDMA。透過這種方式，OEM廠商就能發展一套平台支援多個市場和多家業者，並藉由更換數據機晶片來滿足對不同數據機技術的需求，至於應用處理器和軟體環境則保持不變。
效能：這種方法也提供明顯的效能優勢，因為TI等晶片製造商多半會將最新的半導體製程技術用於獨立式應用處理器，等到一年或更久之後，才讓整合式元件採用同樣的製程技術。
這種做法的原因之一是更精密的電路結構會為數據機帶來電源管理挑戰，而這些問題在獨立式應用處理器上比較容易得到解決，工程師可能要用數個月的時間才能解決這些問題，同時讓整合式元件提供可接受的電池壽命。
只要獨立式應用處理器所採用的製程技術領先整合式元件，獨立式應用處理器的效能就會勝過更高階整合度所能達到的效能水準，這種效能優勢極為重要。
此外，獨立的應用處理器還能享受記憶體和匯流排等專屬資源所帶來的好處，它們能提升產品的工作效能，特別是在多媒體和遊戲等需要龐大頻寬的應用中。
應用處理器和數據機可以共用記憶體，因為它們都整合至同一顆晶片，並且採用能夠有效管理記憶體存取和優先權安排的技術。應用處理器和數據機也共用同一顆電源管理晶片，獨立式元件通常則需要專屬的電源管理晶片。利用同樣的token，應用處理器和數據機整合至同一顆晶片後，通常就能減少在系統層級連接不同功能所需的邏輯電路。
相較於從頭開始發展及整合硬體與軟體的做法，整合式元件可以大幅降低成本，因為它們能夠提供完整的硬體和軟體參考設計，可立即用於製造的電路板線路圖和佈局，還有已經完成整合與驗證的電話設備軟體。
所需的零件較少(較少的記憶體、較少的電源管理元件，以及較少的外部邏輯元件)，這會將功耗降低，因為額外零件需要額外的電力；同樣的道理，應用處理器和數據機的緊密整合也能減少功耗。
最後，應用處理器和數據機整合在一起後，單晶片廠商就能更有效的實現系統軟體最佳化。
體積：整合式元件把原本屬於兩顆晶片的功能整合至一顆晶片，故能減少電路板面積，讓設計人員創造出體積更精巧的無線家電產品。
更重要的是，其它零件可以利用省下的電路板面積，進而為掌上型無線家電產品提供更多功能，例如設計人員不需要增加產品的總體積，就能更輕鬆的在系統內建其它類型的無線電功能，像是藍芽、無線網路、全球定位系統和電視訊號接收機等。
產品研發的複雜性：整合式元件通常已提供完整的系統解決方案，因此它能大幅簡化電話的硬體和軟體研發作業。包含電源管理和射頻在內，晶片組的所有元件從發展之初，就是為了要能夠很完美的在一起工作，它們的測試和除錯也是一起進行。
這些晶片組還會提供完整的硬體和軟體參考設計，其中硬體參考設計包含能立即用於生產製造的電路板線路圖和佈局圖，軟體參考設計則提供一套完整的高階作業系統基埠(base port)，它們會透過電話設備軟體與協定堆疊整合，並且一起接受驗證。
在許多情況下，這個參考設計在獲得商業使用許可前，也需要先通過實際電話所須通過的同樣測試，它們包括全型認證(FTA)、互用性測試、電信廠商現場測試 (Carrier Field Tests)、強固性測試以及法規相容性測試(Conformance Tests)，它們使得硬體和軟體的問題能夠儘早發現和更正，否則OEM廠商就要自己找出這些問題和修復他們。
由於整合式元件通常會搭配電源管理元件及射頻元件，然後組成一套晶片組，同時提供預先完成測試和認證的硬體及軟體參考設計，所以整個系統的發展時間將大幅減少，這會幫助OEM廠商更快在市場上推出新功能或是新一代的無線家電產品。
數據機連接至另一顆多媒體加速器
如前所述，採用這種方法的系統成本可能遠低於增加應用處理器的成本。就晶片層級而言，多媒體加速器的成本通常都低於應用處理器，因為它的設計就是為了執行應用處理器的部份功能。在系統層級上，多媒體加速器的成本也比較低，因為它只需要更少的記憶體。
這種方法把數據機從多媒體環境中獨立出來，故能更輕鬆地利用最先進的多媒體技術。只要出現更強大的多媒體技術，它都能立即導入多媒體加速器，並且配合現有的數據機一起工作。
相較於應用處理器，這種方法可將強大的多媒體效能更快帶到市場上，因為無論應用處理器是獨立元件或是與數據機整合至相同晶片，多媒體功能都必須整合至應用處理器，這表示要增加新的多媒體功能時，整顆應用處理器都必須重新設計。
就好比說像是使用獨立的應用處理器及數據機一樣，這種方法也會提供很大的彈性，使得任何一部數據機都能搭配所指定的多媒體加速器，進而滿足多個市場和多家業者對於不同數據機技術的要求，並且使之維持相同的多媒體環境而不必改變。另一方面，就它所能支援的軟體環境和應用而言，這種方法顯然只能提供較小的彈性。
很多方法可在無線手機內部實現功能整合，它們都能為設計人員和OEM廠商提供許多重要優點，但這些方法也各有其缺點，設計人員唯有仔細權衡它們之間的優劣進行取捨，才能針對特定的設計和市場需求，得到最好的無線家電解決方案。
消費者需求不斷改變，使用者又要求在體積精巧的手機中提供更多功能，且不能影響他們早已習慣的通話和待機時間，因此這些方法的相對優點和缺點也可能出現變化，例如我們幾乎可確定手機設計若以數據機和多媒體加速器為中心，而不是使用應用處理器，就無法達成掌上型多媒體娛樂中心的更高期望。
設計人員在規劃產品藍圖時只要將這些變化牢記在心，就能順利完成他們的工作，但就目前而言，設計人員的主要挑戰是分析各種可用方案的優點，並根據其結果來解決獨立式無線處理器與整合式無線處理器之間的選擇問題，這並沒有正確的答案。