手机元器件可以分为电子、显示和结构件三大部分。电子部分是指电路板以及电路板上的电子元件,显示部分是指显示屏和照亮键盘的LED灯,结构件则包括外壳和按键。电子元件又分为主动型元件和被动型元件两大类,所谓主动型就是指该元件通电前后特性会发生变化,被动型是指元件通电前后特性不会发生变化。主动型元件包括所有的半导体元件,如内存、基频、射频、和弦、应用处理器和摄像头,被动型元件包括电阻、电容、电感、连接器和线路板。
3G时代,手机元器件不会发生本质变化。业界对3G的定义是下行传输速率在384kbps以上,而通常2G的传输速率是128kbps。按照这个标准,CDMA 2000 1x、1x EV-DO、1x EV-DV和WCDMA制式的手机通常被业界定义为3G手机。3G与2G的最大差别仅仅是传输速率的提升,不过传输速率的提升使手机增值服务大大拓展了,2G时代因为传输速率低,很多应用都无法展开,例如手机电视、手机游戏、手机银行、手机视频点播等。在3G时代随着传输速率的提升就可以展开这些应用。不过大部分手机元器件都与传输速率没有联系,变化最大的是手机的半导体元件。
基频处理器性能需求提高
手机电视、手机游戏、手机银行、手机视频点播等应用都需要处理大量的多媒体数据,在2G时代,基频处理器足以应付一般的多媒体应用,3G时代就不行了。解决的方法有两种:一是加强基频处理器的多媒体数据处理能力;二是使用应用处理器。
从图1上可以看出多媒体和游戏将会耗费很多的MIPS,性能强大的多媒体应用可能会消耗200MIPS,游戏也有可能消耗200MIPS。手机基频DSP分配给多媒体应用的MIPS大约在150-600MIPS之间,而基频DSP处理WCDMA协议下的通信信号需要大约150-200MIPS的性能。
按照WCDMA最低下限384kbps,我们可以计算出基频处理器大约需要100MIPS的性能,再加上最低250MIPS左右的多媒体应用,WCDMA基频最低性能应该达到350MIPS。最常用的DSP内核TMS320C54X显然已经不能胜任。目前最高性能的DSP内核 TMS320C55X则勉强可以,为了留出一定的性能冗余,最好另外搭配应用处理器。
在德州仪器或者其他公司没有开发出更强的DSP之前,高速率的WCDMA手机应该采用DSP+ARM+应用处理器的形式。这个应用处理器可以是一块独立的芯片,也可以是一个多媒体加速器引擎。
3G的另一个转变是大部分中高端手机都要采用操作系统,操作系统需要ARM为内核的微处理器支持。也就是说未来3G手机的基频可能有2个DSP和2个ARM内核。一个DSP针对通讯,另一个DSP针对应用。一个ARM针对通讯协议和人机界面,另一个ARM针对操作系统。
德州仪器于2005年底推出了唯一一款面向多用户的WCDMA基频处理器——OMAPV2030。其中ARM1136负责运行操作系统,ARM9负责通讯协议栈2层、3层软件的运行,TMS320C55X负责通讯协议栈物理层,IVA2负责多媒体加速。
内存将是SDRAM天下
基频的变化带动了内存的变化,内存可以看做是辅助基频处理器进行运算的器件。手机里有三个需要使用嵌入式内存的领域,第一个是MCU和DSP执行运算时的数据暂存内存,通常是RAM;第二个是存储手机软件系统代码的内存,通常是NOR闪存;第三个是存储手机延伸数据的内存,通常是NAND闪存。RAM属于易失性存储,NOR和NAND则是非易失性存储器件。
手机用RAM内存目前以PSRAM为主,容量大约为32MB-64MB。PSRAM分为三大流派,第一派是Hynix、台湾华邦、NanoAmp Solutions、瑞萨、美光、英飞凌和Cypress,他们力推Cellular RAM;第二派是东芝、富士通和NEC,他们力推COSMO RAM;第三派是三星力推Ut RAM。不过以PSRAM的结构和特性,在保持108平方毫米的PCB板面积时,PSRAM的容量很难超过256MB,超过256MB的RAM需求必须由SDRAM来满足。因此虽然分为三派,但是竞争并不激烈,未来3G手机RAM的需求量肯定要超过256MB,已经有不少智能手机使用了512MB的RAM。可以预见,未来肯定是SDRAM的天下,PSRAM迟早要隐退。
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