3G手機技術發(fā)展與設計架構(1)

　　當2G繁華日漸消退、3G曙光顯現(xiàn)之際，3G通訊競爭則是充滿變數(shù)；展望未來，3G技術誰將主宰沉??？攤開各大市調(diào)研究機構對于行動通訊報告，從中不難發(fā)現(xiàn)對3G手機發(fā)展大都抱持樂觀想法。例如，行動電話半導體市場在2009年時規(guī)模將上看400億美元，3G手機用晶片數(shù)量也遠高于目前2G手機…等趨勢。

　　雖然還沒有一個單位或?qū)＜夷芫_地預測出3G行動電話大展鴻圖時刻，但…眾多通訊業(yè)者早已虎視眈眈，專心研發(fā)自家產(chǎn)品，期望能在下一個手機新通訊時代中佔有一席之地。

　　■3G手機晶片廠商摩拳擦掌　有備而來

　　隨著UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）手機（涵蓋日本以亞洲所稱的「W-CDMA」以及歐規(guī)TD-CDMA的「UMTS TDD」），已在2005年逐漸發(fā)展出其概略雛形，并在2006年其趨勢已大勢底定。因此，可以見到各級3G晶片大廠開始針對3G市場做了各式佈局，以便在市場成熟之際來個躬逢其盛。比方說，在3G晶片最受矚目的德州儀器（TI）及高通（Qualcomm）龍頭寶座競爭值得期待之外，另有易利信手機技術平臺事業(yè)部（EMP）、飛思卡爾（Freescale）、英飛凌（Infineon）及Agere等業(yè)者也都來頭不小，大舉進駐3G晶片市場。甚至在全球個人電腦銷售逐漸趨緩下，IT巨人英特爾（Intel）也挾著雄厚研發(fā)實力及人脈，試圖進攻3G手機用處理器市場。

　　■收購重組、策略投資　全面攻略3G巨大商機

　　事實上，以英飛凌、飛思卡爾…等廠商在3G晶片市場積極與耀眼表現(xiàn)，除了能夠揮別過去2G／2.5G通訊時代獨大廠商壟斷陰影，更能為自家廠商發(fā)展出另一番格局。不過…要能進入3G晶片市場不是一件簡單的事情，這些廠商要能快速發(fā)展出既成熟又創(chuàng)新解決方案之際，還得要面對德州儀器及高通兩大主力在市場上的挑戰(zhàn)。

　　3G手機現(xiàn)在已經(jīng)可以被歸類為一項應用平臺，無論是客戶還是電信運營商都可以做多種配置的選擇，例如：影像傳輸、MP3播放、通話等功能都能藉由這個平臺來加以實現(xiàn)。在如此激烈地競爭之下，當國際級廠商發(fā)展到某種程度時，難免總會出現(xiàn)創(chuàng)新匱乏；因此，便有了合併／收購趨勢，再向下細分領域具有創(chuàng)新技術的小中型廠商，將可擴大廠商的創(chuàng)新研發(fā)能力的最佳途徑，也是3G廠商藉以增加知識產(chǎn)權優(yōu)勢一種方式。至于這些被合併／收購的中小型廠商來說，當在市場上發(fā)展到一定規(guī)模后，欲再進一步提升，將可能面臨到技術門檻、資金缺口及市場行銷等多方面限制，若能以合併／收購方式，或許能尋覓到一個可靠的大公司，這也不失為是一項明智抉擇。

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，收購途徑或許是廠商發(fā)展的一項自然法則；不過話說回來，單以收購方式來加快進入市場速度，相對而言其成本也相當可觀。因此，除了收購方式之外，另外再建構合資企業(yè)，除了可以共同研擬市場投資戰(zhàn)略，還能建立戰(zhàn)略聯(lián)盟，也是一項具時效性的方法。當3G手機跨足商機巨大通訊市場之際，晶片廠商自然而然地透過收購重組、策略投資及戰(zhàn)略合作…等動作，藉此擘劃出3G市場的另一項技術法則，將使通訊半導體領域競爭日趨白熱化。

　　■從應用面角度來看3G行動通訊技術發(fā)展

　　至今，3G行動電話晶片廠商所開發(fā)的解決方案，大致上以兩個方向為主。其一，因應成本考量，則是以基本功能、低成本發(fā)展，怎樣設計方式能夠降低成本就以該設計方式為主體，不再另行設計過于復雜功能，以中、低階應用需求消費族群為主。其二，在可接受成本范圍之內(nèi)，不斷地增加更多應用項目，資料傳輸速度更快，終端服務更趨完備，主要面對的是中、高階應用消費族群。一般來說，3G行動通訊將會以上述兩種方式持續(xù)進展，我并不覺得一定誰會取代誰。這就像電腦產(chǎn)業(yè)中的Celeron低成本解決方案及Pentium高性能晶片相類似，分別佔有其廣泛應用市場。

　　▲針對價格敏感3G市場解決方案，未來不會只是提供語音業(yè)務為主要市場，即使保留基本功能也超越2G所能達到的性能，使終端消費者盡享3G通訊功能。（劉家任攝影）

　　從應用面的角度來思考，3G通訊應用主要服務是集中在數(shù)據(jù)傳輸方面，提供符合使用者能夠接受的高速網(wǎng)路服務；不過，還是有其差異性。比方說應用在互動式影像電話、數(shù)位廣播電視等多媒體整合，就可以被歸類到高階應用，是新一代行動通訊技術；若只是要求能夠擁有較佳通話等基本功能要求，則屬于低階應用，主要和2G／2.5G行動通訊相互競爭。雖然3G手機所耗費成本高，不過3G頻譜利用率較高，因此通話費用將比2G來得低上許多。不過，倘若3G技術只是用在低階行動通訊，這便顯得有點大材小用，無法體現(xiàn)出3G通訊的價值所在；雖然3G手機晶片所使用晶圓面積比2G晶片大，不過由于半導體工藝持續(xù)精進，加上晶片產(chǎn)生良率提升之后，手機制造成本就會下降到與目前所使用的2G／2.5G手機價格相去不遠。

　　另外，若3G手機只用于高階市場中，如此一來3G技術應用將有所侷限。因此，必須為各類型等級的應用市場提供種類齊全手機（超低成本ULC手機除外），其隱性的好處在于3G晶片制造業(yè)者所面對難題，便是如何針對不同功能及價格設計出等級差異的晶片組，晶片所能提供的功能將影響晶片尺寸，而晶片尺寸又與價格息息相關。

　　全球3G市場以那個應用層級作為市場主力，首先要先行了解市場容量及使用者對3G行動通訊的接受程度。目前，3G手機還是比2G手機貴上許多，價格高低將直接左右市場普及程度，當價格能夠在量產(chǎn)中達到可以接受的程度，3G大眾市場就會出現(xiàn)，預計會在2008年或者2009年之后，3G手機普及率將佔到全球手機銷量的50％，2G及3G手機兩者價格差異將會有所拉近，3G將成為運營商認可的技術。因此，在短期內(nèi)還不會出現(xiàn)低成本需求，一旦這需求逐漸擴大，也就表示3G晶片集成度及對系統(tǒng)要求也必須有所提升。

　　■單晶片技術　手機晶片不變的發(fā)展模式

　　可以肯定的是3G行動通訊時代到來將唿應「多媒體行動電話應用」時機，舉凡多媒體、游戲、影像傳輸、數(shù)位電視…等應用，都將成為3G手機標準配備，屆時具備完善配套措施3G手機晶片設計端，則必須朝向強大多媒體整合功能。因此，目前主流晶片廠商分別在一定程度上加強了產(chǎn)品的多媒體功能，陸續(xù)有相關集成化產(chǎn)品推出。

　　▲為減少3G結(jié)合2.5G射頻端技術成本，相較于成熟的2.5G射頻元件可將改採用CMOS制程；而另一方面的3G射頻元件則考量效能問題，則維持GaAs與CMOS制程方式并存。（資料來源：工研院IEK-ITIS計畫）

　　另一方面，在單晶片技術持續(xù)成熟，加上晶片組也在廠商策略運作之下，手機晶片便走向單晶片方向來發(fā)展，就如同德州儀器所發(fā)展的GSM／GPRS單晶片行動電話設計方式，便能嗅出行動電話的單晶片技術已導入商業(yè)化應用，甚至在未來極有可能成為下一代行動電話晶片技術中的一股趨勢。綜觀廠商所發(fā)展的單晶片技術，不但同時整合基頻處理器、DSP、射頻、電源管理、記憶體等元件，更藉由CMOS制程工藝應用，達到體積尺寸、低耗電量與成本控制等優(yōu)點。除此之外，廠商也將此定位在新興市場中的超低價手機技術，如：中國、印度等地區(qū)，在目前階段看來，已逐漸獲得手機相關系統(tǒng)市場廠商注意。將可預料行動電話單晶片技術，在未來3G行動通訊市場中有其影響力，并對其它想要或已經(jīng)投入3G晶片設計廠商造成不小壓力。

　　▲3G Wireless Function的單晶片解決方案。（資料來源：工研院IEK-ITIS計畫）

　　以過去2G／2.5G晶片發(fā)展技術作為經(jīng)驗來觀察，在中、低階市場架構中，其晶片組設計以基頻及射頻方向作為整合，并以媒體處理器來分野出產(chǎn)品差異化特質(zhì)。另外，在架構屬性較為復雜，主要是以效能為高階應用市場，則是往容易整合的數(shù)位邏輯電路來設計，以單晶片技術將基頻處理器及應用處理器整合為一個單晶片，採用這項設計方式主要是為了提升晶片附加價值，方便以進行差異化設計，如：多功能、高效能、低耗電性或減少尺寸…等。

　　至于3G晶片組設計演進模式，目前重點是以成本作為導向中、低階應用市場，仍將藉由基頻處理器、射頻與相關基本電路的整合來創(chuàng)造成本優(yōu)勢，雖然目前發(fā)展尚有技術門檻，但基于技術持續(xù)發(fā)展，加上工藝制程對于晶片功能與集成度的影響、演算法及電路設計技術都是發(fā)展過程相當重要的部份。而在著重在效能應用的高階市場中，則藉由相關高階處理器（基頻與應用處理器）整合，進一步提昇晶片整體效能與并降低晶片耗電量（其發(fā)展及設計方式如下圖所示）。

　　▲行動電話核心晶片發(fā)展技術藍圖，基頻處理器（Baseband Processor；BBP）、應用處理器（Application Processor；A-CPU）。（資料來源：工研院IEK-ITIS計畫）

　　■新一代手機通訊晶片競爭　誰將成為3G市場贏家？

　　未來3G行動通訊將會怎么發(fā)展？值得大家期待，不過相信3G手機終端產(chǎn)品發(fā)展后端，個性化設計需求將無可避免。換句話說，就是在手機功能特性、效能反應、外觀設計…等各方面都會被使用者要求具備個性化。有鑑于此，半導體廠商必須要能設計出靈活的解決平臺，而且在滿足個性化需求的同時，還能使終端廠商獲得規(guī)模效益。因而，晶片及終端設備廠商如何透過靈活技術，以軟、硬體實現(xiàn)更多3G手機晶片應用開發(fā)設計，將個性化設計需求與大量生產(chǎn)良率兩者合而為一，將是3G晶片廠首要面對的一項挑戰(zhàn)。

　　再者，3G晶片產(chǎn)業(yè)誰最具有市場利基？許多產(chǎn)業(yè)專家不約而同地指出，在手機晶片多元化發(fā)展競爭下，將有利于打破過去壟斷局面，而手機廠商也樂見這個態(tài)勢。再看到飛思卡爾、英飛凌等廠商積極動作，欲在3G正式興起的重要時機，能在晶片市場中添增本身的競爭籌碼。嚴格來說，3G晶片市場不同于2G／2.5G時代，這是因為到目前為止還沒有一家能夠呈現(xiàn)絕對獨大的情況；因此形成市場機會皆為均等，并拉到同一條起跑點上。而再經(jīng)過3G手機市場重新洗牌之后，各級廠商持續(xù)投入3G手機市場耕耘力度，可以預期未來不論是3G手機，還是3G晶片市場中的拼搏，將更為激烈。(52RD.com)