可定制的功能會聚便攜設備

　　在TI大屏幕電視市場的同事很是值得羨慕，不管他們開發(fā)什么新式顯示技術，無論是 DLP，等離子，還是 LED、LCD，這些顯示技術，設備總是變得越來越大，而且離 AC 電源插座的距離也不會超過 6 英尺。對于便攜市場領域而言，我們也努力實現更好的顯示功能，不過需要解決兩大難題。首先，封裝空間非常有限，而且似乎越來越小。其次，必須保證設備能以越來越小的電池為其供電。這些已經是昨天的事情了。今天，我們的客戶有了新的要求，希望獲得多功能便攜式設備，將傳統(tǒng)上彼此不同但又相互聯系的技術放入一部便攜式設備之中。
 
　　蜂窩式電話是最明顯的例子，其已經包括了個人數字助理 (PDA) 功能，帶有全球定位系統(tǒng) (GPS) 功能，還能拍照攝像。很快，我們就能大幅提高拍照質量，甚至還能大幅提升視頻攝像的質量。隨著新模型集成 WLAN 及因特網協議語音 (VoIP)，功能融合將提升到新的高度。數碼相機 (DSC) 也積極參與功能融合競賽，除將大幅提高拍照攝像的質量以外，還將添加內置的編輯與 WLAN 功能。這一切都需要在小小的封裝中實現，所以要做的工作還有很多。
 
單芯片集成的目標
 
　　以前，普通 DSC會很快耗掉一組電池的電量。分立式 SoC 集成改變了這種狀況。我們將某些特性處理功能集成到分立式芯片組中，從而大幅提高了性能，并降低了功耗。
 
　　不妨以數碼攝像機為例來說明。數碼攝像機必須對音頻及視頻進行編碼和解碼，還要對數據進行壓縮及解壓縮。2000 年，典型的數碼攝像機需要有 8 個不同的芯片來完成以下功能：CPU、MPEG-2 編碼、音頻編碼、視頻編碼以及電視調諧器。到 2004 年末，SoC 集成使得芯片數量減少到四個，同時還能添加更新、效率更高的 MPEG-4 及 H.264 壓縮方案。將 CPU 集成到芯片組中，可以降低總線流量，減小了占用空間。從 2000 年到 2004 年，市場對新產品非常歡迎，數碼攝像機銷售迅速增長。
 
　　數碼攝像機的例子讓我們對芯片集成在一種技術內可實現的作用有所了解。另一方面，在一個設備上集成多種技術也提出了特殊的挑戰(zhàn)。
 
　　例如，為將 RF 信號轉換為數字信號，晶體管性能 (Ft )——也就是晶體管增益等于 1 的頻率——必須約為模擬頻率范圍的十倍，這就意味著要讓晶體管性能至少為 24 GHz。直到不久前，還很難以數字工藝實現這么高的性能。但是，IC 工藝的發(fā)展已經改變了這種情況。90-nM技術已經能夠以較低廉的價格實現 100 GHz 水平的晶體管性能。
 
　　預計分立式 SoC 的使用將隨著單個便攜式設備上匯集的技術不斷增多而不斷上升。分立式 SoC 使 SoC 技術的概念應用于系統(tǒng)設計中的多種芯片。在允許進一步集成的情況下，實現單芯片就變得相對簡單，同時也將空出更多的電源來滿足更新的顯示功能。
 
多小才算?。?
 
　　彩屏正成為所有便攜式設備的實際標準，除此之外便攜式設備的其他顯示器的發(fā)展還很不確定。分辨率、基板材料以及哪種顯示類型（發(fā)射、反射或背光）將主宰市場都還沒有確定。我們首先需要回答的一個更重要的基礎問題是：對擁有最先進圖像功能的便攜式互動設備而言，要多小才是太小了？
 
　　在比較極端的情況下，有些蜂窩式電話已經不能再稱作“手持”了，或許將它們稱為“指尖”電話更貼切。語音命令部分補償了微型鍵盤的不利；如果語音功能不可行，那么用戶可用手寫筆，要不就用指甲撥號。不幸的是，這種小型設備上的屏幕內容基本是難以識別的。這種屏幕對顯示文字及數字還可以，但對高質量彩色圖像則根本難以勝任。這種小型設備并不方便用戶使用，當然投影機及微顯示器則另當別論。
 
　　就 PDA 屏幕而言，我們又面臨完全相反的難題。屏幕大小非常適合高質量圖像，但卻侵占了整個鍵盤的空間。最早使用 PDA 的用戶可能會接受用手寫筆作為唯一的輸入工具，但這對大眾消費者而言是否合適呢？當然，用戶可添加可折疊式輔助鍵盤，但這就超過了“口袋大小的便攜性”的定義范疇。
 
　　手和服裝口袋的平均大小不會改變，因此我們必須在全屏 PDA 與過小的指尖電話兩個極端之間找到最佳的符合大眾市場的高質量圖像顯示器。
 
新一代技術
 

　　對設備大小的討論完全建立在這樣一種理念基礎之上，即我們將繼續(xù)推出完整的多功能便攜式設備，可以裝在口袋里，或用別針掛在衣服上。不過，隨著集成 WLAN 功能的到來，我們應當考慮將顯示器與設備本身相分離。下一代技術很可能會包括某種類型的近眼 (NTE) 高清晰度微型顯示器，運行時與可佩戴的數字處理器無線連接。
 
　　當前的微顯示器技術包括液晶硅 (LCoS) 與有機發(fā)光二極管 (OLEDoS)。LcoS 顯示器實現了低成本，但由于未采用放射技術，因此需要額外的照明，這在一定程度上影響了價格優(yōu)勢，并增加了整體功耗。OLEDoS 是一種電熒光技術，可自身發(fā)光，在各個前視角都能保持較高的亮度級。
 
　　所有近眼（NTE） 微型顯示器都要求某種類型的頭戴式顯示器 (HMD)，如眼鏡、護目鏡或頭帶等（手持顯示器置于眼前的除外）。乍一看頭戴式顯示器可能很難吸引大眾市場，但比起根本看不清的指尖大小的顯示器來說還不至于處于劣勢。
 
　　顯示器問題的最終解決方案是顯而易見的，只有當我們去除了設備所有的 I/O 功能，使人類大腦直接實現 I/O，才能得到解決。這其實并不像我們想的那么離譜。例如人工耳蝸就可以發(fā)揮很好的作用。通過人工耳蝸助聽器，我們可采用電磁方式通過皮膚向植入設備傳輸數據，設備再將數據轉換為電子信號，連接至神經末梢。類似的視覺設備領域也進行著相同的發(fā)展。SoC 技術將成為解決方案的一部分，不過現在為時尚早，這種設備目前尚未問世。
 
消費者的愛好轉折點
 
　　我們不清楚是技術的發(fā)展推動我們向功能會聚的方向前進，還是因為我們響應市場需要與期望使然。不過可以肯定的是，大眾市場需要更好的照相機、更好的視頻、VoIP 以及 WLAN，而且新式設備也不再局限于口袋之中。因此我們應當推出多功能會聚式設備，這才是明智之舉。
 
　　但功能會聚可能會帶來信號沖突。擁有家庭影院系統(tǒng)的消費者可能有十幾部遙控器，咖啡桌上都放不下。幕后的復雜連線可能足有五英里長，還要占用所有電源插座（包括額外的插座）。如果設備啟動，甚至還會使照明變暗。
 
　　集成設備將消除所有連線問題，并簡化編程。不過到底有多少消費者會認真考慮購買全能設備呢？這樣的設備具備 TV／PC／WLAN／線纜調制解調器／網絡攝像／DVD／CD／VCR 功能，再加上環(huán)繞音響，只用一部遙控器。這樣的消費者不會太多。為什么？因為消費者希望有所選擇，就這種設備而言，選擇太有限了。
 
　　不過，消費者希望整合電話／PDA／相機功能，即使冒著一旦損壞，整個設備功能都失靈的風險，消費者也會認為值得。事實上，許多無線用戶在更新采用新式電話時并不曾遇到過電話故障。集成設備發(fā)展的挑戰(zhàn)在于找到消費者愛好的轉折點。與設備大小的問題一樣，我們必須了解多大程度的功能集成合適，多大程度不合適。
 
定制便攜式設備
 
　　在短短幾十年間，已經從數千用戶共享一臺主機發(fā)展到了一人一臺電腦的格局。人們也在很大程度上依賴于電腦來從事個人事務。如果想用別人的電腦，那么別人總會要求：“不要更改我的設置?！比绻胗脛e人的 PDA，別人很可能會馬上拒絕。我們已經進入這樣一個時代，消費類電子作為個人生活的擴展。不管是特殊的屏保，還是獨特的彩鈴，抑或是特殊的啟動及關機旋律，用戶的“設置”正變?yōu)橐环N個性聲明。
 
　　消費類電子的新變化對芯片組設計人員具有重大意義。舉例來說，未來的市場研究會顯示，就便攜式功能會聚電子設備而言，消費者希望結合電話／相機／PDA的功能。不過，如果有哪家公司能首先在單個設備中提供可定制的技術組合，那么這家公司定能引領市場發(fā)展。能否提供可定制選項將決定公司的盈利。而這正是 SoC 技術提供巨大潛力的領域。
 
　　SoC 功能不斷擴展，成本不斷降低，為設備制造商帶來獨特的機遇，使其推出的產品能夠在一塊芯片上具備十多種會聚技術。銷售時可選擇產品采用哪種技術，這取決于消費者的愛好與預算。到目前為止，我們的討論強調了蜂窩式電話及數碼相機，但大規(guī)模 SoC 開發(fā)將在單個設備中集成消費類技術、醫(yī)療技術以及工業(yè)技術，將實現無限可能。
 
　　今后幾年將對便攜式設備產業(yè)至關重要。顯示技術將繼續(xù)洗牌，綜合功能不斷發(fā)展，產品的需求將迅速增長。
 
　　Gene A. Frantz先生是 TI 首席科學家兼 TI 負責數字信號處理的業(yè)務開發(fā)經理