移动与运算融合高通新处理器强打整合牌

高通正积极打造终极SoC，满足行动与运算装置融合新趋势。行动与运算装置的界线愈来愈模糊，使得晶片商除须致力提升处理器效能外，亦得兼顾低功耗表现。为此，高通已计划在2013年发布新一代处理器微架构，以提高SoC整合度。
乘着2012年营收创新高的气势，高通(Qualcomm)特别举办2012年Editors' Week活动，广邀全球记者参访位于美国圣地牙哥的高通大本营;并针对应用处理器、无线通讯晶片、物联网(IoT)技术，以及行动作业系统、扩增实境(AR)等软体发展动态举行多场演讲，揭示该公司未来在行动市场的重要战略。
一踏进高通总部，映入眼帘就是整片贴满专利的大墙，涵盖3G、长程演进计划(LTE)、无线区域网路(Wi-Fi)、数位讯号处理器(DSP)、射频( RF)与系统单晶片(SoC)设计架构等各个层面，展现其坚强技术实力。的确，高通在行动晶片领域的地位不容忽视，拜行动装置快速普及之赐，该公司营收表现也屡传捷报;甚至在2012年11月站上全球半导体厂市值第一宝座，拉下盘据王位已久的英特尔(Intel)，正式揭开以行动装置为核心的“后PC时代”序幕。
其实，后PC时代并非意味个人电脑的终结，较适当的说法是开启行动与运算装置融合设计的新风气。因此，可发现华硕、联想、戴尔(Dell)与索尼(Sony)等PC品牌大厂，纷纷开??发兼容PC与平板使用体验的变形装置，迎合消费市场转变。
不可讳言，智慧型手机的普及正是助长行动与运算装置合一风气的重要因素。随着消费者将一部分网路浏览、影像编辑等工作由PC转移至智慧型手机上，导致晶片商、品牌厂须在低功耗前提下，持续推升手机运算效能。瞄准此一需求，高通也在2012年Editors' Week活动中宣告，将改写高整合处理器的定义，具备顶尖效能、超低耗电的SoC将于2013年亮相。
推升SoC整合度高通改造晶片微架构
面对行动装置日益严格的效能与功耗要求，高通近期已展开处理器微架构革新，并计划在既有中央处理器(CPU)与绘图处理器(GPU)之外，再整合3G/4G数据机(Modem)、Wi-Fi、DSP、RF及全球卫星定位系统(GPS)晶片(图1)，甚至是触控与感测器晶片等，期打造兼顾效能与功耗，且整合度更高的SoC。
高通总裁暨营运长Steve Mollenkopf(图2)表示，Windows 8/RT正式亮相后，行动装置与PC之间的界线正逐渐模糊，未来产品设计势将朝兼容两者优点的方向前进，因而为行动晶片商带来极大挑战。除须快速推进IC制程外，还须提升内部CPU、GPU、无线通讯及定位晶片的整合度，方能让SoC在维持低功耗、小尺寸的前提下，持续拉高整体运算效能。
也因此，高通正聚焦20奈米(nm)以下先进制程晶片研发，同时也展开新一代处理器微架构改造计划，达成最佳化效能与功耗平衡。高通资深副总裁暨行销长Anand Chandrasekher补充，再过几个月，高通将升级现有的Krait架构，打造新一代适合整合更多元异质晶片的处理器设计框架，从而催生高整合、高效能又低功耗的SoC方案，助力行动与电脑装置汇流设计成形。
同时，行动装置品牌厂致力提升萤幕解析度达1,080p，并积极布局扩增实境应用，亦推升GPU、DSP功能升级需求。Chandrasekher指出，多数业者认为只要扩增GPU及DSP核心就能有效提升效能，但却忽略整个系统运作的流畅度与功耗加剧的情形;相较之下，直接在SoC内整并GPU、DSP与CPU协同运作，便不须一味追求多核设计，即可改善影像、数位讯号处理延迟问题(图3)。
除针对SoC效能与功耗拟定新的研发战略外，高通更计划于2013年率先在行动应用处理器中整并LTE-Advanced与802.11ac功能，提升无线通讯晶片规格，并持续发挥高整合SoC设计威力，解决行动数据量暴涨问题。
优化行动数据分流SoC整并LTE-A/11ac
随着行动装置快速普及，网路卸载(Offload)与分流机制已成通讯晶片、设备与电信商的布局重点;为此，高通计划于2013年量产支援载波聚合(Carrier Aggregation)的LTE- Advanced多频多模晶片，并将结合802.11ac模组催生更强处理器平台，一举扩充联网装置的无线通讯频宽与资讯分流功能。
高通行动运算(QMC)资深行销总监Peter Carson表示，LTE、802.11ac晶片与设备陆续到位，电信商也全速推动商转服务。然而，即便新标准传输速率翻倍，但受限于频宽与覆盖率不足，仍无法有效纾解资讯塞车问题;因此，业界遂转向发展网路分流方案，促进Wi-Fi、3G/4G甚至LTE-Advanced等无线通讯技术协同运作，确保能随时随地提供用户优异的行动联网体验。
然而，行动装置内建无线通讯功能包罗万象，所有可用频段加总起来已超过二十个;还要在3G/4G频宽吃紧时，安全换手(Handover)至Wi-Fi分流，势将为晶片软硬体设计带来艰巨挑战。
对此，高通已部署LTE数据机加Wi-Fi的高整合SoC方案，从而在有限空间内发挥最大联网效能，并维持较低功耗，减轻散热问题。Carson指出，该公司旗下28奈米多核心行动应用处理器平台已成功结合3G/LTE多频多模晶片，以及802.11ac、蓝牙(Bluetooth)加调频(FM)的Wi-Fi模组，并获三百款装置导入。
2013年，高通则将领先业界发布首款LTE-Advanced产品，大幅提高传输速率，并运用该标准新增的载波聚合功能，扩增频宽与频谱使用效益;同时，也将延续与802.11ac晶片整合的SoC研发方针，更进一步强化网路资讯分流机制，并缩减LTE-Advanced传输功耗。
据悉，LTE-Advanced载波聚合可在不同频段中结合多重无线电频道，系提升传输速率的关键推手，可显著减少资讯延迟。此外，该功能亦可助力电信商整并较松散的低频频谱达到20MHz频宽，从而利用低频讯号穿透力较佳的优势，扩大讯号覆盖率。
除硬体迈向高速、高整合设计外，要实现LTE-Advanced与W??i-Fi分流架构，还须加强软体安全性。Carson透露，现阶段业界已开始研拟IP网路、无线电网路协同作业的新标准，期明确定义相关的软体层规格特性，确保网路换手时不会产生资讯流失或外泄疑虑，进而加快无线通讯分流机制推展脚步。
技术屏障高SoC整合设计挑战艰巨
高整合SoC设计虽有其优势，但此种方案对高通以外的晶片业者而言，不仅须投入大量研发人力、资金，还要扩充矽智财(IP)阵容与先进制程研发能力，才能顺利实现。
Chandrasekher指出，高通近2年来均挹注20%以上营收，专攻晶片研发，且拥有强大的IP阵容，遂能顺利发展高整合度SoC，提供业界高性能、低耗电产品。同时也透过加入异质系统架构(HSA)基金会，与业界合作伙伴共同催生最佳化异质晶片软硬体设计架构。[!--empirenews.page--]
SoC设计固然重要，亦是高通一贯的产品布局重点，但要持续降低晶片制造成本与功耗，仍须借微缩制程或引进大尺寸晶圆技术，提高电晶体密度，才能跨越SoC设计极限。
Chandrasekher进一步强调，半导体制程进化与SoC架构改良将相辅相成，缺一不可。现阶段，高通已投注大量资金与各大晶圆厂合作布局20奈米以下晶片，对延续摩尔定律的发展极具信心。