手机芯片发展现况及发展趋势展望

      全球3G市场快速发展，为用户提供崭新的数据及多媒体服务的同时，也为手机芯片开发商带来巨大的机遇和挑战。纵观目前全球3G市场，WCDMA套片的价格正在迅速下降，3G运营商也不再是一味追求高端用户市场，所以3G芯片解决方案提供商在进行产品规划时必须考虑低成本解决方案，提供的解决方案应该以“在功能满足业务需求的前提下，成本不断最低化”为原则来开发产品。因此，3G及B3G芯片将是以“寻求一种以尽量低的成本达到高性能、高集成度的解决方案”为趋势，这也对各个3G芯片厂商提出了较高的要求。当然，这种低成本、高集成度的方案将具有很强的自适应能力，以低端的价格，满足3G应用的多元化发展。

      作为推动3G产业发展的生力军，高通、德州仪器（TI）、飞利浦、英飞凌、杰尔等在技术积累、产品推新及下一代演进中展开角逐并不断创新，成为3G市场的重要推动力量；而国内以展讯、凯明、重邮信科、T3G为代表的国产芯片厂商也不甘落后，欲凭借TD-SCDMA的优势来增加影响力。
 
手机芯片厂商以及主要产品概述

国外主要手机芯片厂商和产品

·高通（QUALCOMM）

      作为CDMA鼻祖的高通，除了CDMA技术标准之外，最基础的领域就是芯片制造。一方面，高通要推动全球的CDMA发展，只有在手机芯片上有所突破，才能让制造商生产出合格的产品；另一方面，由于芯片在通信终端中是最低层的部分，也是利润较高、门槛较高的领域，占据了这一领域，事实上就是占据了最大的优势，因此作为高通，必须占领芯片这一优势，这样才能在战略上战胜其他的对手，获得更多的利益。

      截至2005年底，高通销售的芯片组达到20亿个，这进一步巩固了高通在芯片这一领域的地位。在截至2006年3月底的第1季度中，高通总共销售了4 600万个芯片，营业收入增长了34%。高通芯片组的迅速发展，极大地推动了CDMA技术的强劲增长，并使高通成为当今最大的3G技术供应商。

      当今世界有相当数量的3G手机使用的是高通的解决方案，它融合了多媒体、连接、存储、定位和应用技术套件所提供的用户界面功能，可以支持数百万像素拍照、可视电话、流媒体内容、3D游戏、CD品质的音频回放、DVD品质的视频回放以及综合GPS定位技术。这些功能使制造商可以开发出经济高效的手机，充分利用3G网络的带宽优势。

      同时，高通还在为B3G的芯片继续努力着。2006年11月，高通公司正式对外宣布，已经成功研制出了能够支持传统的UMTS网络与HSDPA高速无线数据传输网络的单芯片解决方案。作为美国高通QSC（QUALCOMM Single Chip）家族当中的最新成员，QSC6270和QSC6240集成了GSM、GPRS、EDGE、WCDMA和HSDPA的通信芯片，以及基带调制解调器和一个多媒体处理器。由于采用了全新的65纳米制程工艺，因此此颗芯片的耗电量将大为降低。而先进的电源管理技术也将会使手机电池的使用时间得到进一步的提升。QSC6270和QSC6240这两种最新型的芯片都将会在2007年正式出货。

·德州仪器（TI）

      作为当今世界最大的手机芯片生产商，德州仪器一直以来就致力于2G/2.5G，3G和B3G手机芯片研究设计。

      说到TI，大家第一个想到的就是智能手机。可以这样说，正是智能手机在很大程度上推动了TI手机芯片的飞速发展以及获得丰厚的利润。智能手机很好地集语音通信、多媒体与电脑功能于一体，代表三网融合的方向。随着3G峰期的到来，高端智能手机将很快成为手机市场的主流产品。于是TI抓住了智能手机这个广阔市场，迅速地推出了可扩展的开放式OMAPTM 处理器平台，堪称是无线世界发展的里程碑。TI的OMAPTM平台提供了语音、数据和多媒体所需的带宽和功能，可以极低的功耗为高端2.5G和3G无线设备提供最高的性能。TI还提供了OMAP解决方案，将无线调制解调器与专用应用处理器完美地组合在单个芯片上。

      许多著名的无线设备制造商，诸如诺基亚、爱立信、Palm、惠普公司及索尼等业界顶尖的设备制造商和主要设计制造商均宣布支持TI的OMAP处理器平台。此外，领先的OS厂商，包括 Symbian、微软、Sun Microsystems及其他厂商与TI也进行了密切合作，已将其解决方案移植到了TI的OMAP处理器上。OMAP平台通过支持Symbian OS、Microsoft PocketPC 2002及Windows CE、Palm OS、Linux、Java、ARM Instruction Set及C/C++，为软件应用开发商提供了易于使用的开放式编程环境。

      目前TI的主流应用处理器是OMAP730。OMAP730是集成了ARM926TEJ应用处理器和TI的 GSM/GPRS数字基带的单芯片处理器。由于集成了40个外设在单芯片中, 基于OMAP730的设计只需要上代处理器一半的板级空间。此外OMAP730具有独特的SRAM frame buffer用于提高流媒体和应用程序的处理性能。OMAP730处理器还提供复杂的硬件加密功能，包括加密的引导程序，操作的加密模式，加密的RAM和ROM，并对一些加密标准提供硬件加速。

      2006年11月在北京举行的3G峰会上，TI宣布推出一款全新 OMAP-Vox(TM)单芯片解决方案——“eCosto”。该款最新单芯片平台完美结合了 TI 多项成功技术，如在已量产的“LoCosto”低成本平台上采用的 TI 创新DRP(TM)技术；以及在TI OMAP-Vox系列中实现量产的 OMAPV1030上采用的多媒体技术。新型“eCosto”平台系列的首款产品 OMAPV1035 单芯片解决方案将采用65纳米制造工艺，并支持 GSM、GPRS以及EDGE等标准。[page]

国内以TD-SCDMA为主的手机芯片厂商和产品

·天碁(T3G)

      天碁科技是一家独立的TD-SCDMA终端核心技术设计公司，在3G无线通信领域为终端设备制造商和手机设计公司提供TD－SCDMA终端核心技术产品及支持，包括终端芯片组、协议栈软件、终端参考设计及客户化技术支持等。

      天碁科技自主设计的TD－SCDMA终端基带Modem芯片是在天碁科技所掌握的核心算法基础上开发出来的，在开发的过程中经过了充分的仿真和原型机的验证，具有极高的性能和稳定性。该芯片接口灵活、功能强大，兼容多家芯片电器特性，支持多家芯片公司（例如NXP和Motorola等)的GSM/GPRS/EDGE系统解决方案，从而实现高端的双模手机功能。

      天碁科技的TD-SCDMA终端基带Modem核心芯片是针对3GPP TD-SCDMA标准自主研发的终端物理层数字信号处理芯片。它提供强大数字信号处理能力，可完成整个TD－SCDMA终端物理层的所有处理工作。

      Modem芯片可应用于TD-SCDMA/GSM/GPRS 高端多模终端，也可用于低端的TD－SCDMA单模终端，并且可应用于无线数据接入模块或PCMCIA卡等。图1给出了TD-SCDMA/GSM/GPRS双终端方案框图。

      目前，T3G正致力于HSDPA和HSUPA的芯片的研究和开发。图2描述了天碁科技HSDPA应用显示芯片。

      天碁科技首席技术官张代君博士在2006年的3G峰会上表示：天碁科技将于2007年年中推出支持HSDPA、采用90纳米工艺高度集成的基带芯片，2007年下半年采用该款芯片的终端就会面市。而且天碁科技今后将继续支持HSUPA，然后是支持三载波HSDPA，2007年年底或者2008年将推出支持HSUPA的芯片。

·展讯

      展讯走的是高集成度单芯片解决方案的方向，将3～4颗芯片实现的功能集成到一颗芯片中，将数字基带、模拟基带、电源管理和多媒体芯片集成在一起。现在除了射频芯片之外，跟通信有关的所有芯片基本上都集成了，而且是双模的单芯片解决方案。高集成度解决方案一方面降低了元器件的采购价格；另一方面降低了终端厂商的开发难度，终端厂商的研发周期和成本也相应地大幅度降低，推出新产品的速度更快，能够抢占市场先机，获得更高的利润率。展讯的单芯片解决方案采用相对成熟的方案，展讯公司的GSM单芯片已经大规模量产，只是在其中加入TD-SCDMA的功能。

      将基带芯片和射频芯片集成在一起，目前而言还很难实现，这需要基于技术的不断发展。采用不同的工艺将会对芯片功能和集成度有一定影响。工艺只是成本的一部分，算法和电路如何设计也是非常重要的部分，这是展讯的优势。因为从技术路线到电路设计、再到算法展讯都处于国际领先水平。

      展讯通信公司开发成功的基带芯片有SC6600系列、SC6800系列和SC8800系列，其中SC8800系列是业界目前惟一采用单芯片方案的TD-SCDMA/GSM/GPRS双模基带芯片, 是世界上最早成功支持TD-SCDMA 3G标准的双模芯片，是划时代的3G产品。SC8800系列是业界集成度最高的TD-SCDMA/GSM/GPRS双模基带芯片，它采用了先进的数字/模拟混合信号CMOS半导体技术，在单颗芯片中集成了完整的数字、模拟基带电路和电源管理电路，同时集成了丰富的多媒体应用。

      展讯公司的SC8800系列芯片提供给客户一个完整的性价比最优的TD-SCDMA/GSM/GPRS双模多媒体基带芯片解决方案。

·凯明（COMMIT）

      凯明信息于2005年开发出新一代TD-SCDMA/GSM双模芯片组“火星”，并于2006年5月圆满完成室内测试及室外现场验证，稳定实现PS 384kbps、CS 64kbps等数据业务，省电水平接近3G商用标准。

      基于凯明信息方案的强大平台处理能力，目前在“火星”终端方案上已采用软件解码方式实现了MP3和MPEG4的实时播放。通过软件方案实现多媒体功能，可在最大限度降低终端总体成本的同时，为手机公司提供更多的设计灵活性选择。

      由于凯明的TD-SCDMA双模方案采用90nm/130nm半导体工艺，同时内嵌ARM9和DSP内核，因此在同等价格下，凯明方案将提供更强大的功能和更优异的性能，即具备非常高的性价比。图3是凯明TD-SCDMA/GSM/GPRS双模终端芯片组解决方案。

·重邮信科

      重邮信科是国内最早从事TD-SCDMA移动终端研发的单位之一，首批参与我国TD-SCDMA标准制定工作，为我国制定TD0SCDMA移动通信标准做出了积极的贡献，获得了国家科学进步2等奖。2003年独立自主研制了世界第一款TD-SDCMA手机，结束了我国TD-SCDMA第三代移动通信只有系统没有终端的历史。2005年成功研制了世界上第一颗0.13微米工艺的具有自主知识产权的TD-SCDMA手机核心芯片——“通芯一号”，实现了从“中国制造”到“中国创造”的跨越，标志着我国3G芯片的关键技术达到了世界领先水平，使3G手机芯片走向商用化，为民族通信事业振兴做出了重大贡献。

      重邮信科“通芯一号”芯片是符合3GPP TD-SCDMA标准自主研发的手机芯片，它具有优良的总体构架和实现算法，并经过了充分的仿真和验证，具有极高的性能和稳定性，可完成TD-SCDMA手机物理层、协议栈和应用软件所有处理工作。[page]

未来手机芯片发展趋势展望

      可以这样说，芯片决定着未来移动通信技术的发展速度。在3G时代，芯片设计商们已经展开了激烈的角逐，那么在未来移动通信的发展过程中，谁设计出主导市场的芯片，谁就将是赢家。正如前面所说，3G以及B3G的手机芯片的设计必须遵循的原则就是：在功能满足业务的前提下，成本不断最小化。这样就需要芯片设计商们不断改进芯片设计，不断提高芯片的处理速度，提高集成度，增加多媒体功能及支持不同的通信协议等。

      现在3G终端芯片方案主要有两个发展方向。一个方向是基于基本功能，向低成本发展，不进行复杂功能的增加，主要面对低端消费群体；另一个方向是在基于可接受成本的前提下，功能要不断增强，数据传输速度越来越快，业务提供越来越完善，主要面对中高端消费群体。

      下面介绍手机芯片在未来移动通信的几个发展趋势以及简要分析。

手机芯片单芯化

      未来手机一定是朝着功能更强、处理速度更快、外形更轻薄和小巧的方向发展。在融合了手机和掌上电脑的性能特点之后，它不仅将拥有当前的手机特征，还将具备高清晰录像、收看电视等全新功能。

      显然，未来手机将会集成更为丰富的功能，但同时也要求手机体积更加小巧，外观设计更为自由、不受拘束。在这样的矛盾下，电路集成密度更高的单芯片无疑是一条解决之道。

      所谓的“单芯片”，就是将数字基带、模拟基带、收发芯片、部分管理芯片、存储以及大部分接口功能集成在一颗单芯片中。由于单芯片整合了基带和射频芯片，因而可以大大节约手机的内部空间，而且还可以大幅降低能耗。同时对半导体厂商而言，一方面，从功能最简单、技术最成熟的GSM手机单芯片入手，可以为下一步开发更先进的产品积累技术和经验；另一方面，一些像德州仪器和英飞凌等厂商在WLAN和蓝牙等各个领域都有布署，到时这些厂商可以很方便地将WLAN芯片、蓝牙芯片以及2D/3D绘图芯片等整合进手机平台，为手机厂商提供一个整体的手机平台解决方案。

      最先由德州仪器推出的单芯片设计的“Hollywood”芯片，是手机世界的首款数字电视芯片，可以捕获广播电视信号，让手机用户可以观看实时的电视广播，从最喜爱的电视演播到重大体育赛事和重要新闻。2006年11月3G峰会上，德州仪器又宣布推出一款全新 OMAP-Vox(TM)单芯片解决方案——“eCosto”，该款最新单芯片平台完美结合了德州仪器多项成功技术。

      Zarlink推出单芯片手机芯片ZL20250。这款芯片是现在业界体积最小。结构最复杂的无线通信芯片，ZL20250芯片满足多个频段、多种模式、2G和2.5G网络的要求，可以满足北美的GAIT标准，并可以提供各种增值服务。英飞凌也正式发布了自己最新研发设计的单芯片GPS辅助接收模块，这一模块主要针对手机、SmartPhone以及PDA产品开发设计。全新的Hammerhead芯片，基于英飞凌0.13微米RF-CMOS制程生产，可以合并无线电频率并且控制GSP基本功能频带，从而为用户提供紧急帮助和定位服务提供需求。

      虽然目前已经发布的单芯片基本上全部为GSM/GPRS手机单芯片，而且功能也还比较简单，但从发展的角度看，手机单芯片具有里程碑的意义。随着面向3G和B3G手机单芯片的开发，手机单芯片将不只是应用在“超低成本”手机上面。相反，差异化的、功能各异的手机才是单芯片未来的主要战场，也应该是目前所有正在积极开发手机单芯片的半导体厂商所希望看到的局面。

手机芯片“一芯多标准”

      目前，已经有不少于25种标准投入商用，为人们提供移动通信业务，其中包括GSM、GPRS、EDGE、UMTS、CDMA2000、HSDPA、IEEE802.11a/b/g/n、DECT、蓝牙、UWB、T-DMB、DVB-T、DVB-H以及其他标准。最终所有标准都将整合到未来移动通信技术（B3G）的保护之下，以使不同的系统能够在全球范围及各种无线环境中工作。对一个移动用户来说，不可能拥有各种协议标准的手机，但是却应该享受到所有协议标准的服务。因此，所有的这些协议标准只有尽可能设计在手机芯片内，由手机芯片来完成不同协议标准下的系统之间的转换和数据处理。

      图4、图5给出了一个融合一部分协议标准的手机板的示意图。

      虽然，对于手机芯片设计来说，融合多个或者全部协议标准在一个手机芯片里，的确有一定的难度，但是，这却是未来移动通信的发展方向。手机芯片设计商们只有牢牢地把握这个方向，努力创新，实现“一芯多标准化”，才能在竞争中取胜。[page]

手机芯片CPU高速化

      包括3G 在内的各种空中接口技术的迅速发展，可以将数据高速下载到终端设备上。但要在终端中运行这些程序，终端本身的数据处理能力需要足够强大，这为手机芯片提供商提出了新的挑战。众多芯片厂商都在积极开发处理速度更快的芯片处理器以满足无线设备对数据处理能力的要求。与用在普通计算机中CPU 的演进速度一样，无线设备芯片的数据处理能力在以超越摩尔定律的速度发展。芯片的高数据处理速度为在终端中实现多媒体应用创造了硬件条件，同时也把众多先进电子设备功能融合于无线终端中。

      2005年6月，三星和高通合作推出了一款具有520MHz 处理速度的CDMA2000 1x EV-DO终端SCHi730，该终端本身的处理速度可以同2000 年装配有奔腾Ⅲ处理器的台式机相比。2005 年7 月，高通发布MSM7500 芯片组，其处理能力可以与EV-DO 版本A网络的接口传输速度相匹，同时因为该芯片组集成了ARM11TM应用处理器和ARM9TM 调制解调器处理器的双CPU架构，它还能够提供在高速版本A网络中VOD视频点播所需要的处理能力。2005年11月，第一个专门为手机芯片打造的“Scorpion”移动微处理器由高通发布，可以提供高达1GHz 的处理速度，这一指标介于我们所熟知的奔腾Ⅲ和奔腾Ⅳ之间。

      可以想像，在不久的将来，具备强大数据处理能力的无线“PC”将伴随着手机用户。

手机芯片多媒体化

      2003年，彩屏手机成为手机市场的热点；2004年，带照相摄像功能的手机在市场上开始流行；而2005年是MP3与手机的融合年，提供MP3功能的手机已经成为市场的主流产品；2006年则是MP4、手机卡拉OK、手机电视和智能手机风靡的一年……随着手机多媒体应用的快速发展，特别是3G时代的来临，手机多媒体芯片的发展步伐更是迅速。

      手机多媒体应用的大量涌现催生了手机多媒体芯片，手机多媒体芯片的发展历程也就是手机功能的发展历程。业内将这些多媒体芯片归入应用处理器，应用处理器不仅包括多媒体应用，也包含其他类型的应用。很多芯片厂商把先进多媒体功能作为应用“模块”植入芯片解决方案中，最大程度地提高终端多媒体能力。

      目前多媒体芯片可以分为四大类：一类是处理音频的，典型代表是和弦芯片，还有少量的高音质音频CODEC芯片；一类是处理视频的，典型是H.264编解码芯片；一类是处理活动图像如动画和游戏等，处理此类图像是显卡厂家的专长，尤其是3D动画；一类是处理静止图像的，在拍照手机刚兴起时，外置的处理静止图像的应用处理器相当常见，但因这一处理相对简单，后来这个功能大多集成在基频里或在视频处理器中。不过随着手机拍照像素的增加，外置的处理静止图像的应用处理器仍有用武之地。

      3G时代是“应用为王”，多媒体、游戏、摄录已经成为3G手机的标准配置，这就要求与其配套的手机芯片必须具备强大的多媒体功能。目前，国际主流芯片厂商都在强化产品的多媒体性能，高通、德州仪器、三星等芯片厂商都有相关的集成产品推出，英特尔更是着力强调“通信和计算的融合”，试图将PC上的多媒体应用完全移植到手机上。

      显然，多媒体应用芯片的研发已成为3G手机产业的核心技术和竞争制胜的利器。数据与内容是3G持续不断的推动力，核心技术则是支持应用的一个平台，而给3G应用提供核心技术支持的多媒体芯片就承担起实现3G应用的重任，也给芯片制造带来不可限量的发展前景和机会。

      随着3G时代的到来和B3G的步步临近，手机芯片市场盼来了渴望已久的巨大的商机和挑战。

      未来手机芯片的发展必然向“单芯化”、“一芯多标准”、“CPU高速化”、“多媒体化”、“轻巧廉价化”的方向发展。手机芯片设计商们必须牢牢抓住这个发展趋势，在自己优势的基础上进行多方位、一体化的创新。特别是国内的芯片厂商，在已经落后的情况下，一定要牢牢把握发展TD-SCDMA的优势，除不断强化基础能力外，更要在未来的手机芯片的设计上努力创新，让国产芯片走向世界市场。