高质量多媒体应用拉升AP芯片市场需求

2009-05-07 16:11:26 来源:《国际电子变压器》2009年5月刊 点击:1535

      当前,消费者对便携式设备的要求是希望能享受到更多的功能,包括游戏、音频、视频和连接等,并希望这些功能高度集成在一起,比如游戏可能是下载的Java游戏,音频支持MP3、WMA、RM等标准,视频有MPEG-4、H.264,Microsoft VC-1等标准,而连接方式则可能有Wi-Fi、蓝牙、红外线等多种方式。便携式设备实际上正走向深度融合,成为一种多功能的载体。作为便携式设备的核心,应用处理器(Application Processor,以下简称“AP”)是便携式设备提供丰富多彩功能的保证,终端消费者不断提出的新需求是推动便携式设备处理器不断发展的原动力。

多媒体应用推动AP技术发展
      随着手机、数字电视、数字相机、个人导航装置(PND)、可携式播放机(PMP)等便携式设备对多媒体功能的集成与加强,AP设计与发展趋势对便携式产品整体表现起着举足轻重的作用。当前,AP一方面要以卓越的性能实现丰富的功能吸引更多的消费者,但反过来不断扩大的消费群体又提出了新的需求迫使处理器去不断提升性能,同时处理器设计师还要不断考虑如何降低处理器的功耗、尺寸、成本等更多难题。
      随着高质量多媒体功能的应用,AP也由先前的单核架构发展到DSP+CPU多核架构,其中多核技术的优势是在提供性能的同时将功耗降低,两种架构在不同的应用领域中是各占优势。目前已经看到的是有多处理器的平台已经出现,以移动电话为例,从模拟制式向数字制式转移时,由于要融合更多的功能——蓝牙、WLAN、MP3、GPS等,迫使移动电话的处理器平台必须有独立的AP来实现这些融合的功能,双核结构成为必然的选择。TI是ARM+DSP的拥护者,TI认为ARM+DSP架构凭借应用处理器和辅助技术,实现高性能与高效率的电源管理,将继续引领无线应用处理器市场。ARM+DSP在高质量多媒体业务要求的完整多媒体解决方案中较为占优。
      而对于单核AP的应用,业界也有不少厂商是抱持看好的立场,飞思卡尔半导体就是其中的代表厂商。飞思卡尔认为,目前基于技术、成本、功耗等原因,单核AP架构的CPU时钟比CPU+DSP架构的CPU时钟快很多,在处理多任务及商务应用方面有很大的优势。原因主要是DSP只做音视频信号处理,而操作系统、商务应用软件(OFFICE等)的指令执行只能用CPU(比方ARM核),如果CPU本身速度不够快,则AP在这些方面性能会很不理想。另外其他很多方面的功能集成,比方GPS、WiFi等等,它们的应用软件的操作都也往往只能执行在CPU上,对CPU的速度也都会有很高的要求。因此,单核的AP很有优势。针对专用便携式设备,单一的DSP处理平台依然能以其高速度、低功耗和低成本的特性,有效实现大量复杂运算,因此也是一个极为实用的核心引擎。
      除了在架构选择上提高AP性能,工艺升级也是提高AP性能的有效方法,许多供应商正在积极通过采用新的工艺技术达到提高性能、降低成本、功耗和尺寸的目的。珠海炬力发展的0.13um工艺,除了降低功耗、提升了MCU和DSP的处理能力,还将MCU+DSP的综合平台打造得非常具有灵活性。
      便携式产品对多媒体功能的应用推动了AP市场的发展,用户对高质量多媒体的需求也让AP厂商面临着考验。市场需求让AP面临的挑战不只是在芯片设计方面,随着便携式产品生命周期日愈趋短,AP需要满足不同客户的要求,集成更多功能,并具有灵活性和低成本。所以,AP产品将不单是一个芯片,而是一个平台,可适用于不同的应用需求。

3G手机AP多任务处理能力遇考验  基带+AP架构占优势
      近年,AP日益成为高端智能手机和多功能手机多媒体功能的重要支柱。强大的视频、音频、图形图像等已经是手机必不可少的功能,应网络、GPS、移动电视和强大商务应用的新要求,WiFi、WiMax、GPS、蓝牙等等,GPS导航、手机电视、可视通话、视频点播、高速上网等都将成为手机的需求热点。AP将来需要有丰富的接口并集成更完善的网络、无线数据接收和传输功能,这对AP提出了多方面的要求,例如:处理能力和性能要强,构建系统的成本要低,系统的功耗要小等等。随着手机多媒体功能越来越丰富,手机AP架构从最初的基带+协处理器、基带自带多媒体功能发展到时下的基带+AP,并在手机中高端市场各有“拥趸”。
      3G时代的到来把AP应用推向另一个新高潮,在3G手机应用中,AP对多任务的处理将会迎来挑战。由于3G网络从根本上解决了信息传输的带宽问题,因此在2G手机上一直受困于带宽的移动视频业务将会在3G时代得到广泛的应用,如视频电话(会议)、流媒体、手机电视等。有业界人士指出,3G终端的多媒体相关技术最重要的应用是在移动视频业务上,未来的AP芯片之争,将是视频处理技术之争。移动视频业务要求手机终端具备更高的多媒体处理能力,进而要求AP芯片生产企业不断追求高分辨率、高帧频、高内存、高解码能力,并确保自己的产品能够支持更高规格的数码相机和显示屏,而这必将带来手机终端对更快的处理器和更大内存的需求,而这恰恰是手机成本上升的重要因素。简单提升硬件性能指标的方法并不一定能够给芯片企业带来预想的市场,走一条强调以设计能力提升视频性能的道路将成为AP研发的潮流。对于AP芯片的视频处理技术,最核心之处在于芯片架构的设计和流媒体的解码技术,而这需要芯片企业的模块研发能力和长期的视频技术积累。
      3G手机另一特点是更高的数据传输速率;而且在手机终端市场中,将在相当长的一段时间里2G、2.5G和3G产品共存,3G手机终端也将是TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等多种标准共存,对于手机操作系统来说Windows Mobile、Linux和Symbian阵营也各自拥有广大的支持者,这就要求手机AP芯片必须具有强大的兼容性和开放性,能够同时支持2G和3G手机,甚至对将来的4G手机也足以匹配,满足终端通讯设备厂商设计需求。所以,3G手机给AP带来的挑战主要是在应用上,如视频性能、处理能力以及在高性能下的低功耗。
      在3G手机中,基带+AP架构较其他两种架构更具灵活性,方便手机设计企业对基带IC的灵活选择,例如可选择市场上应用广泛,稳定可靠并具有成本优势的基带IC,从而可降低设计风险。所以,业界对基带+AP在3G手机中的应用前景是普遍看好,但有一个前提条件就是在成本上的降低。随着手机新应用的不断兴起,AP也会顺应这一发展态势,功能不断丰富。在未来几年,AP功能将往以下几个方面发展:一是多媒体功能和性能的进一步提高。视频和音频多媒体应用仍将是手机最重要的关注点之一。随着大尺寸LCD、高容量存储器的应用以及网络带宽的提高,高质量的视频功能将成为必备的功能。同时音乐性能的提升和低功耗技术的应用,手机将更好地替代MP3音乐播放器。二是手机电视,目前产业界对手机电视也很关注,虽然手机电视的标准尚未明确,但其核心技术和产业链已比较成熟和完备,如果没有意外,相信市场将会在标准明确后很快发展起来,因而AP也将集成这一功能。三是LBS(移动位置服务)将是业界关注重点之一,以GPS为核心的定位功能将是手机的必备功能之一,AP未来也会适应这一趋势,在软硬件方面对相关功能提供支持。四是iPhone兴起使用户和产业界认识到用户体验的重要性,高质量的GUI(图形用户接口)将是未来手机的发展趋势,这需要AP具有高性能的图形处理能力。同时手机游戏,包括在线游戏的发展,也对图形处理能力提出更高要求。此外,未来不同的连接如蓝牙、WiFi也是集成的一个方向。

车载娱乐系统将成拉升AP应用需求新动力
      面对当前汽车行业越来越多的受到便携和移动消费电子技术的影响,AP芯片将为汽车与消费电子两大领域实现无缝连接。汽车娱乐和信息系统正以一种直观、无缝方式连接到消费电子器件,如来自便携式器件的音乐通过内置车载音频系统进行播放、移动电话通过内置免提电话系统接入和使用。当前,越来越多的立法者已经关注到使用手持移动电话的道路交通事故数量上,在很多国家里,开车时打电话已经被定为非法,除非驾驶员使用语音自动免提系统;另外,语音识别是现代车载系统干扰驾驶员用户界面使用的原因之一,音频广播格式(如卫星和陆地数字无线电(如HD、DAB、Sirius/XM和DRM))和数字移动电视(如DMB、DVB-H和ISDB-T),甚至还包括纯音频信道等装置,都在改变车内无线接收的外观,而这些格式中大多数也需要进行数据传输。车载系统的这些要求使得AP在其中的应用更有优势。
      应用于车载系统中的AP芯片,一方面要面对的是更为严苛的环境、安全和质量要求,另一方面则是要具有更强的灵活性,因为汽车信息娱乐系统既要跟上便携式消费电子领域的快速变化,同时还要继续重视他们自己的严格质量标准和型号寿命周期。飞思卡尔已经将研发成功的i.MX系列多媒体应用处理器室推向汽车信息娱乐市场。其中的精选器件是通过“汽车加固”流程,确保了它们能达到汽车应用的严格质量要求,包括AEC-Q100质量标准;另外,根据再利用和调节消费电子领域的软件解决方案,该系列产品确保了汽车信息娱乐系统可以紧跟消费电子系统的功能。
      车载电子市场的蓬勃发展,其对AP芯片的应用将成为众多半导体企业的又一新焦点。

应用推动市场需求  国内IC厂商深耕AP领域
      随着中国TD-SCDMA的商用进程全速冲刺,中国6亿手机用户即将迎来属于自己的3G时代。TD-SCDMA终端比较关心的是可视电话功能、手机电视、视频共享等;对AP的要求主要是能支持主流的视频解码,及其主频要足够,现在一般要求需要400MHz。AP一般式采取ARM+多媒体加速器+MEM管理系统(或部分AP内置了MEM)+外设接口。另外就是成本及在特定的IC面积上实现更多的功能,因此现在的AP将使用越来越先进的制程工艺,从130nm到90nm到45nm。TD-SCDMA手机,对国内AP供应商而言,既是机遇,也是挑战。在手机设计时,对AP主要考虑的指标有:方案的成熟度、省电性、功能(包括CPU、总线、Memory等速度,以及强大的多媒体功能等等)、布板面积小、方案芯片多少、芯片体积、价格便宜(包括入门费和成本费)、成熟的软件方案、足够的外围设备支持、多个串口、USB口、SDIO、SPI、IIC等等。另外,AP对电源管理也提出了新的要求,尤其是随着CPU处理能力的加强,功耗越来越大,降低功耗是所有开发商的一个主要技术点和目标。中国TD-SCDMA手机,必将引起中国市场对AP芯片的新一轮需求热潮,这对于国内本土企业而言既是机遇也是考验。
      纵观整个AP市场,随着手机和便携式设备多媒体以及商务功能的增多,BP(基带处理器)和AP的分工越来越明确,AP将独立迅速发展。国内外众多手机AP厂商看好这一市场,并纷纷推出功能更为丰富、处理能力更强、支持多种操作系统和编解码格式的AP芯片以及解决方案。飞思卡尔、TI等国际厂商“通吃”BP和AP,国内新锐则力图深耕AP领域,服务中国广阔的手机和消费电子市场。国内厂商在AP领域处于优势地位的主要有安凯、智多微、中星微。安凯的方案由于开发早,相对具有先发优势,同时由于安凯提供了多种OS选择(可采用安凯自身免费的OS,也可以采用Linux或者windows CE),因此具有一定的优势;智多微电子属于后发制人,其通过整合外部资源,已经能够提供可生产的方案,但其稳定性还需市场进一步验证;中星微也在加快AP的研发进度。尽管国内IC企业在AP上取得较大成绩并已经开发了自己的AP,但从综合性能上看与国外产品的差距仍然很大,属于隔代的水平。国产AP芯片的优势来源于低价格,目前价格水平大致在国外AP产品的一半左右,依靠价格竞争策略也占据了部分市场。除了价格优势,海智多C7280为代表的产品却让业界企业眼前一亮,产品把应用软件系统和AP芯片捆绑在一起销售,这样的产品模式十分适合国内手机厂商开发的需要,这或许将成为国产AP芯片与国外厂商抗衡的一个新的重要商业模式,但是,要实现这一商业模式,AP厂商需要重视软件的成熟性,也就是AP上的操作系统和应用软件的成熟。

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