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自從蘋果iPhone等智能手機(jī)推出以來，大家對手機(jī)的可玩性有了很大程度的提升，而隨著大屏幕、多核等特性成為智能手機(jī)的主流，同時(shí)廠商又在追求更薄的終端體驗(yàn)的同時(shí)，囿于電池技術(shù)沒有新突破的困局。為了最大限度地提高手機(jī)的續(xù)航時(shí)間，提高用戶的體驗(yàn)滿。從CPU芯片廠家到電源管理廠家都物盡其用，采用各種方法“省電”。
旨在提高能耗比的big. Little
根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，ARM在智能手機(jī)的占有率達(dá)到了驚人的90%，但隨著用戶對智能手機(jī)的性能要求逐漸增加，ARM公司只能逐漸改善其架構(gòu)，逐步退出了Cortex-A15和Cortex-A12等架構(gòu)，在當(dāng)前更先進(jìn)20nm制造工藝未能更成熟，而28nm制程卻無法滿足提高足夠性能的同時(shí)將功耗控制在合理水平。因此ARM就推出了big.little這個(gè)概念。
根據(jù)ARM官方網(wǎng)站介紹，big.LITTLE 處理解決了當(dāng)今行業(yè)面臨的一個(gè)難題：如何創(chuàng)建既有高性能又有極佳節(jié)能效果的片上系統(tǒng) （SoC） 以延長電池使用壽命。其具體實(shí)施將 高性能的ARM Cortex-A15 MPCore? 處理器的性能與低功耗 Cortex-A7 處理器的節(jié)能效果結(jié)合在一起，使同一應(yīng)用程序軟件在二者之間無縫切換。也就是說在運(yùn)行程序時(shí)，根據(jù)任務(wù)的難易程度選擇高性能高功耗或者低性能低功耗的處理器，而不需要在運(yùn)行任何程序的同時(shí)都在處理器滿載的情況下運(yùn)行，以節(jié)省能耗。根據(jù)ARM介紹，big.LITTLE 可以使電池的使用壽命延長高達(dá) 70%。
而在ARM提出這個(gè)設(shè)計(jì)之后，高通、三星和聯(lián)發(fā)科等公司都相繼退出了相應(yīng)的處理器方案。在跟進(jìn)ARM的設(shè)計(jì)之余，這些廠家還公東推動(dòng)CPU和GPU協(xié)同運(yùn)算的異質(zhì)系統(tǒng)架構(gòu)（HSA）標(biāo)準(zhǔn)，減輕CPU的負(fù)擔(dān)與耗電。
PC領(lǐng)域的王者Intel現(xiàn)在在移動(dòng)領(lǐng)域奮起直追，繼年前推出了其Bay Trail處理平臺(tái)后，憑借Intel先進(jìn)的22nm工藝制程，Intel的下一代ATOM處理器不但能夠在性能上和ARM處理器掰手腕，而在備受詬病的英特爾X86架構(gòu)功耗問題得到了很大的提升。
其實(shí)相對于其他廠家要借助臺(tái)積電等晶圓廠的制程更新迭代，我更看好的是Intel這種至上而下的產(chǎn)業(yè)鏈，畢竟自家的孩子，誰不心疼呢？看好未來Intel在移動(dòng)領(lǐng)域來一個(gè)華麗的逆襲。
屏幕節(jié)能是關(guān)鍵
現(xiàn)在的主流旗艦機(jī)基本都是4.5英寸以上的屏幕，龐大的手機(jī)屏幕成為智能手機(jī)的耗電第一大戶，這是毋庸置疑的事情。要提高手機(jī)的續(xù)航時(shí)間，那么如何從屏幕入手節(jié)省功耗，也成為各大廠商關(guān)注的問題。
當(dāng)前市面上的手機(jī)顯示屏幕主要分為兩個(gè)陣營：一個(gè)是蘋果IPS屏幕領(lǐng)銜的TFT-LCD陣型和以三星AMOLED牽頭的LED顯示領(lǐng)域。
IPS硬屏技術(shù)是世界上最先進(jìn)的液晶顯示技術(shù)，也是在節(jié)能技術(shù)方面的又一重大突破。IPS硬屏技術(shù)創(chuàng)造性的將液晶分子水平排列，減少了液晶層厚度，從而改變了液晶屏的透光率。另外，IPS硬屏采用雙極驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使像素開口率提高25%。由于增大了透光率，IPS硬屏應(yīng)用在液晶電視上可以降低背光燈的功率，從而達(dá)到節(jié)能省電的效果。
而AMOLED，也就是主動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管，作為三星的獨(dú)家產(chǎn)品，憑借著自發(fā)光、無背光源，具影像色澤美麗、省電等優(yōu)勢，迅速成為了手機(jī)面板市場新寵。
根據(jù)IDC的研究院表示：AMOLED面板因?yàn)椴勺园l(fā)光，沒有光線穿透率的問題，所以較省電。如果要讓畫面更細(xì)致，僅須在制程上精進(jìn)，因此在手機(jī)應(yīng)用上已相當(dāng)具優(yōu)勢。
同時(shí)處理器廠家也會(huì)采取相關(guān)的技術(shù)來節(jié)省屏幕功耗。據(jù)NVIDIA最新信息透露，其最新行動(dòng)處理器平臺(tái)中已導(dǎo)入第二代PRISM技術(shù)；該方案透過多核心GPU加高階影像演算法，將畫面切割成不同區(qū)塊并偵測明暗變化，由處理器動(dòng)態(tài)調(diào)整LED背光源亮度，進(jìn)而省下40%顯示器功耗。
而一線的處理器大廠亦計(jì)劃下一代產(chǎn)品中導(dǎo)入eDP 1.3版的PSR功能，讓GPU在屏幕畫面靜止時(shí)休眠，直接由顯示面板的時(shí)序控制器（TCON）執(zhí)行資料更新，以節(jié)省面板傳輸介面的耗電量。
而電源芯片商則在面板電源管理方案中，采用PMIC整合位準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器（Level Shifter）的設(shè)計(jì)，主要是友達(dá)、群創(chuàng)等面板廠跟進(jìn)韓系廠商策略，將閘極驅(qū)動(dòng)器（Gate Driver）電路直接內(nèi)嵌在面板中，開發(fā)GIP（Gate in Panel）方案提高組裝靈活性，使過去大多與閘極驅(qū)動(dòng)器整合的位準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器獨(dú)立出來，PMIC廠為進(jìn)一步改善系統(tǒng)功耗與體積，遂開始整合其他分離的電源切換元件。
PMIC改良的必要性
我們知道，PMIC是是整個(gè)手機(jī)電源分配的“掌控者”，其在電源管理技術(shù)方面的革新，是延長智能終端續(xù)航時(shí)間的關(guān)鍵。
因應(yīng)這處理器規(guī)格的轉(zhuǎn)變，PMIC業(yè)者亦緊鑼密鼓研發(fā)新一代電源管理技術(shù)，除因應(yīng)big.LITTLE大小核心切換需求，推升PMIC的電壓、電流動(dòng)態(tài)調(diào)整速度外，也將發(fā)展大電流輸出方案，以滿足HSA處理器同時(shí)驅(qū)動(dòng)CPU、GPU等異質(zhì)核心的供電需求。
奧地利微電子的市場經(jīng)理Don Travers表示，隨著產(chǎn)品尺寸日益多元，上市時(shí)程壓力劇增，品牌和處理器業(yè)者均希望盡量縮減設(shè)計(jì)改變幅度和成本，并達(dá)到新產(chǎn)品快速上市的目標(biāo)，已刺激手機(jī)、平板通用型PMIC方案崛起。
而在平板的PMIC設(shè)計(jì)方面，由于平板對高清和運(yùn)算能力的需求不斷攀升，就迫使相關(guān)PMIC廠家轉(zhuǎn)向?qū)牍P電電源拓?fù)洌约笆謾C(jī)PMIC的封裝技術(shù)，期縮減導(dǎo)通損耗與零組件用量，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率。據(jù)相關(guān)電源芯片商透露，平板PMIC將逐漸引進(jìn)高階電源拓?fù)湓O(shè)計(jì)架構(gòu)，包括以往在筆電電源晶片中採用的橋式整流器 （Bridge Regulator）、同步整流方案，以及新一代單電感多重輸出（Single Inductor Multiple Output）技術(shù)，進(jìn)而提高裝置電源轉(zhuǎn)換效率。廠商并逐步將PMIC介面改為I2C可編程設(shè)計(jì)，以優(yōu)化面板調(diào)光、開關(guān)等參數(shù)的調(diào)整機(jī)制。
而高通、戴樂格（Dialog）正積極布局整合MCU及DSP核心的下世代PMIC，藉以提升芯片整合度，讓行動(dòng)裝置業(yè)者有更多設(shè)計(jì)空間塞進(jìn)新應(yīng)用功能，并提高電源管理效率。
其他方面的節(jié)流
在PMIC和處理器等廠家力推節(jié)點(diǎn)方案的同時(shí)，感測器供應(yīng)商也力推環(huán)境光（Ambient）加紅外線近接（IR Proximity）光感測器模組，讓手機(jī)屏幕亮度能動(dòng)態(tài)調(diào)整，或在毋須開啟畫面的狀態(tài)下自動(dòng)關(guān)閉背光，進(jìn)而延長裝置續(xù)航力。
而根據(jù)劍橋大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)的研究表明，手機(jī)最耗電部件的不光是屏幕和處理器，還有功率放大器。功率放大器負(fù)責(zé)將將電能轉(zhuǎn)化為無線電信號(hào)，現(xiàn)代手機(jī)往往需要使用多組功率放大器。工程師們認(rèn)為，只要對這個(gè)組件進(jìn)行一定的調(diào)整，就能有效控制功耗，讓手機(jī)續(xù)航時(shí)間大大提升。
該小組通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代手機(jī)中功率放大器的效率低得嚇人，在信號(hào)一般的時(shí)候，如果把手機(jī)的總能耗看作100%，起碼有65%是功率放大器消耗掉的。以iPhone 5為例，它擁有6個(gè)獨(dú)立的功率放大器，至少多消耗了60%的電量。
工程師們給出原因如下：晶體管功率放大器有兩種基本模式，平常狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)模式和輸出信號(hào)模式。要想省電，就必須讓其在標(biāo)準(zhǔn)模式下盡可能保持低功耗。但是如果從低功率的標(biāo)準(zhǔn)模式直接轉(zhuǎn)為高功率的輸出信號(hào)模式，往往會(huì)使信號(hào)不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的技術(shù)只能調(diào)高標(biāo)準(zhǔn)模式下的功耗，這樣一來電量就在無形中被消耗。
好消息是，麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)研發(fā)出一種新型功率放大器，它使用數(shù)字化的模式轉(zhuǎn)換來降低功耗，每秒鐘至少可以減少20萬次電壓變化的過程，搭載此種放大器的手機(jī)續(xù)航將會(huì)變長。目前此種技術(shù)還在實(shí)驗(yàn)階段，使用該技術(shù)的LTE手機(jī)有望明年上市。劍橋工程團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過此種調(diào)整，電池續(xù)航將增加一倍?，F(xiàn)在不能換電池的手機(jī)越來越多，對于電池吃緊的同學(xué)來說，這絕對是一件好事，就算技術(shù)沒有工程師們想象的那么理想化，能把續(xù)航提升10%也是好的。
回歸到基本——電池容量
盡管智能手機(jī)的系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)功夫已有長足進(jìn)步，但手機(jī)廠最終的期待仍是擴(kuò)充電池容量，但目前的情況是手機(jī)電池效能每年提升比重僅約 5~8%，遠(yuǎn)不及新產(chǎn)品功能演進(jìn)速度，因此，電池業(yè)者已規(guī)劃從電池正負(fù)極材料、驅(qū)動(dòng)電壓和極板設(shè)計(jì)三方面著手，期能兼顧電池體積、容量和成本。
三星SDI近期已在電池表面鍍上新材料，開發(fā)出4.4伏特（V）高壓驅(qū)動(dòng)的鋰電池方案，藉以改善電流耗損過多的問題，并妥善利用每一分電力；同時(shí)，該公司也利用涂布製程及特殊復(fù)合材料，提高電池極板的能量密度。至于樂金化學(xué)（LG Chemical）和日本戶田工業(yè)等日韓電池材料大廠，則投入開發(fā)下世代正負(fù)極材料，將以鋰三元系、氧化硅等方案增加蓄電量。
顯而易見，隨著行動(dòng)裝置功能規(guī)格迅速攀升，晶片商、電池和量測業(yè)者均不遺余力發(fā)展「開源節(jié)流」的解決方案。其中，由于PMIC掌管系統(tǒng)供電，對新一代行動(dòng)裝置的發(fā)展尤其重要，產(chǎn)值可望從2012年的15億美元，飆升至2016年的24億美元，為相關(guān)業(yè)者帶來更多商機(jī)。
工商網(wǎng)監(jiān)
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