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市场多变 3g时代手机元器件呈现四大走势
2024-05-30 13:39    1919    中华厨具网

手机元器件可以分为电子、显示和结构件三大部分。

电子部分是指电路板以及电路板上的电子元件,显示部分是指显示屏和照亮键盘的led灯,结构件则包括外壳和按键。电子元件又分为主动型元件和被动型元件两大类,所谓主动型就是指该元件通电前后特性会发生变化,被动型是指元件通电前后特性不会发生变化。主动型元件包括所有的半导体元件,如内存、基频、射频、和弦、应用处理器和摄像头,被动型元件包括电阻、电容、电感、连接器和线路板。

3g时代,手机元器件不会发生本质变化。业界对3g的定义是下行传输速率在384kbps以上,而通常2g的传输速率是128kbps。按照这个标准,cdma20001x、1xev-do、1x ev-dv和wcdma制式的手机通常被业界定义为3g手机。3g与2g的最大差别仅仅是传输速率的提升,不过传输速率的提升使手机增值服务大大拓展了,2g时代因为传输速率低,很多应用都无法展开,例如手机电视、手机游戏、手机银行、手机视频点播等。在3g时代随着传输速率的提升就可以展开这些应用。不过大部分手机元器件都与传输速率没有联系,变化最大的是手机的半导体元件。

基频处理器性能需求提高

手机电视、手机游戏、手机银行、手机视频点播等应用都需要处理大量的多媒体数据,在2g时代,基频处理器足以应付一般的多媒体应用,3g时代就不行了。解决的方法有两种:一是加强基频处理器的多媒体数据处理能力;二是使用应用处理器。

多媒体和游戏将会耗费很多的mips,性能强大的多媒体应用可能会消耗200mips,游戏也有可能消耗200mips。手机基频dsp分配给多媒体应用的mips大约在150-600mips之间,而基频dsp处理wcdma协议下的通信信号需要大约150-200mips的性能。

按照wcdma最低下限384kbps,我们可以计算出基频处理器大约需要100mips的性能,再加上最低250mips左右的多媒体应用,wcdma基频最低性能应该达到350mips。最常用的dsp内核tms320c54x显然已经不能胜任。目前最高性能的dsp内核tms320c55x则勉强可以,为了留出一定的性能冗余,最好另外搭配应用处理器。

在德州仪器或者其他公司没有开发出更强的dsp之前,高速率的wcdma手机应该采用dsp+arm+应用处理器的形式。这个应用处理器可以是一块独立的芯片,也可以是一个多媒体加速器引擎。

3g的另一个转变是大部分中高端手机都要采用操作系统,操作系统需要arm为内核的微处理器支持。也就是说未来3g手机的基频可能有2个dsp和2个arm内核。一个dsp针对通讯,另一个dsp针对应用。一个arm针对通讯协议和人机界面,另一个arm针对操作系统。

德州仪器于2005年底推出了唯一一款面向多用户的wcdma基频处理器——omapv2030。其中arm1136负责运行操作系统,arm9负责通讯协议栈2层、3层软件的运行,tms320c55x负责通讯协议栈物理层,iva2负责多媒体加速。

内存将是sdram天下

基频的变化带动了内存的变化,内存可以看做是辅助基频处理器进行运算的器件。手机里有三个需要使用嵌入式内存的领域,第一个是mcu和dsp执行运算时的数据暂存内存,通常是ram;第二个是存储手机软件系统代码的内存,通常是nor闪存;第三个是存储手机延伸数据的内存,通常是nand闪存。ram属于易失性存储,nor和nand则是非易失性存储器件。

手机用ram内存目前以psram为主,容量大约为32mb-64mb。psram分为三大流派,第一派是hynix、台湾华邦、nanoampsolutions、瑞萨、美光、英飞凌和cypress,他们力推cellularram;第二派是东芝、富士通和nec,他们力推cosmoram;第三派是三星力推ut ram。不过以psram的结构和特性,在保持108平方毫米的pcb板面积时,psram的容量很难超过256mb,超过256mb的ram需求必须由sdram来满足。因此虽然分为三派,但是竞争并不激烈,未来3g手机ram的需求量肯定要超过256mb,已经有不少智能手机使用了512mb的ram。可以预见,未来肯定是sdram的天下,psram迟早要隐退。

这就打破了原来手机ram内存产业的格局,以前提供手机用psram和sdram内存的厂家主要是cypress、nec、东芝、三菱,这些厂家或者无法自行生产sdram或者生产sdram内存时缺乏竞争力。而一批原来生产sdram内存的厂家如hynix、elpida、英飞凌和美光进入该领域,原本这些厂家都是pc领域的厂家,sdram内存本来就是用在pc上的,这些厂家在生产sdram内存时具备强大的成本竞争力。而随着手机运算能力的进一步加强,sdram也不够用,需要使用ddr内存,甚至是目前电脑上最流行的ddr2内存。

nand取代nor尚需时日

3g手机的另一个特点就是软件系统复杂,需要大量的内存来存储软件,通常存储软件的是nor内存,因此,3g手机需要大容量的nor内存。但是nor存储器最为显著的缺点之一是密度不高。虽然速度和代码执行能力为其加分不少,但与nand相比,其相对较低的密度却是发展的障碍。nor为低端到中档手机提供各种密度范围,从128mb到256mb,最高可达512mb。nor也能堆叠起来提供千兆级的密度,但目前应用的最高密度是512mb。一旦nor闪存需求量超过512mb,如性能超强的3g手机,厂家倾向于采用nand闪存,因为nor闪存的成本太高,体积也稍大。不过nand闪存也有诸多缺陷。例如,系统无法从nand闪存直接启动。在稳定性方面,nand闪存存在位翻转(bit-flipping)、坏块(badblocks)和寿命有限等隐患。而且,它使用一种非标准接口并需要进行软件管理,这些都提高了系统的成本。虽然有一些架构方面的方法有助于解决上述问题,但却还需要其它一些技术实现折衷来解决上述隐患。

nand闪存取代nor闪存的可能性存在,但是这个过程需要大约3-4年,非智能型的高档2.5g手机使用的nor闪存大约为256mb-320mb。普通3g手机所需要的nor闪存容量大约为256mb。未来手机发展需要nor闪存容量超过512mb,这一过程需要1-2年。

内存的大量使用使手机半导体成本中内存所占的比例越来越高,在高端手机中,内存是占成本比例最重的半导体元件。

手机元件密度需求提升

3g手机的元器件密度比2g手机有所提高,在被动元件领域也会有所变化,从0402元件向0201元件过渡(0402代表长0.4英寸、宽0.2英寸)。不过这个变化不明显,并且大部分厂家的smt设备还没法完全对应0201元件。同时从现在看,翻盖手机已经不是主流,直板和滑盖才是主流,这样一来,手机的pcb板面积可以相对宽松,0402元件已经足够小,可以长期占据主流位置。

手机显示屏会有所变化,因为3g要对应活动视频,这就必须要用tft-lcd屏幕,老式的stn-lcd屏每秒只能显示25帧,人眼看起来会有动画脱尾的感觉,而tft-lcd屏可以达到每秒30帧以上的显示速度,不会出现拖尾的现象。近期tft-lcd屏大降价,清晰度、对比度、亮度、色彩都比stn-lcd屏好很多。因此,即使没有3g,tft-lcd屏也会取代stn-lcd屏。目前已经有65%左右的手机使用tft-lcd屏。

再一个变化是手机电池,3g的高耗电特性需要大容量的电池,但是目前的锂电池容量已经接近极限,而燃料电池还遥遥无期。因此厂家更多地考虑如何降低耗电而不是提高电池容量,随着技术的发展,大概2-4年内,3g手机的耗电会和2g相当。这也决定了3g手机通常都将是直板的大块头,以便容纳大容量的电池。

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