移动设备节能要求日增，PMIC功能-制程大改进.doc

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1、移动设备节能要求日增，PMIC功能/制程大改进　　行动装置系统耗电量可望显着下降。处理器、电源管理晶片（PMIC）与感测器业者正分头布局行动装置应用处理器和萤幕省电方案，包括新一代CPU/GPU协同运算和big.LITTLE大小核设计架构、面板自动刷新、高整合度PMIC，以及主动调节背光源（PRISM）等节能技术，皆是相关业者今年的产品发展重点。　　　　晶片大厂竞相出招　手机AP/显示器功耗大减　　拓墣产业研究所半导体中心研究员许汉州（图1）表示，手机萤幕和应用处理器功耗各占约30？60%系统耗电量，因此要延长

2、续航力势必从这两方面着手。在处理器部分，高通（Qualcomm）、叁星（Samsung）、联发科及安谋国际（ARM）正致力革新晶片设计，除共同推动中央处理器（CPU）、绘图处理器（GPU）协同运算的异质系统架构（HSA）标準，减轻CPU负担与耗电外，亦相继推出高效能CPU核心搭配低功耗核心的big.LITTLE方案，更进一步减少处理器漏电流与动态功耗。　　随着处理器规格转变，PMIC业者亦紧锣密鼓研发新一代电源管理技术，除因应big.LITTLE大小核心切换需求，推升PMIC的电压、电流动态调整速度外，也将发展

3、大电流输出方案，以满足HSA处理器同时驱动CPU、GPU等异质核心的供电需求。　　至于萤幕节能方面，许汉州指出，辉达（NVIDIA）已在最新行动处理器平台中导入第二代PRISM技术；该方案透过多核心GPU加高阶影像演算法，将画面切割成不同区块并侦测明暗变化，由处理器动态调整LED背光源亮度，进而省下40%显示器功耗。　　许汉州透露，一线处理器大厂亦计画在下一代产品中，导入eDP1.3版的PSR功能，让GPU在萤幕画面静止时休眠，直接由显示面板的时序控制器（TCON）执行资料更新，以节省面板传输介面的耗电量。　　

4、除改良硬体设计外，要确实降低系统功耗还须软体的配合。益华电脑（Cadence）亚太区技术协理张永专（图2）指出，由于处理器迈向多核心、大小核混搭架构，因而产生更细、更复杂的电源管理区块，驱动处理器、电源晶片和电子设计自动化（EDA）工具商提出新的低功耗电源管理技术，包括动态电压频率调整（DVFS）、CCOpt（ClockConcurrentOpTImizaTIon）和MBCI（MulTI-bitCellInferencing）等。　　张永专分析，处理器中尤以时脉树（ClockTree）的运作功耗最高，係迈向节能

5、的首要关键；对此，益华已开发一套系统层级功耗管理工具，包括处理器核心配置、电源模拟与验证机制等，可协助晶片商精确掌握时脉树工作状况，进而改善多核心处理器电路布局，实现低功耗设计。　　值此同时，处理器导入28奈米以下先进製程后，漏电流问题对晶片轻载耗电量影响将更加突显，因此，张永专透露，益华已与台积电、安谋国际合作，针对28、20和14奈米晶片漏电流进行优化，未来益华将在新一代EDA工具中导入漏电流演算法，协助晶片商解决轻载耗电问题。　　平板解析度/性能激增　PMIC拓扑架构大换血　　除手机电源方案加速改朝换代外

6、，平板PMIC亦随着萤幕解析度、系统运算效能大增，规格不断升级；相关晶片商除致力推升产品整合度外，更开始导入笔电电源拓扑，以及手机PMIC的封装技术，期缩减导通损耗与零组件用量，进而提高转换效率。　　安恩科技（iML）应用技术部资深经理高进发（图3）表示，平板PMIC将逐渐引进高阶电源拓扑设计架构，包括以往在笔电电源晶片中採用的桥式整流器（BridgeRegulator）、同步整流方案，以及新一代单电感多重输出（SingleInductorMulTIpleOutput）技术，进而提高装置电源转换效率。　　高进发

7、进一步指出，自从newiPad推出以来，平板已全面迈向全高画质（FHD）以上的萤幕解析度设计，由于背光模组、面板驱动的复杂度大增，因此儘管其PMIC导入高阶拓扑将增加成本，相关晶片商仍义无反顾投入研发，并逐步将PMIC介面改为I2C可编程设计，以优化面板调光、开关等参数的调整机制。　　据悉，同步整流拓扑在笔电电源晶片中已行之有年，平板PMIC改搭此一架构后，将可改善约3？5%的转换效率。另外，PMIC导入桥式整流器结构亦有助精简面板供电步骤，可直接由电池输入端取得电力，进而缩减电力转换耗损。　　高进发更透露，愈

8、来愈多电源晶片商在中小尺寸面板电源管理方案中，採用PMIC整合位準转换器（LevelShifter）的设计，主要係友达、群创等面板厂跟进韩系厂商策略，将闸极驱动器（GateDriver）电路直接内嵌在面板中，开发GIP（GateinPanel）方案提高组装灵活性，使过去大多与闸极驱动器整合的位準转换器独立出来，PMIC厂为进一步改善系统功耗与体积，遂开始整合其他分离的电源切换元件。