3G手机技术发展与设计架构(1)
当2G繁华日渐消退、3G曙光显现之际，3G通讯竞争则是充满变数；展望未来，3G技术谁将主宰沉浮？摊开各大市调研究机构对于行动通讯报告，从中不难发现对3G手机发展大都抱持乐观想法。例如，行动电话半导体市场在2009年时规模将上看400亿美元，3G手机用晶片数量也远高于目前2G手机…等趋势。
虽然还没有一个单位或专家能精确地预测出3G行动电话大展鸿图时刻，但…众多通讯业者早已虎视眈眈，专心研发自家产品，期望能在下一个手机新通讯时代中佔有一席之地。
随着UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）手机（涵盖日本以亚洲所称的「W-CDMA」以及欧规TD-CDMA的「UMTS TDD」），已在2005年逐渐发展出其概略雏形，并在2006年其趋势已大势底定。因此，可以见到各级3G晶片大厂开始针对3G市场做了各式佈局，以便在市场成熟之际来个躬逢其盛。比方说，在3G晶片最受瞩目的德州仪器（TI）及高通（Qualcomm）龙头宝座竞争值得期待之外，另有易利信手机技术平台事业部（EMP）、飞思卡尔（Freescale）、英飞凌（Infineon）及Agere等业者也都来头不小，大举进驻3G晶片市场。甚至在全球个人电脑销售逐渐趋缓下，IT巨人英特尔（Intel）也挟着雄厚研发实力及人脉，试图进攻3G手机用处理器市场。
■收购重组、策略投资 全面攻略3G巨大商机
事实上，以英飞凌、飞思卡尔…等厂商在3G晶片市场积极与耀眼表现，除了能够挥别过去2G／2.5G通讯时代独大厂商垄断阴影，更能为自家厂商发展出另一番格局。不过…要能进入3G晶片市场不是一件简单的事情，这些厂商要能快速发展出既成熟又创新解决方案之际，还得要面对德州仪器及高通两大主力在市场上的挑战。
3G手机现在已经可以被归类为一项应用平台，无论是客户还是电信运营商都可以做多种配置的选择，例如：影像传输、MP3播放、通话等功能都能藉由这个平台来加以实现。在如此激烈地竞争之下，当国际级厂商发展到某种程度时，难免总会出现创新匮乏；因此，便有了合併／收购趋势，再向下细分领域具有创新技术的小中型厂商，将可扩大厂商的创新研发能力的最佳途径，也是3G厂商藉以增加知识产权优势一种方式。至于这些被合併／收购的中小型厂商来说，当在市场上发展到一定规模后，欲再进一步提升，将可能面临到技术门槛、资金缺口及市场行销等多方面限制，若能以合併／收购方式，或许能寻觅到一个可靠的大公司，这也不失为是一项明智抉择。
在产业发展过程中，收购途径或许是厂商发展的一项自然法则；不过话说回来，单以收购方式来加快进入市场速度，相对而言其成本也相当可观。因此，除了收购方式之外，另外再建构合资企业，除了可以共同研拟市场投资战略，还能建立战略联盟，也是一项具时效性的方法。当3G手机跨足商机巨大通讯市场之际，晶片厂商自然而然地透过收购重组、策略投资及战略合作…等动作，藉此擘划出3G市场的另一项技术法则，将使通讯半导体领域竞争日趋白热化。
■从应用面角度来看3G行动通讯技术发展
至今，3G行动电话晶片厂商所开发的解决方案，大致上以两个方向为主。其一，因应成本考量，则是以基本功能、低成本发展，怎样设计方式能够降低成本就以该设计方式为主体，不再另行设计过于复杂功能，以中、低阶应用需求消费族群为主。其二，在可接受成本范围之内，不断地增加更多应用项目，资料传输速度更快，终端服务更趋完备，主要面对的是中、高阶应用消费族群。一般来说，3G行动通讯将会以上述两种方式持续进展，我并不觉得一定谁会取代谁。这就像电脑产业中的Celeron低成本解决方案及Pentium高性能晶片相类似，分别佔有其广泛应用市场。
▲针对价格敏感3G市场解决方案，未来不会只是提供语音业务为主要市场，即使保留基本功能也超越2G所能达到的性能，使终端消费者尽享3G通讯功能。（刘家任摄影）
从应用面的角度来思考，3G通讯应用主要服务是集中在数据传输方面，提供符合使用者能够接受的高速网路服务；不过，还是有其差异性。比方说应用在互动式影像电话、数位广播电视等多媒体整合，就可以被归类到高阶应用，是新一代行动通讯技术；若只是要求能够拥有较佳通话等基本功能要求，则属于低阶应用，主要和2G／2.5G行动通讯相互竞争。虽然3G手机所耗费成本高，不过3G频谱利用率较高，因此通话费用将比2G来得低上许多。不过，倘若3G技术只是用在低阶行动通讯，这便显得有点大材小用，无法体现出3G通讯的价值所在；虽然3G手机晶片所使用晶圆面积比2G晶片大，不过由于半导体工艺持续精进，加上晶片产生良率提升之后，手机制造成本就会下降到与目前所使用的2G／2.5G手机价格相去不远。
另外，若3G手机只用于高阶市场中，如此一来3G技术应用将有所侷限。因此，必须为各类型等级的应用市场提供种类齐全手机（超低成本ULC手机除外），其隐性的好处在于3G晶片制造业者所面对难题，便是如何针对不同功能及价格设计出等级差异的晶片组，晶片所能提供的功能将影响晶片尺寸，而晶片尺寸又与价格息息相关。
全球3G市场以那个应用层级作为市场主力，首先要先行了解市场容量及使用者对3G行动通讯的接受程度。目前，3G手机还是比2G手机贵上许多，价格高低将直接左右市场普及程度，当价格能够在量产中达到可以接受的程度，3G大众市场就会出现，预计会在2008年或者2009年之后，3G手机普及率将佔到全球手机销量的50％，2G及3G手机两者价格差异将会有所拉近，3G将成为运营商认可的技术。因此，在短期内还不会出现低成本需求，一旦这需求逐渐扩大，也就表示3G晶片集成度及对系统要求也必须有所提升。
■单晶片技术 手机晶片不变的发展模式
可以肯定的是3G行动通讯时代到来将唿应「多媒体行动电话应用」时机，举凡多媒体、游戏、影像传输、数位电视…等应用，都将成为3G手机标准配备，届时具备完善配套措施3G手机晶片设计端，则必须朝向强大多媒体整合功能。因此，目前主流晶片厂商分别在一定程度上加强了产品的多媒体功能，陆续有相关集成化产品推出。
▲为减少3G结合2.5G射频端技术成本，相较于成熟的2.5G射频元件可将改採用CMOS制程；而另一方面的3G射频元件则考量效能问题，则维持GaAs与CMOS制程方式并存。（资料来源：工研院IEK-ITIS计画）
另一方面，在单晶片技术持续成熟，加上晶片组也在厂商策略运作之下，手机晶片便走向单晶片方向来发展，就如同德州仪器所发展的GSM／GPRS单晶片行动电话设计方式，便能嗅出行动电话的单晶片技术已导入商业化应用，甚至在未来极有可能成为下一代行动电话晶片技术中的一股趋势。综观厂商所发展的单晶片技术，不但同时整合基频处理器、DSP、射频、电源管理、记忆体等元件，更藉由CMOS制程工艺应用，达到体积尺寸、低耗电量与成本控制等优点。除此之外，厂商也将此定位在新兴市场中的超低价手机技术，如：中国、印度等地区，在目前阶段看来，已逐渐获得手机相关系统市场厂商注意。将可预料行动电话单晶片技术，在未来3G行动通讯市场中有其影响力，并对其它想要或已经投入3G晶片设计厂商造成不小压力。
▲3G Wireless Function的单晶片解决方案。（资料来源：工研院IEK-ITIS计画）
以过去2G／2.5G晶片发展技术作为经验来观察，在中、低阶市场架构中，其晶片组设计以基频及射频方向作为整合，并以媒体处理器来分野出产品差异化特质。另外，在架构属性较为复杂，主要是以效能为高阶应用市场，则是往容易整合的数位逻辑电路来设计，以单晶片技术将基频处理器及应用处理器整合为一个单晶片，採用这项设计方式主要是为了提升晶片附加价值，方便以进行差异化设计，如：多功能、高效能、低耗电性或减少尺寸…等。
至于3G晶片组设计演进模式，目前重点是以成本作为导向中、低阶应用市场，仍将藉由基频处理器、射频与相关基本电路的整合来创造成本优势，虽然目前发展尚有技术门槛，但基于技术持续发展，加上工艺制程对于晶片功能与集成度的影响、演算法及电路设计技术都是发展过程相当重要的部份。而在着重在效能应用的高阶市场中，则藉由相关高阶处理器（基频与应用处理器）整合，进一步提昇晶片整体效能与并降低晶片耗电量（其发展及设计方式如下图所示）。
▲行动电话核心晶片发展技术蓝图，基频处理器（Baseband Processor；BBP）、应用处理器（Application Processor；A-CPU）。（资料来源：工研院IEK-ITIS计画）
■新一代手机通讯晶片竞争 谁将成为3G市场赢家？
未来3G行动通讯将会怎么发展？值得大家期待，不过相信3G手机终端产品发展后端，个性化设计需求将无可避免。换句话说，就是在手机功能特性、效能反应、外观设计…等各方面都会被使用者要求具备个性化。有鑑于此，半导体厂商必须要能设计出灵活的解决平台，而且在满足个性化需求的同时，还能使终端厂商获得规模效益。因而，晶片及终端设备厂商如何透过灵活技术，以软、硬体实现更多3G手机晶片应用开发设计，将个性化设计需求与大量生产良率两者合而为一，将是3G晶片厂首要面对的一项挑战。
再者，3G晶片产业谁最具有市场利基？许多产业专家不约而同地指出，在手机晶片多元化发展竞争下，将有利于打破过去垄断局面，而手机厂商也乐见这个态势。再看到飞思卡尔、英飞凌等厂商积极动作，欲在3G正式兴起的重要时机，能在晶片市场中添增本身的竞争筹码。严格来说，3G晶片市场不同于2G／2.5G时代，这是因为到目前为止还没有一家能够呈现绝对独大的情况；因此形成市场机会皆为均等，并拉到同一条起跑点上。而再经过3G手机市场重新洗牌之后，各级厂商持续投入3G手机市场耕耘力度，可以预期未来不论是3G手机，还是3G晶片市场中的拼搏，将更为激烈。(52RD.com)
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