3G时代手机元器件呈现四大走势

　　-水清木华研究中心 周彦武

　　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，CDMA 2000 1x、1x EV-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。

　　从图1上可以看出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

　　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、NanoAmp Solutions、瑞萨、美光、英飞凌和Cypress，他们力推Cellular RAM；第二派是东芝、富士通和NEC，他们力推COSMO RAM；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

　　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(bad blocks)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