移動設備節(jié)能要求日增，PMIC功能/制程大改進

　　行動裝置系統(tǒng)耗電量可望顯著下降。處理器、電源管理晶片（PMIC）與感測器業(yè)者正分頭布局行動裝置應用處理器和螢幕省電方案，包括新一代CPU/GPU 協(xié)同運算和big.LITTLE大小核設計架構、面板自動刷新、高整合度PMIC，以及主動調節(jié)背光源（PRISM）等節(jié)能技術，皆是相關業(yè)者今年的產品發(fā)展重點。

　　晶片大廠競相出招　手機AP/顯示器功耗大減

　　拓墣產業(yè)研究所半導體中心研究員許漢州（圖1）表示，手機螢幕和應用處理器功耗各占約30？60%系統(tǒng)耗電量，因此要延長續(xù)航力勢必從這兩方面著手。在處理器部分，高通（Qualcomm）、叁星（Samsung）、聯(lián)發(fā)科及安謀國際（ARM）正致力革新晶片設計，除共同推動中央處理器（CPU）、繪圖處理器（GPU）協(xié)同運算的異質系統(tǒng)架構（HSA）標準，減輕CPU負擔與耗電外，亦相繼推出高效能CPU核心搭配低功耗核心的big.LITTLE方案，更進一步減少處理器漏電流與動態(tài)功耗。

　　隨著處理器規(guī)格轉變，PMIC業(yè)者亦緊鑼密鼓研發(fā)新一代電源管理技術，除因應big.LITTLE大小核心切換需求，推升PMIC的電壓、電流動態(tài)調整速度外，也將發(fā)展大電流輸出方案，以滿足HSA處理器同時驅動CPU、GPU等異質核心的供電需求。

　　至于螢幕節(jié)能方面，許漢州指出，輝達（NVIDIA）已在最新行動處理器平臺中導入第二代PRISM技術；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，由處理器動態(tài)調整LED背光源亮度，進而省下40%顯示器功耗。

　　許漢州透露，一線處理器大廠亦計畫在下一代產品中，導入eDP 1.3版的PSR功能，讓GPU在螢幕畫面靜止時休眠，直接由顯示面板的時序控制器（TCON）執(zhí)行資料更新，以節(jié)省面板傳輸介面的耗電量。

　　除改良硬體設計外，要確實降低系統(tǒng)功耗還須軟體的配合。益華電腦（Cadence）亞太區(qū)技術協(xié)理張永專（圖2）指出，由于處理器邁向多核心、大小核混搭架構，因而產生更細、更復雜的電源管理區(qū)塊，驅動處理器、電源晶片和電子設計自動化（EDA）工具商提出新的低功耗電源管理技術，包括動態(tài)電壓頻率調整 （DVFS）、CCOpt（Clock Concurrent Optimization）和MBCI（Multi-bit Cell Inferencing）等。

　　張永專分析，處理器中尤以時脈樹（Clock Tree）的運作功耗最高，係邁向節(jié)能的首要關鍵；對此，益華已開發(fā)一套系統(tǒng)層級功耗管理工具，包括處理器核心配置、電源模擬與驗證機制等，可協(xié)助晶片商精確掌握時脈樹工作狀況，進而改善多核心處理器電路布局，實現(xiàn)低功耗設計。

　　值此同時，處理器導入28奈米以下先進製程后，漏電流問題對晶片輕載耗電量影響將更加突顯，因此，張永專透露，益華已與臺積電、安謀國際合作，針對28、20和14奈米晶片漏電流進行優(yōu)化，未來益華將在新一代EDA工具中導入漏電流演算法，協(xié)助晶片商解決輕載耗電問題。

　　平板解析度/性能激增　PMIC拓撲架構大換血

　　除手機電源方案加速改朝換代外，平板PMIC亦隨著螢幕解析度、系統(tǒng)運算效能大增，規(guī)格不斷升級；相關晶片商除致力推升產品整合度外，更開始導入筆電電源拓撲，以及手機PMIC的封裝技術，期縮減導通損耗與零組件用量，進而提高轉換效率。

　　安恩科技（iML）應用技術部資深經(jīng)理高進發(fā)（圖3）表示，平板PMIC將逐漸引進高階電源拓撲設計架構，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，進而提高裝置電源轉換效率。

　　高進發(fā)進一步指出，自從new iPad推出以來，平板已全面邁向全高畫質（FHD）以上的螢幕解析度設計，由于背光模組、面板驅動的復雜度大增，因此儘管其PMIC導入高階拓撲將增加成本，相關晶片商仍義無反顧投入研發(fā)，并逐步將PMIC介面改為I2C可編程設計，以優(yōu)化面板調光、開關等參數(shù)的調整機制。

　　據(jù)悉，同步整流拓撲在筆電電源晶片中已行之有年，平板PMIC改搭此一架構后，將可改善約3？5%的轉換效率。另外，PMIC導入橋式整流器結構亦有助精簡面板供電步驟，可直接由電池輸入端取得電力，進而縮減電力轉換耗損。

　　高進發(fā)更透露，愈來愈多電源晶片商在中小尺寸面板電源管理方案中，採用PMIC整合位準轉換器（Level Shifter）的設計，主要係友達、群創(chuàng)等面板廠跟進韓系廠商策略，將閘極驅動器（Gate Driver）電路直接內嵌在面板中，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動器整合的位準轉換器獨立出來，PMIC廠為進一步改善系統(tǒng)功耗與體積，遂開始整合其他分離的電源切換元件。

　　不僅如此，在手機平板化的設計趨勢帶動下，品牌廠對通用型PMIC的需求也更加殷切，已吸引晶片商大舉投入研發(fā)高整合度、小尺寸PMIC，并發(fā)展新興電源管理系統(tǒng)布局方式，以同時改善電源效率、占位空間和散熱機制，協(xié)助行動裝置製造商快速開發(fā)手機、平板和平板手機（Phablet）等多樣尺寸產品。