現在，許多關注無線通訊、手機技術的人都已感受到，無線通訊晶片、手機晶片正上演著多模風潮，例如原本是藍牙（Bluetooth，以下簡稱：BT）通訊1顆晶片、Wi-Fi另1顆晶片，而今1顆晶片就同時具有2種功效，或如原有1顆手機晶片僅支援CDMA2000，另1顆手機晶片也僅支援UMTS（即所謂的3G），而今卻有1顆晶片能同時支援CDMA2000與UMTS，這些都是多模趨勢的例證。

為何會出現多模風？通常會形成何種多模？多模晶片的設計製造與過往有何不同？多模晶片應用時有何不同？本文將對此進行更多討論。

多模風為何而起？

多模風會出現的原因之一，是各種無線技術標準多已到位，且後續的新標準不如過去般容易推行，在各標準無法持續向上推升的情況下，只好從垂直發展轉向水平開發展，進行相關無線功效的整合。

舉例來說，BT在完成2.0標準後，使用超寬頻（Ultra-Wideband；UWB）技術的新版標準（一般稱為Bluetooth 3.0）短時間無法成形，往後2、3年時間依然會以2.0為主流。同樣的，Wi-Fi的新版標準：11n也遲遲無法定案，一直處於草版階段，合乎草版標準的產品也銷售不如預期，許多用戶依然使用更早先的11g，因此現在許多通訊晶片開始將BT 2.0與Wi-Fi 11g整併成1顆晶片，由1顆晶片同時提供2種功效、2種模式。

《圖一　美國TI（德儀）公司的WiLink 6.0解決方案的功能方塊圖，圖中可見WLAN（即是指Wi-Fi）與Blutooth的基頻（BB）、媒控（MAC）、射頻（Radio）等電路都已在晶片內合一化設計，而晶片外的類比前端（Front End）、濾波器、天線等也是共用。相對的，晶片內雖具備FM調頻收音機功效，但各部分都自成一體，未與WLAN、Bluetooth融合。》

資料來源: 圖片來源：www.ti.com

無線通訊如此，無線廣播也類似，原本的數位廣播晶片僅支援DAB，且為了相容今日普遍使用的類比廣播，所以也加入了FM調頻功效，然DAB以收聽為主，且以歐洲使用居多，後續發展動能減少，因此開始有業者加入T-DMB，T-DMB可傳遞語音、數據、視訊，如此1顆晶片內就同時有FM、DAB、T-DMB等多種（模式）功效。

再從另一角度看，由於半導體製程持續縮密，縮密後所多出來的電路面積不知如何耗用，自然用來整合更多功效，多模風大體因此而生。當然，此風也讓晶片業者能標榜相同晶片價格卻具備更多功效，用戶（無線應用產品的設計者、製造商）也覺得加值，亦是此風助長的原因。

多模化典範不勝枚舉

除上述理由外，另一個支持通訊晶片多模化發展的趨勢是：固網通訊與移動通訊的融合（Fixed Mobile Convergence；FMC）、數據通訊與語音通訊的融合、封包式通訊與切換式通訊的融合，而多模化能加速這些融合。

舉例來說，具有UMA（Unlicensed Mobile Access）功效的手機一旦位在Wi-Fi無線存取點（Access Point；AP）的覆蓋範圍內，使用者就可改用Wi-Fi的數據傳輸來進行通話，而不是透過無線基地台（Base Station；BS）來通話，如此可節費，而同時具有3G與Wi-Fi的多模晶片將比不具多模的晶片更易實現UMA。

同樣的，現在正熱門的Femtocell，其一端是無線的Wi-Fi、3G或者是WiMAX，另一端是固接的ADSL或Cable Modem，同時跨2種以上的網路則以多模晶片較合適。此外BT除了有意將實體層技術改換成UWB外，也有意改換成Wi-Fi，即是用Wi-Fi的實體層傳輸，但實體層以上的仍是BT的協定及資料，如此可加速BT的傳輸，而多模晶片也較適合實現此種應用。

《圖二　英國Frontier Silicon公司的3頻、2模射頻接收晶片：Apollo FS1110，由圖中可見該晶片用切換方式支援3個頻段，以及支援歐洲DAB與南韓T-DMB等2種模式。》

資料來源:圖片來源：www.frontier-silicon.com

還有，無線衛星接收的導航定位晶片也是走多模風，過去僅以美國GPS為主，而今有的晶片在GPS外也追加支援歐洲的Galileo（伽利略）定位系統，或追加A-GPS，以及其他輔助定位、讓定位更精準化的功效，這些也是多模化的表現，而無線數位電視接收晶片也是相同發展。

多模化的製程整合問題

瞭解多模趨勢與實例後，對晶片業者而言要如何實現多模晶片呢？

首先談論射頻（Radio Frequency；RF）部分，射頻部分通常先從相同頻段、相近頻段開始整合，或從應用相近開始整合，BT之所以與Wi-Fi整合為一，原因是兩者皆使用2.4GHz頻段，射頻及相關類比前端（Analog Front End；AFE）電路有很大程度可以共用，甚至是共用同1支收發天線。

《圖三　美國Broadcom（博通）公司的HSUPA（俗稱：3.75G）基頻處理器：BCM21551的功能方塊圖。由圖中可瞭解，即便手機/通訊晶片多模化發展，天線數目仍不易收斂，BCM21551的2G/3G需要1根天線、GPS要另1根、WLAN再1根、DTV再1根。》

資料來源: 圖片來源：www.broadcom.com

進一步的，晶片業者為了達到更高的整合度，會嘗試將原有各自獨立設計、生產、封裝的MAC（Media Access Control，媒體存取控制）晶片、RF晶片合併為一，而MAC部分已屬數位化，因此多是使用半導體最普遍、最標準的「矽材、CMOS結構」製程。

然RF方面為了追求無線通訊時的收發性能表現，使用砷化鎵（GaAs）材、鍺化矽（SiGe）等材料反而較矽（Si）為佳，同時BiCMOS結構也比CMOS結構理想，但這些材料與結構並不如Si材、CMOS結構的技術普及低廉，也不易與純數位的MAC晶片整合。

所以，將RF晶片電路改以標準CMOS方式實現，才便於與MAC整合，TI的數位射頻處理器（Digital Radio Processor；DRP）即是此種作法，將射頻電路盡可能數位化，並使用Si材、CMOS結構製造，如此不僅可與MAC晶片整合為一，進一步還能實現手機單晶片，甚至是低成本、超低成本（Ultra Low Cost；ULC）的手機單晶片。

多模化需要更高運算力、更多記憶體

無線通訊/廣播/手機晶片在多模化的過程中，MAC的硬體化程度與基頻處理器（Baseband Processor；BBP）的效能就變的比以前更重要。

如果MAC的硬體化程度不高，許多MAC的工作是交由處理器以軟體執行，則會增加處理器的功耗，以及降低處理器對其他工作的執行時間與反應速度。

以往若1個通訊晶片只具備一種通訊功效，則MAC的硬體化程度不需太高，部分工作可交由基頻處理器（即一般泛用型處理器）負責，然多模化後每種通訊標準的MAC也都屬於低度硬體化，則所有的運算負荷都會落到BBP上，BBP將會不勝負荷，輕則降低無線傳輸速率、使影音不流暢，重則根本不可行。

《圖四　德國Infineon（英飛凌）公司的低成本、雙模GSM/Wi-Fi手機平台：XMM1013，該平台的手機主控晶片為X-GOLD101，但X-GOLD101只具備GSM功效，Wi-Fi仍倚賴另一個WLAN單晶片，該單晶片包辦BB、MAC、RF等工作，並使用印刷式天線，然GSM功效另有天線。》

資料來源:圖片來源：www.infineon.com

因此，解決方式是選擇將各模所用的MAC高度硬體化，或者是增加BBP的運算效能，前者會增加電路面積，後者則多半會增加BBP的運作時脈，前者需要較長的驗證時間且錯誤後難以修正，晶片生產時也要較高的成本但執行時卻較精省電能，相反的，提高BBP效能的驗證時間短、錯誤可直接以韌/軟體更新來修正，晶片生產時成本較低，但執行時較耗電能，兩者必須權衡選擇。

此外，多模也意味著韌體程式的存放空間要增加，記憶體執行空間要增加，對此許多晶片業者將快閃記體體（Flash Memory）的結構從SLC（Single Level Cell）改換成MLC（Multiple Level Cell）結構，以增加程式存放容量，而耗電的4T SRAM也換成DRAM結構的1T SRAM（也稱：偽SRAM，Pseudo SRAM），以增加程式執行空間。

結尾

最後，多模的整併風仍未結束，這股風潮仍持續中，然受益的是通訊應用產品的設計者、生產者、及使用者。試想：手機廠商大量生產可收看數位電視的手機，該手機不僅可收看歐規的數位電視，也可收看美規、韓規、日規、中規的數位電視，如此一機在手到各國都可隨手隨處看電視，廠商不用再生產多種合乎不同規格的手機，用戶也只要買1支手機即可遍行各地，多模化的發展正逐漸讓此種理想實現中。