在NB和PDA兩種產品類型中間，是否存在新產品的立足之地？微軟對此是抱持肯定的態度的，因此在平板電腦（Tablet PC）銷售不如預的態勢下，該公司在2006年3月仍與Intel一同再打出新的產品定位，也就是超級行動電腦（ultramobile PC；UMPC）。且來看看Intel是如何定義UMPC 2006的平臺規格的：UMPC的外型規格上，其重量應小於2磅（約900克），厚度小於1英吋，另採用4到7吋的LVDS WVGA（800x480）TFT觸控螢幕；在系統配置上，採用Intel的ULV Pentium M或Celeron M處理器，至少建置20GB的硬碟及256/400 MHz DDR2記憶體，可延伸內建一百萬畫素以上的相機模組；作業系統則可是Windows XP或Linux。更多樣的無線通訊功能已是電子產品的一大訴求，UMPC的規格上會內建的WLAN b/g模組及藍芽1.2模組，另可延伸建置手機通訊（GSM/GPRS/WCDMA）、無線電視（DVB-T/DVB-H）及GPS等無線應用功能。

從這些規格配置來看，UMPC確實是較小型的筆記型電腦，比起PDA有更完善的應用功能。它能執行一般較低階PC的大部分工作，包括音樂和影片播放、檔編輯、收發電子郵件和上網等等，更高檔些的UMPC則還能進行導航定位或收看無線電視。為縮小體積，UMPC並不具有鍵盤設計，初期規劃將搭載微軟Windows XP Tablet PC Edition 2005以及該公司的Touch Pack軟體，讓使用者得以用姆指鍵入螢幕上顯示的鍵盤。

這樣的規格與功能，應該有其需求的市場，不過，從價格與電池壽命來看，卻又讓消費者買不下手。目前上市的少數UMPC，動輒售價超過1000元美金，這已是中階NB的價格了；而在電池的使用性上，與NB相差無幾，只能維持3到5個小時，而且也還做不到預期的輕量級重量。這都讓它難以打動消費者的心。

UMPC的重量可以透過系統規劃來降低，產品的售價則有賴大量生產來降低成本，但在電池的續航力上，就是技術上的一大門檻，對於所有的可攜式及行動式產品來說，都是很大的考驗。電池的續航力由系統的功耗來決定，今日各種關鍵元件的功能大幅提升，但同時也是高功耗的殺手；伴隨高功耗元件及系統而來的，則是高熱的產生，以及採用散熱風扇所導致的噪音議題。這些都是影響UMPC使用滿意度的背後因素，也是本文探討的重點。

低功耗瓶頸：動態與靜態功耗

先來看看低功耗的設計議題。今日行動及可攜式產業面臨的最大挑戰之一，就是隨著設備功能的增加或提升，對於電力的需求也飛快地成長，然而電池的供電力雖逐年也有所成長，不過卻遠遠落後於市場需求。燃料電池等新的技術雖可望提供更大的供電力，但其商業化的腳步仍慢，因此業者只能自求多福，從各種可行的節能策略下手，包括從最微小的電晶體層級到晶片電路規劃、再到系統層級的記憶體讀寫，以及軟、硬體架構及演算法等各個面向，一一去做到低功耗、低洩露的省電策略及電源管理模式。

就節能的策略來說，電子產品的功耗來源不外乎動態功耗（Dynamic Power）和靜態功耗（Static Power），其中動態功耗是在運作狀態下因負載電容充放電、電流切換和電阻耗熱所產生的功耗，其公式如下：

《公式一》

從這個方程式中我們可以看出，動態功耗來自於負載電容充放電和電流的切換，其中電壓與功耗是平方關係，對功耗的直接影響最大，也就是說電壓愈高，相對的功耗也會以級數上升；高速的頻率同樣也是提升功耗的殺手。因此降低電壓與時脈是節省動態功耗的基本策略。

動態功耗一向是系統或晶片業者優先考慮降低的議題，但靜態功耗的影響已愈來愈難以忽視。靜態功耗是元件處於待機狀態時，因電流洩露而產生的功耗，其公式如下：

《公式二》

當元件處於待機休眠狀態時，電路本身難以避免會產生微小的電流釋放，造成持續性的耗電，這種靜態功耗和使用的製程、晶片尺寸和電晶體中的電壓有密切關係。隨著製程的微縮，靜態的洩露電流持續上升，在進入90奈米後，靜態功耗的提升更為快速，已是業者必須審慎因應的挑戰了，請參考(圖一)。

《圖一　靜態的電流洩露狀況隨製程進展而趨於嚴重》 資料來源：Freescale

低功耗設計技術

從動態及靜態功耗的基本認識上，我們再來看看業者的因應之道。首先是檢討造成高功耗的元兇，也就是CPU的架構。在不久前，Intel還以高時脈掛帥，但這導致該公司一頭撞向高功耗和高發熱的厚牆，因為時脈正是動態功耗提升的主因。兩年多前Intel還堅持開發新一代的Prescott Pentium 4，但它產生的功耗動輒超過100W，當時脈到達4GHz以上，耗電量可望上衝到200W左右。這在PC已是難以接受的高功耗，更惶論用在NB或UMPC上頭。

這迫使Intel不得不轉向擁抱雙核心的架構，並承認系統面的整合度才是保證效能的優先考量。雙核心架構似乎讓高時脈的問題獲得了解決，它能將耗電率降幅達 28%。但這只是暫時性的現象，因為就如同單核心一樣，降低的功耗還是會持續上升，因此我們看到Intel又積極開發下一代的四核心CPU。

多核心是降低功耗的一項策略，但從系統面來看，還有很多低功耗的作法可以搭配使用。其中一種是智慧性升降頻的技術，在Intel稱為EIST（Enhanced Intel SpeedStep Technology），在AMD則稱為PowerNow!（用於NB）以及Cool 'n Quiet（用於PC）。這種技術能夠根據不同的系統工作量自動調節處理器的電壓和頻率，以減少耗電量和發熱量。以Cool 'n Quiet來說，它被啟動後，處理器會以每秒30次的頻率偵察CPU的負載情況，並且針對偵察到的負載情況動態更改處理器的工作頻率和供給電壓；它能讓CPU的工作頻率最低可達1GHz，工作電壓只需1.1V，此時的功耗只有22W左右。不論是PC、NB或UMPC，運作的負載往往是有高有低，此種動態調整時脈、電壓的作法，對於節能有很大的幫助。

除了EIST外，在Intel最高階的Centrino雙核心行動運算技術中，為了提升電池的續航力，Intel還開發了進階電源控制 (Advanced Power Gating)、智慧型快取記憶體 (Smart Cache)、動態電源管理技術 (Dynamic Power Coordination)，和可動態調整快取記憶體的增強型進階休眠 (Enhanced Deeper Sleep with Dynamic Cache Sizing)等技術。這些技術雖仍未普遍使用於Intel各級的產品中，但大家對低功耗的需求是一致的，所以未來應會成為通用的技術，當然也適用於UMPC。

其實降低功耗的一大原則，就是為工作中的單位提供夠用的頻率及時脈就好，而對於用不到的單位，就讓它們進入待機的狀態。待機狀態的執行，正考驗著電源管理的技術，因為待機時的休眠程度愈深，就愈省電，但喚醒的時間相對也就愈長，因此需要有一套夠聰明的運作規劃。目前電腦系統有關閉監視器、系統待命、系統休眠、關閉硬碟等待機模式，但用在UMPC上則顯得不夠彈性，因此或許可以向行動設備的管理模式借鏡。以Freescale的i.MX31/i.MX31L應用處理器平台為例，它就將待機模式分為六種，其耗電與喚醒時間。請參考(圖二)：

《圖二　不同省電模式的耗電與喚醒時間比較》 資料來源：Freescale

除了從運作和待機的操作模式下手外，還有一些作法能有效降低電路層級的功耗。其中一種作法是改善個別電路閘的功耗（power-per-gate）。元件廠商可以在電路中採用兩種特殊的電晶體，即高臨限電壓（high-Vt）和低臨限電壓（low-Vt）電晶體。其中低臨限電壓是一種高速但電流洩露相對較高的電晶體，它適合用在強調效能表現的關鍵性時刻；高臨限電壓則是一種低速和低洩露性的電晶體，它能藉由降低電路關閉下的電流洩露來延長電池的壽命和預備（standby）的時間。

散熱與噪音管理

今日隨著電腦效能及功能不斷提升，其內部核心元件及設備的耗熱狀況也愈來愈嚴重，例如CPU的溫度可以達到40?C，而硬碟甚至可以達到50?C，這對於UMPC等可攜型裝置來說，必然得妥善處理高熱問題，才不會讓它成為燙手的產品。目前在散熱管理的技術上，一些較先進的做法包括無風扇設計、水冷式迴路等，受限於機構空間有限，都不適合UMPC的運用。因此，UMPC還是需要採用風扇來進行散熱，而且是採用NB用的徑流式風扇（radial fan），而非PC用的軸流式風扇（axial fan），因前者不需要有長通道的空間就能將熱帶走。

就UMPC的散熱規劃上，已強調採行動態的散熱管理技術，也就是透過系統風扇的動態最佳化調整、為處理器及晶片組配置高效率的散熱模組，甚至進一步以動態監控的技術來讓機殼不會提升到太高的溫度。在這方面，Intel已提出新一代的熱量及噪音管理技術，即IQST（Intel Quiet System Technology），此技術採用先進的控制演算法，儘量降低風扇速度的改變量，能夠有效的利用風扇和感測器，同時也能降低噪音的產生。

此外，Intel也提出先進速度控制（Advanced Speed Control；ASC）的機構設計新概念。在ACS中，機殼內會有一個智慧性的中心來監控所有的溫度、檢驗它的風扇來源、評估該以何種速度來執行風扇的運轉，以及如何依多組輸入值來進行決定。

這個智慧性的控制中心要知道系統中每一個晶片、處理器、記憶體控制器和I/O控制器的溫度，因為它們都會產生高熱。這個系統也需要透過機殼建置時操作的特性化程式來知道，當每個風扇以全速運轉、CPU在閒置與全速運作時的狀況，以及此時對於每個風扇的衝擊影響，進而決定出最佳化轉速及造成最小噪音衝擊的一套風扇組合。

在IQST或ACS的背後，有一些必要的新技術在支撐著，包括數位溫度感測器（Digital Thermal Sensor；DTS）、簡單序列傳輸（Simple Serial Transport；SST）匯流排，以及平台環境式控制介面（Platform Environmental Conrtol Interface；PECI）等。請參考(圖三)。

《圖三　支援IQST的新技術：PECI、DTS、SST》 資料來源：Intel

其中DTS是新的感測器，用來感測Intel CPU的溫度。相較於過去的溫度二極體（thermal diode；TD），它位於更接近熱源的位置，能夠感測到更真實的高熱狀況。DTS會將感測到溫度值後會將結果儲存在 CPU 暫存器中，再透過PECI介面將數據資料傳送出去。PECI就是專門用來報告CPU溫度的單線匯流排介面，它是SST協定的一個子集，由於不負責溝通電壓方面的資訊，在建置上更為容量。

SST則是風扇管理上相當重要的革新技術。基本上，它能改善傳統SMBus在傳輸速度太慢、噪訊問題嚴重以及傳送的資訊不夠準確等問題。但SST的好處不僅如此，SST匯流排技術還有能力為UMPC這類極重視散熱及噪音管理的產品，設計出真正的智慧型風扇系統。

過去機殼中的風扇多是各自為政，但透過單線SST匯流排，只需以最少的變化就能連接上未受控制的風扇，以及包括CPU、硬碟、電源供應器、高速視訊顯示卡、記憶體等各單元的溫度感測器，請參考(圖四)。在此架構下，包括記憶體和硬碟等熱源的功耗與熱量消散需求都可以被考慮到電腦的散熱系統運作當中。當系統了解到熱源的位置和機構中風扇的能力後，就能決定各個風扇的轉速及空氣的流動狀況，以取得最佳化的散熱效益。

《圖四　SST匯流排進行散熱與噪音控制的可行性下一步，元件可以在SST通訊上進行傳輸及回應》 資料來源：Andigilog

結論

在NB與PDA兩大產品類型之間，是否能殺出另一條被市場青睞的明星產品路線？這是Witnel（Window+Intel）陣營急欲證實的問題。在他們的思考中，是延著傳統PC、NB的開發觀點而來，也就是試圖提供通用型功能的產品，以強大的CPU與無所不包的作業系統來滿足所有人的需求。在此思考模式下，他們一直會遭遇到難以跨越縮小尺寸、降低成本和延長電池續航力等三道高牆的瓶頸。

面對這幾道高牆，Wintel陣營只有繼續投資開發技術，從電路、系統的動態及靜態功耗去下手，以更被複雜的電源管理策略來有效控管電力的消耗；在散熱與噪音方面，也得引進更前瞻的技術，從溫度感測、風扇控制、散熱模組到機構氣流等面向去一一解決問題。這些投資是必要、也是必然的，但對成本的掌控上是一負面的因素。

其實他們應該反過來向手機及消費性電子的產品設計理念學習。以一台手機來說，在小小的機構中，就能實現多樣化的通訊及影音娛樂功能，而且充電一次就可以使用數天的時間；在家庭的視聽環境中，只需靠搖控器就能滿足所有的操縱功能，而這些產品都能將產品降低到300～400美元以下，如果UMPC也就達到這種易操作、輕薄和低價的特性，甚至做到MIT尼葛洛龐帝所倡導的百元電腦境界，那又何愁產品不賣呢？

（作者為電子技術自由作家）