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掌握平板SoC四大關鍵!
Computex勇闖平板路

【作者: 鍾榮峯】   2011年06月09日 星期四

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平板裝置已成為今年全球電子產業眾所矚目的焦點,Computex展會各類平板裝置相互爭奇鬥艷,媒體平板(media tablet)和PC型平板(tablet PC)之間的瑜亮情節,也在此刻不斷發酵。行動系統單晶片架構(SoC)正是平板裝置的重要核心。綜觀當前平板SoC發展,有四大關鍵必須密切注意:(一)4核心行動SoC已開始起跑;(二)x86架構和MIPS急起直追挑戰ARM;(三)亞洲晶片商走出自己平板路;(四)大廠持續併購補齊行動SoC技術缺口。這四大關鍵將深刻影響著平板裝置的未來樣貌。


(一)4核心行動SoC鳴槍起跑!

媒體平板SoC處理器架構已是晶片大廠各路英雄爭相競逐的場域,目前平板裝置以雙核心SoC處理器為主流,然而包括德州儀器、高通、輝達(Nvidia)、英特爾、ST-Ericsson、美滿科技(Marvell)、飛思卡爾、三星電子、博通、超微、瑞薩行動、LG、ZiiLABS和威盛(VIA)等,都已起跑公佈3或4核心媒體平板SoC的發展藍圖。德儀、高通和ST-Ericsson以先進28奈米製程作為下一代平板SoC的起跑點,英特爾和超微則選擇以32奈米作為切入點,預估今年年底可量產化;博通和三星電子的平板SoC主攻45/40奈米,預計今年第3季可進入量產階段;輝達則是採取先推出40奈米平板SoC、明年下半年改採28奈米製程的過渡策略。


已經宣佈推出3或4核心SoC的晶片大廠,多採用ARM的低功耗處理核心,德儀、ST-Ericsson和LG以Cortex-A15為基礎,輝達、飛思卡爾、博通、瑞薩行動和ZiiLABS則是以Cortex-A9為主,ARM集團在媒體平板平台已形成兵強馬壯之勢,延伸以往在智慧手機處理平台的既有主導地位。


(二)x86和MIPS急起直追挑戰ARM

不過另一方面,英特爾、超微和威盛等x86架構處理器大廠,也已公佈多核心SoC發展藍圖,除積極搶攻PC版平板領域外,也有直取媒體平板的企圖心,對於ARM集團來說,自有不可輕忽的威脅性。加上英特爾近日宣佈最新三閘極電晶體(Tri-Gate transistor)技術已可進入量產化,採用此技術的最新Ivy Bridge晶片,預計將在今年年底出貨給OEM廠商,相關產品可在2012年初問世。對於強調處理核心低功耗優勢的ARM來說,也絕對不是一個好消息。而ARM想要迂迴滲透到英特爾老巢PC/NB的計畫,也可能會受到一定程度的阻礙。


挑戰ARM低功耗 英特爾三閘極電晶體助威

英特爾的三閘極電晶體技術宣稱採用22奈米製程、以3D IC架構為基礎,比起32奈米製程的平面雙閘極電晶體技術,可降低超過50%的功耗,並且提高18~37%的處理效能,製程成本也不過微幅提高了2~3%。


相較於台積電和IBM主要競爭對手,由於三閘極技術先行一步量產化,英特爾已經擁有2~3年的領先差距;加上三閘極電晶體不必再沿用絕緣層上覆矽SOI(silicon-on-insulator)架構,更可讓成本有效降低許多;而三閘極電晶體技術可繼續適用於20奈米以下次世代微影製程階段。


因此,三閘極電晶體技術的量產化,提高了英特爾Atom平台進攻媒體平板的戰鬥力,也強化了在傳統PC/NB領地的防禦能力。英特爾以往在這裡擁有超過80%市佔率的絕對優勢,Wintel聯盟更是讓其他「小三」沒有插手空間。不過微軟在CES展會期間宣佈將支援ARM架構,以往堅不可摧的Wintel聯盟出現了關鍵性的缺口,讓擁有低功耗處理核心優勢的ARM,有了可趁之機得以切入行動筆電和PC型平板領域。


現在,英特爾的新一代x86處理核心有能力在低功耗部份與ARM一較高下,反過頭來對於ARM在媒體平板領域的霸主地位產生威脅,更可抵禦ARM挾低功耗優勢大舉揮軍自家老巢的衝擊。


多執行緒當利器 MIPS力拱 64位元處理核心

不讓ARM在媒體平板領域獨占鰲頭,MIPS也以多執行緒和單週期多路指令並行發射技術當利器,計畫在今年第3季推出名為Prodigy的64位元處理器核心方案。


毫不掩飾地,MIPS認為64位元及多執行緒技術,才能真正滿足平板裝置同步多工的負荷需求,也會是平板SoC處理核心的主流趨勢。MIPS直接講明Prodigy就是要挑戰能支援擴充記憶體定址技術的ARM 32位元Cortex A15處理架構,能夠突破32位元對於記憶體定址能力的限制,長遠目標就是能夠在行動裝置領域佔有一席之地。現在包括Android、Linux以及Wind River的VxWorks等三類作業系統和框架,都已經開始支援MIPS 64位元處理器架構。


(三)走自己平板路 亞洲晶片商不缺席

在ARM集團和英特爾大舉進軍媒體平板之際,包括中國、新加坡和台灣本土晶片廠商也不落人後地針對平板系統推出2~4核心SoC處理器架構,欲在今年競爭激烈的平板市場積極卡位。


多晶片模組開道 威盛推4核心處理器

台灣威盛電子不讓其他大廠專美於前,近日公佈了最新款4核心處理器架構Nano QuadCore L4700。L4700採用2個以自己開發的Isaiah處理核心為基礎的Nano X2雙核心處理器,封裝成一顆21×21公釐尺寸的4核心多晶片模組(Multu-Chip Module;MCM)架構,並不是在單一晶片上整合4顆處理核心;而2個雙核心處理器,是透過V4匯流排連接傳輸,速率可達1333MHz。


正因為4核心MCM多晶片模組架構不同於其他晶片大廠的多核心處理器設計,因此處理效能大概維持在1.2GHz左右,不過藉由威盛自己研發出的自適應超時脈技術(Adaptive Overclocking),可以將處理時脈拉高到1.47GHz。不過降低熱功耗的程度僅在27.5W,相對其他競爭對手的產品功耗仍較高,還有改善的空間。


可以預期的是,威盛藉由這款4核心處理器,要在媒體平板領域佔有一席之地。儘管目前威盛在x86處理器市場的市佔率只有0.3%,市場也認為此款處理器總體效能與同為x86架構的英特爾Atom和AMD的Brazos相比,可能還有一段差距。但媒體平板市場提供威盛一個難得的發展契機,此時推出4核心處理架構,對於威盛來說更代表著邁向新局的第一步。


當仁不讓 中國和新加坡攻平板SoC

另一方面,中國本土晶片廠商新岸線(Nufront)近日便公佈採用40奈米製程、以ARM Cortex-A9處理核心為基礎的雙核心平板系統單晶片NuSmart 2816,整合自家2D/3D繪圖處理核心,宣稱效能可達到2.0GHz,在1.6GHz處理效能時功耗只需要2W。新岸線也已經開發出自家的媒體平板樣品,以NuSmart 2816處理器為基礎,搭配8吋投射電容式多點觸控螢幕,內建支援Android 3.0 Honeycomb的作業框架。市場上認為Nufront此款平板處理器的效能可與Nvidia的Tegra 2相抗衡。


而新加坡晶片商Creative Technology旗下全資子公司ZiiLABS,也針對媒體平板推出以自家Zii處理器為基礎的雙核心ZMS-20和4核心ZMS-40系統單晶片產品。ZMS-20也是以ARM的Cortex-A9為處理核心,效能可達到1.5GHz,整合48個Stemcell多媒體核心。而4核心ZMS-40更整合了96個多媒體核心,因此Creative Technology宣稱處理效能可達6GHz。ZiiLABS也進一步推出可支援Android 3.0作業框架的平板樣品。


(四)持續併購 大廠補齊行動SoC缺口

正因為行動SoC是媒體平板和PC型平板的核心架構,因此除了應用處理器和繪圖晶片之外,無線網通技術更是行動SoC技術版圖不可或缺的一塊,必須掌握基頻、射頻收發和功率放大、以及各類無線連結技術關鍵。晶片大廠在行動SoC的技術整合度和自主能力,更是攸關能否具備先發制人的競爭實力,在平板裝置領域站穩先機。


五大廠補齊平板SoC版圖

2月初英特爾併購英飛凌手機事業部門成立Intel Mobile Communications,取得基頻和3G/HSPA/LTE射頻收發關鍵技術,在射頻單晶片整合技術上有突破性進展,補齊了平板行動SoC的版圖缺口。另外高通宣佈併購Atheros將取得在Wi-Fi、藍牙和GPS等無線連結技術的能力,搭配自身在3G/HSPA/LTE基頻和射頻收發的優勢,在平板行動SoC的自主技術版圖也將大功告成。博通、ST-Ericsson和美滿科技(Marvell)也都完備了應用處理器、基頻、射頻和無線連結的技術能力,在平板行動SoC階段取得先發制人的戰略位置。


併購Icera軟體基頻 Nvidia吃下大補丸

在如此競爭激烈的客觀情勢下,輝達(Nvidia)近日透過併購英國基頻和射頻晶片設計廠商Icera,也大幅縮短與對手之間的差距,可說是順勢而為的決定。Nvidia藉此也補足基頻和射頻關鍵技術的空缺,結合自身正在進行中的4核心Project KAL-EL行動SoC規劃,積極展現搶攻平板裝置的高度企圖心。


Nvidia願意出錢併購Icera,除了自身的策略考量外,Icera條件符合Nvidia需求也是主因。Icera藉由軟體動態地重新配置(reconfigurability)支援各類無線網通規格的模式,結合自身開發的可編程基頻架構DXP,建立一套所謂軟體基頻(software baseband)設計方案,具有縮小尺寸和降低功耗的技術優勢;藉由軟體動態地重新配置模式支援各類無線網通規格,更可進一步降低功耗。


再者Icera不僅陸續推出GSM/GPRS/EDGE/W-CDMA/HSPA+等基頻設計,同時也掌握LTE基頻晶片組關鍵技術,且同樣也是委由台積電代工,今年預估可從40奈米進入28奈米製程,在製程演進上不僅與Nvidia相輔相成,也可協助Nvidia快速掌握LTE基頻技術的發展需求。因此市場預估併購Icera對於Nvidia設計整合應用處理器和基頻晶片的行動SoC架構,進一步取得媒體平板的設計採用(design wins),有非常大的幫助。


亞洲晶片商勇闖平板處理器!<製表整理:鍾榮峯>

處理器廠商

台灣威盛電子(VIA)
Nano QuadCore L4700

中國新岸線
(Nufront)
NuSmart 2816

新加坡ZiiLABS

ZMS-20

ZMS-40

多核心

4核心MCM

雙核心

雙核心

4核心

處理核心

Nano X2;x86

ARM Cortex-A9

ARM Cortex-A9

ARM Cortex-A9

處理效能

1.2GHz

2.0GHz

1.5GHz

6GHz

晶片製程

40奈米

40奈米

 

 

搭配作業系統

 

Android 3.0

Android 3.0


行動SoC就位 平板競賽熱鬧滾滾!

在四大發展趨勢帶動下,平板SoC大廠已陸續就定位,準備在媒體平板和PC型平板路上全力衝刺。看起來媒體平板來勢洶洶,不過傳統筆電大廠也推出PC型平板與之相抗衡。但這兩條平板路,哪一條能走得平順達到終點,讓用心良苦的晶片大廠能夠展現勝利的微笑?


兩種平板大不同

從系統角度來看,媒體平板和PC型平板之間在許多面向上有顯著的區隔。在軟硬體規格上,蘋果iPad、摩托羅拉Xoom和三星電子Galaxy Tab所代表的媒體平板,是以ARM處理核心的行動SoC與行動作業系統整合平台為基礎的裝置,多首選採用觸控人機介面。而PC型平板則是採用平板和鍵盤可隨插抽換的混合式尺寸規格,多以英特爾的Atom或是其他x86架構處理器為核心,搭配諸如Windows 7、Linux或是Mac OS等全PC等級的作業系統。


另外在應用層面上,媒體平板是以瀏覽多媒體視訊和網際網路應用為主,因此也隨之帶動觸控介面的蓬勃發展。媒體平板被認為是放大版的智慧型手機,並非是隨意的類比,而是其來有自。相對地,PC型平板雖然也搭配觸控功能,不過PC型平板的內在困境也開始浮現,例如過慢的開機時間、對於觸控介面軟硬體整合應用的反應不足等。


媒體平板將取得主導地位

從市場角度來觀察,目前以iPad為首的媒體平板,出貨量已經超過2500萬台。儘管PC型平板仍有一定的市場需求,不過媒體平板將以壓倒性優勢主導平板市場。原因在於平板裝置的目的是提供消費者多媒體娛樂的平台。亦即,使用者大量傳遞消費多媒體資料的應用趨勢,而不是以往輸入處理資料內容的模式,成為媒體平板開枝散葉的肥沃土壤。這是媒體平板得以勝出掌握市場趨勢很重要的關鍵。


PC型平板自有一片天

雖然如此,PC型平板仍會有自己的一席之地。傳統筆電大廠所推出的混合式PC型平板,結合多媒體應用和既有PC資料處理的雙重功能,讓以往長期習慣於傳統PC環境下處理大量資料的使用者來說,也可說是一兼兩顧的替代方案。消費者藉由混合式PC型平板,也能接觸到行動裝置容易親近的使用特性。透過擴充底座(docking station)的無線連結功能,原本扮演媒體平板應用的混合式PC型平板,可架構出一套可支援全作業功能的行動筆電環境。


不過針對提高作業應用,媒體平板也開始增加資料處理功能、以及擴大與雲端資料庫連結的能力,媒體平板從大量使用多媒體資料轉向資料處理,剛只是處於萌芽階段,是否會朝向明顯的轉變,目前仍無法論斷。


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