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终端芯片阅读:330

  终端芯片是指应用在终端设备上的芯片。这里的终端(Terminal),主要指通讯网络中的代表用户的节点,因此在很多场合也叫UE(User Equipment,用户设备)。

终端的类型和重要意义

  ICT(信息通信技术)在CMOS大规模集成电路成功商用后得到了快速发展,进入21世纪之后更是获得了突飞猛进的发展。作为ICT的新兴代表,移动互联网在2010年之后兴起,并呈现出了通信和计算机网络逐渐融合的趋势,形成了云-管-端的局面,这主要归功于智能终端的出现和移动通信技术和计算机网络的发展,其中起决定性作用的是端,智能终端在通信和应用能力上的突破带来了互联网从计算机到移动终端的转移。而智能终端的突破又主要归功硬件处理能力和操作系统,显然,硬件处理能力的提升仍然是依靠芯片。因为终端有很多类型,包括智能家居终端(如智能机顶盒)、行业通讯应用终端(如寻呼对讲)和蜂窝移动通信终端(如手机、数据卡、平板电脑),因此广义上终端芯片也包含很多种,这里我们以移动互联网的典型代表也是最重要的终端——智能手机,来介绍其需要的芯片。

架构

  智能手机的特点是可以运行操作系统,应用能力很强,在移动互联网中应用则要求通信能力也很强。其芯片主要包括通信处理器、应用处理器、协处理器、存储、射频、电源管理、扩展功能芯片和外设接口等芯片,一般认为通信处理器和应用处理器芯片为主芯片,而且它们经常以SoC单芯片的形式集成在一起。
  通信处理器负责手机与基站的通信,对手机和基站之间交互的信息进行处理。因为移动通信是通过无线电波进行信号传递的,因此手机收、发的信号都需要射频芯片进行中转处理,通信处理器负责基带数字信号处理,射频芯片负责模拟和射频信号处理,两者配合完成手机的通信任务。在常用的通信处理器设计中,一般会包括至少一个微处理器核或DSP核以及一个硬件加速器;硬件加速器负责调制解调、编解码,以及跟基站进行时间频率同步等工作,因为这部分工作对实时性要求很高,需要专门设计高速运行的硬件电路来实现;而微处理器和DSP内部集成电路的结构决定了:DSP擅长实现通信中的运算量大的算法,微处理器擅长控制和调度,两者结合在一起负责完成通信流程的控制和编码之前/解码之后的信息处理,实现移动通信比如4G(3.9G)LTE的大量协议;通常以协议栈软件的形式运行,因此具有灵活便于修改升级的优点。
  应用处理器负责运行手机的应用程序,比如音乐、视频、拍照、游戏、办公、第三方软件等,从而实现智能手机必须具有的丰富功能。同时作为主控芯片,还需要协调通信处理器、协处理器和外围接口一起配合,完成一个具体应用的所有关联动作,因为通信和应用之间的数据量非常大,集成在一起形成主控芯片,可以充分发挥SoC的好处。应用处理器同样以微处理器为核心,通常也会集成DSP核、硬件加速器,为特定的应用比如视频播放加速。
  协处理器一般是针对一些运算量大的场景,协助主控芯片完成计算处理任务,比如图形图像处理一般由专业的GPU来实现,从这个角度说,之前曾经热门的MP3、收音机、手机电视接收等芯片也算是协处理器。外围接口,比如USB、蓝牙、键盘、MMC/SD、LCD等控制器芯片,主要是为“人-机”和“机-机”提供操作和互连接口,还有一些分立器件,比如PA(功放)、ROM等,也是手机整机所需的芯片。另外还有一些附加功能,比如NFC芯片、北斗导航芯片、陀螺仪(MEMS)芯片等。
  可见,手机是目前当之无愧的各类芯片的集大成者,因为它不但要实现高速移动通讯,还要能运行传统计算机上的各种应用。这其中当数主控芯片最为重要,它也是手机成本里面的占最大比重者,有数据显示,主控芯片和射频、电源芯片的成本会占整个手机的30%。如前面所说,主控芯片通常由通信处理器和应用处理器组成,是设计规模最大、最复杂、工艺要求最高、更新换代最快的集成电路,并且体现出SOC的特点——IP集成、软件占比高。像上面提到的一些扩展功能如NFC和导航既可以单独构成芯片,也可以集成在主控SoC芯片里,将来甚至所有基带、射频处理和微处理器、存储器以及电源管理都可以集成单芯片的形式,将会给手机设计带来更多的好处:面积更小、成本更低、可靠性更好——这正是“集成”所预期的结果。

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