自從蘋果iPhone等智能手機推出以來，大家對手機的可玩性有了很大程度的提升，而隨著大屏幕、多核等特性成為智能手機的主流，同時廠商又在追求更薄的終端體驗的同時，囿于電池技術沒有新突破的困局。為了最大限度地提高手機的續(xù)航時間，提高用戶的體驗滿。從CPU芯片廠家到電源管理廠家都物盡其用，采用各種方法“省電”。

　　旨在提高能耗比的big. Little

　　根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，ARM在智能手機的占有率達到了驚人的90%，但隨著用戶對智能手機的性能要求逐漸增加，ARM公司只能逐漸改善其架構，逐步退出了Cortex-A15和Cortex-A12等架構，在當前更先進20nm制造工藝未能更成熟，而28nm制程卻無法滿足提高足夠性能的同時將功耗控制在合理水平。因此ARM就推出了big.little這個概念。

　　根據(jù)ARM官方網(wǎng)站介紹，big.LITTLE 處理解決了當今行業(yè)面臨的一個難題：如何創(chuàng)建既有高性能又有極佳節(jié)能效果的片上系統(tǒng) （SoC） 以延長電池使用壽命。其具體實施將 高性能的ARM Cortex-A15 MPCore? 處理器的性能與低功耗 Cortex-A7 處理器的節(jié)能效果結合在一起，使同一應用程序軟件在二者之間無縫切換。也就是說在運行程序時，根據(jù)任務的難易程度選擇高性能高功耗或者低性能低功耗的處理器，而不需要在運行任何程序的同時都在處理器滿載的情況下運行，以節(jié)省能耗。根據(jù)ARM介紹，big.LITTLE 可以使電池的使用壽命延長高達 70%。

　　而在ARM提出這個設計之后，高通、三星和聯(lián)發(fā)科等公司都相繼退出了相應的處理器方案。在跟進ARM的設計之余，這些廠家還公東推動CPU和GPU協(xié)同運算的異質系統(tǒng)架構（HSA）標準，減輕CPU的負擔與耗電。

　　PC領域的王者Intel現(xiàn)在在移動領域奮起直追，繼年前推出了其Bay Trail處理平臺后，憑借Intel先進的22nm工藝制程，Intel的下一代ATOM處理器不但能夠在性能上和ARM處理器掰手腕，而在備受詬病的英特爾X86架構功耗問題得到了很大的提升。

　　其實相對于其他廠家要借助臺積電等晶圓廠的制程更新迭代，我更看好的是Intel這種至上而下的產業(yè)鏈，畢竟自家的孩子，誰不心疼呢？看好未來Intel在移動領域來一個華麗的逆襲。

　　屏幕節(jié)能是關鍵

　　現(xiàn)在的主流旗艦機基本都是4.5英寸以上的屏幕，龐大的手機屏幕成為智能手機的耗電第一大戶，這是毋庸置疑的事情。要提高手機的續(xù)航時間，那么如何從屏幕入手節(jié)省功耗，也成為各大廠商關注的問題。

　　當前市面上的手機顯示屏幕主要分為兩個陣營：一個是蘋果IPS屏幕領銜的TFT-LCD陣型和以三星AMOLED牽頭的LED顯示領域。

　　IPS硬屏技術是世界上最先進的液晶顯示技術，也是在節(jié)能技術方面的又一重大突破。IPS硬屏技術創(chuàng)造性的將液晶分子水平排列，減少了液晶層厚度，從而改變了液晶屏的透光率。另外，IPS硬屏采用雙極驅動技術，使像素開口率提高25%。由于增大了透光率，IPS硬屏應用在液晶電視上可以降低背光燈的功率，從而達到節(jié)能省電的效果。

　　而AMOLED，也就是主動有機發(fā)光二極管，作為三星的獨家產品，憑借著自發(fā)光、無背光源，具影像色澤美麗、省電等優(yōu)勢，迅速成為了手機面板市場新寵。

　　根據(jù)IDC的研究院表示：AMOLED面板因為采自發(fā)光，沒有光線穿透率的問題，所以較省電。如果要讓畫面更細致，僅須在制程上精進，因此在手機應用上已相當具優(yōu)勢。

　　同時處理器廠家也會采取相關的技術來節(jié)省屏幕功耗。據(jù)NVIDIA最新信息透露，其最新行動處理器平臺中已導入第二代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。

　　而一線的處理器大廠亦計劃下一代產品中導入eDP 1.3版的PSR功能，讓GPU在屏幕畫面靜止時休眠，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。

　　而電源芯片商則在面板電源管理方案中，采用PMIC整合位準轉換器（Level Shifter）的設計，主要是友達、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。

　　PMIC改良的必要性

　　我們知道，PMIC是是整個手機電源分配的“掌控者”，其在電源管理技術方面的革新，是延長智能終端續(xù)航時間的關鍵。

　　因應這處理器規(guī)格的轉變，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。

　　奧地利微電子的市場經(jīng)理Don Travers表示，隨著產品尺寸日益多元，上市時程壓力劇增，品牌和處理器業(yè)者均希望盡量縮減設計改變幅度和成本，并達到新產品快速上市的目標，已刺激手機、平板通用型PMIC方案崛起。

　　而在平板的PMIC設計方面，由于平板對高清和運算能力的需求不斷攀升，就迫使相關PMIC廠家轉向導入筆電電源拓撲，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。據(jù)相關電源芯片商透露，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。廠商并逐步將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。

　　而高通、戴樂格（Dialog）正積極布局整合MCU及DSP核心的下世代PMIC，藉以提升芯片整合度，讓行動裝置業(yè)者有更多設計空間塞進新應用功能，并提高電源管理效率。

　　其他方面的節(jié)流

　　在PMIC和處理器等廠家力推節(jié)點方案的同時，感測器供應商也力推環(huán)境光（Ambient）加紅外線近接（IR Proximity）光感測器模組，讓手機屏幕亮度能動態(tài)調整，或在毋須開啟畫面的狀態(tài)下自動關閉背光，進而延長裝置續(xù)航力。

　　而根據(jù)劍橋大學的工程師團隊的研究表明，手機最耗電部件的不光是屏幕和處理器，還有功率放大器。功率放大器負責將將電能轉化為無線電信號，現(xiàn)代手機往往需要使用多組功率放大器。工程師們認為，只要對這個組件進行一定的調整，就能有效控制功耗，讓手機續(xù)航時間大大提升。

　　該小組通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代手機中功率放大器的效率低得嚇人，在信號一般的時候，如果把手機的總能耗看作100%，起碼有65%是功率放大器消耗掉的。以iPhone 5為例，它擁有6個獨立的功率放大器，至少多消耗了60%的電量。

　　工程師們給出原因如下：晶體管功率放大器有兩種基本模式，平常狀態(tài)下的標準模式和輸出信號模式。要想省電，就必須讓其在標準模式下盡可能保持低功耗。但是如果從低功率的標準模式直接轉為高功率的輸出信號模式，往往會使信號不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的技術只能調高標準模式下的功耗，這樣一來電量就在無形中被消耗。

　　好消息是，麻省理工學院的工程師已經(jīng)研發(fā)出一種新型功率放大器，它使用數(shù)字化的模式轉換來降低功耗，每秒鐘至少可以減少20萬次電壓變化的過程，搭載此種放大器的手機續(xù)航將會變長。目前此種技術還在實驗階段，使用該技術的LTE手機有望明年上市。劍橋工程團隊的目標是通過此種調整，電池續(xù)航將增加一倍?，F(xiàn)在不能換電池的手機越來越多，對于電池吃緊的同學來說，這絕對是一件好事，就算技術沒有工程師們想象的那么理想化，能把續(xù)航提升10%也是好的。

　　回歸到基本——電池容量

　　盡管智能手機的系統(tǒng)節(jié)能設計功夫已有長足進步，但手機廠最終的期待仍是擴充電池容量，但目前的情況是手機電池效能每年提升比重僅約 5~8%，遠不及新產品功能演進速度，因此，電池業(yè)者已規(guī)劃從電池正負極材料、驅動電壓和極板設計三方面著手，期能兼顧電池體積、容量和成本。

　　三星SDI近期已在電池表面鍍上新材料，開發(fā)出4.4伏特（V）高壓驅動的鋰電池方案，藉以改善電流耗損過多的問題，并妥善利用每一分電力；同時，該公司也利用涂布製程及特殊復合材料，提高電池極板的能量密度。至于樂金化學（LG Chemical）和日本戶田工業(yè)等日韓電池材料大廠，則投入開發(fā)下世代正負極材料，將以鋰三元系、氧化硅等方案增加蓄電量。

　　顯而易見，隨著行動裝置功能規(guī)格迅速攀升，晶片商、電池和量測業(yè)者均不遺余力發(fā)展「開源節(jié)流」的解決方案。其中，由于PMIC掌管系統(tǒng)供電，對新一代行動裝置的發(fā)展尤其重要，產值可望從2012年的15億美元，飆升至2016年的24億美元，為相關業(yè)者帶來更多商機。