多核智能移動(dòng)平臺(tái)電源架構(gòu)的分析與對(duì)策

多核處理器就是采用兩個(gè)或兩個(gè)以上內(nèi)核的處理器。便攜移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)迅速發(fā)展，尤其是手機(jī)市場(chǎng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從功能手機(jī)到智能手機(jī)的過(guò)渡。相應(yīng)的應(yīng)用處理器（AP）也從單核發(fā)展到雙核，甚至多核。同時(shí)，平板電腦的迅速普及也讓多核處理器風(fēng)光無(wú)限。可以說(shuō)移動(dòng)設(shè)備的處理器正以前所未有的速度發(fā)展。

終端廠商們對(duì)高性能處理器的不斷追求和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)激烈的競(jìng)爭(zhēng)都會(huì)極大刺激硬件廠商們的創(chuàng)新熱情，多核處理器的應(yīng)用趨勢(shì)勢(shì)不可擋。多核處理器首先為終端廠商提供了更大的創(chuàng)造空間。有了強(qiáng)大的處理器，終端廠家就可以在自己的設(shè)備中添加更多的新功能，卻不必?fù)?dān)心會(huì)拖累系統(tǒng)運(yùn)行速度和流暢度。而且隨著工藝水平的提高，處理器的體積也逐漸縮小，對(duì)于對(duì)空間要求極為苛刻的移動(dòng)設(shè)備，節(jié)省下來(lái)的空間可以讓給電池這類的重要部件，無(wú)疑為廠商的設(shè)計(jì)提供了便利。

多核系統(tǒng)電源架構(gòu)

正是因?yàn)橹悄苁謾C(jī)和平板電腦能夠滿足消費(fèi)者越來(lái)越高的要求，比如更大的顯示屏、更多的傳感器件和無(wú)線連接方式、更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力等等，而現(xiàn)在高清和3D視頻播放、Flash界面、WIFI無(wú)線上網(wǎng)已經(jīng)成為便攜移動(dòng)產(chǎn)品的必備功能，所以要求移動(dòng)處理器能夠提供更強(qiáng)的處理能力。

顯而易見(jiàn)的是，現(xiàn)在處理器能夠運(yùn)行主頻達(dá)到1GHz,甚至1.5GHz,這樣勢(shì)必對(duì)電源管理提出了很大的挑戰(zhàn)。第一，需要更低靜態(tài)功耗以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間；第二，眾多的處理器、內(nèi)存和外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的強(qiáng)大應(yīng)用功能，這就需要不同電壓等級(jí)和上電時(shí)序，使得整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜化；第三，需要高度集成的解決方案來(lái)管理整個(gè)電源管理系統(tǒng)；第四，需要的功率密度更大。

以高通的某款最新平臺(tái)搭配的電源管理單元（PMU）為例，該P(yáng)MU集成了5大功能區(qū)，功能框圖如下圖所示。

由芯片組供應(yīng)商提供的PMU有著先天優(yōu)勢(shì)。如上文所說(shuō)，多核處理器有多個(gè)不同的電壓等級(jí)以及復(fù)雜的上電時(shí)序，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的多任務(wù)處理能力。由于集成了多路功率輸出，PMU集成化的方案必然受限于晶片（die）的尺寸以及熱效能管理，因此輸出能力基本集中在3A以下。通常，3A可以滿足智能手機(jī)眾多功能模塊的電源總線的能力，但是PMU可能滿足了當(dāng)前芯片組功能特性的需求，然而需求在發(fā)展，廠家為了適應(yīng)新的市場(chǎng)趨勢(shì)，勢(shì)必優(yōu)化或者升級(jí)當(dāng)前功能模塊的設(shè)計(jì)規(guī)格。比如CPU、GPU等等，其對(duì)應(yīng)需要的電流能力也會(huì)提高。

這樣，現(xiàn)有的PMU不能滿足新的需求。因此，獨(dú)立式的DC/DC可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。除此之外，由于智能手機(jī)功能多，耗電快，許多手機(jī)業(yè)者為了突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，提高用戶體驗(yàn)，往往采用大容量的電池。而PMU內(nèi)置的充電IC無(wú)法滿足客戶不同的設(shè)計(jì)需求，從而出現(xiàn)了充電IC外置的現(xiàn)象，也就是采取了獨(dú)立式的充電IC.

多核系統(tǒng)電源架構(gòu)的優(yōu)化

正如上文所述，在智能手機(jī)多核系統(tǒng)中，PMU不能滿足更大電流的輸出能力。同時(shí)，大電流帶來(lái)高損耗，而降低損耗一直是手機(jī)設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)之一?，F(xiàn)實(shí)情況是，智能手機(jī)的功耗隨著AP的高頻化，按照芯片的損耗公式Ps=C*f*V2,難以得到有效抑制。但是可以通過(guò)優(yōu)化電壓等級(jí)的方式來(lái)克服由于主頻增加而帶來(lái)的影響，并且從電壓幅度方面更能得到有效抑制。因此，在獨(dú)立式的大電流DC/DC方案中，普遍采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整（DVS）的技術(shù)。

智能手機(jī)CPU主頻的提高勢(shì)必需要更大的電流，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行和操作對(duì)硬件的要求。配備大電池成了必然選擇。給大容量電池充電即需要大電流的充電IC.

應(yīng)用于多核系統(tǒng)的飛兆半導(dǎo)體電源方案

飛兆半導(dǎo)體公司（Fairchild Semiconductor）是全球領(lǐng)先的高性能功率產(chǎn)品供貨商，尤其在移動(dòng)產(chǎn)品領(lǐng)域，飛兆半導(dǎo)體公司提供先進(jìn)的電源管理策略，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。下圖是基于智能移動(dòng)平臺(tái)，飛兆半導(dǎo)體提供的電源解決方案。

在由飛兆半導(dǎo)體公司提供的電源管理方案中，采用了獨(dú)立式的大電流開(kāi)關(guān)式充電IC FAN54013,獨(dú)立式的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的降壓變換器FAN53555,以及獨(dú)立式的大電流的升壓變換器FAN48630.這三個(gè)產(chǎn)品在手機(jī)平臺(tái)中起著重要作用，能夠提升系統(tǒng)性能，降低功耗，及拓展移動(dòng)終端應(yīng)用面。

綜述

多核處理器的移動(dòng)終端將越來(lái)越成為未來(lái)市場(chǎng)的主流，多核處理器提升的最主要方面就是游戲性能。隨著游戲廠商們大作的不斷發(fā)表，對(duì)CPU的要求也越來(lái)越高。多核設(shè)備的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在視頻攝錄和影片播放上。目前，只有雙核及以上的CPU能支持1080P高清視頻錄制，裝有雙核CPU的手機(jī)有了這樣強(qiáng)大的視頻錄制能力之后，低端DV的市場(chǎng)將受到很大的沖擊。而當(dāng)移動(dòng)設(shè)備具有了高清視頻播放的能力后，移動(dòng)設(shè)備也逐漸成為家庭娛樂(lè)的中心。

DVD在未來(lái)可能成為下一個(gè)技術(shù)進(jìn)步所淘汰的對(duì)象，取而代之的是裝有多核處理器的移動(dòng)終端。因此，如何體現(xiàn)多核處理器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)差異化產(chǎn)品是擺在手機(jī)業(yè)者面前極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。而優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的必然途徑，飛兆半導(dǎo)體能給手機(jī)設(shè)計(jì)人員提供滿意的設(shè)計(jì)方案。