智能手机省电秘诀：看如何从设计源头来降低功耗

　　图5：利用LTE后电池耐久性恶化

　　图中是美国2011年下半年以后上市的主要4G（LTE或移动WiMAX）机型以及“iPhone 4S”，在浏览Web时的连续使用时间。摘自美国在线媒体“AnandTech”（http://www.anandtech.com/）实施的基准测试所获得的数据。细小浪费都不放过

　　手机厂商和部件厂商开始意识到电池耐久性会在将来成为一个大问题，从企业采取的各项措施中可以看出的趋势是，业界正在从各个角度彻底削减电力的浪费。这种削减电力的出发点本身并不是什么新颖的东西。不过，与此前截然不同的是细微之处也不放过。

　　比如，将某个部件引进的低功耗化技术扩展至智能手机内的其他部件，或者将控制电力的部件和时间单位进行更为细致地划分。单看每项低功耗化技术的节电成效也许较小，但一项一项地积累起来，就能大幅削减功耗。

智能手机具有用户购买后可以追加应用软件（以下简称应用）的特点，因此今后让应用开发人员注重耗电量将变得很重要。九州大学系统LSI研究中心副教授久住宪嗣表示，“对应用进行实际分析后，发现了多个部分的特定处理会徒劳消耗电力。如果应用开发人员能够仔细掌握自己所开发应用的耗电量及其详细情况，就可以间接地为智能手机的低功耗化做出贡献”注3）。

　　注3）九州大学系统LSI研究中心开发出了制作智能手机耗电模型的方法。采用该模型可以根据应用的CPU使用时间、无线通信量、存储量和传输量等信息，推测应用在智能手机上运行时的耗电量。

低功耗化成为厂商形成差异化的因素

　　挑战并彻底实现低耗电量，有助于强化手机厂商和部件厂商的竞争力。对于追求低耗电量极限的部件厂商来说，彻底降低功耗后不仅在智能手机市场上的业务量会越来越多，而且还能够以此为契机涉足要求低功耗化的其他应用领域。

　　在手机厂商方面，仅组装标准部件的厂商与专注于部件易用性的厂商之间的差距，在电池耐久性这个指标上将表现得越来越明显。原因是仅凭充电电池容量和部件性能参数难以检测的要素会产生很大的影响。夏普的河内表示，“在如何利用充分部件的调整部分，整体的耗电量将会发生很大变化。能否在不牺牲性能和外观设计的前提下，找到电池容量和耗电量的最佳平衡点，这会是手机厂商之间实现差异化的一个重要因素”。

　　在智能手机领域，处理器、显示器、RF电路无一不被要求兼顾低功耗和高性能。这些产品正设法通过“动态电力控制”及“混合化”等打破目前的僵局。能量密度增长空间有限的充电电池将开拓新的思路。

　　未来的智能手机要求应用处理、无线通信处理以及画面显示等主要功能全部实现高性能化。“目前的智能手机在正常使用时，应用处理、通信处理和显示所需耗电量大约各占了1/3”（某手机企业的技术人员）。只减小其中某一项的耗电量，是无法兼顾高性能和低耗电量的。因此需要在各项要素中彻底削减耗电量。　　在电力的使用方法和存储方法上双管齐下

　　本篇将对执行应用处理等的处理器、显示器以及执行无线通信处理的RF电路今后的低耗电量化技术进行分析。同时还会介绍旨在增加充电电池容量以及提高易用性的技术开发动向。

　　处理器需要实现CPU和GPU的多核化并提高工作频率，今后预计会通过半导体的微细化等继续提高电力利用效率、彻底实施动态电源切断及电压和频率控制，以及推进电路的混合化等。

　　不断向大屏幕化和高精细化发展的显示器，其关键在于提高液晶面板背照灯光的利用效率和提高有机EL面板的发光效率。另外，为支持新一代移动通信规格而需要处理多频带无线信号的RF电路方面，根据发送电力的波形对电源电压进行微细控制的“包络跟踪（Envelope Tracking）”等技术备受关注。

　　锂离子充电电池单位体积的能量密度增长空间有限，目前正通过内置电池组增加容积，以及通过快速充电功能减轻充电作业的负担等尝试。

处理器——彻底提高效率与推进动态控制

　　执行应用处理任务的处理器会瞬间消耗最大1～2W的电力。在智能手机中，处理器是对电池耐久性和发热影响最大的部件之一。针对无线通信的收发进行信号处理的基带处理LSI也会消耗较大的电力。

　　处理器的负荷在日益增加。美国谷歌公司2012年3月将“Android”应用的容量限制由50MB提高到了4GB 注1）。今后亮相的应用将处理更多的数据，执行更加复杂的处理工作。

　　注1） 虽然应用APK文件的容量限制依然为50MB，不过最多可以使用2个最大2GB的扩展文件。

　　“终端厂商要求‘在保持当前耗电量不变的情况下提高性能’”（半导体厂商）。为此，处理器需要实现能够轻松处理今后亮相的高级应用，并最大限度降低耗电量。

　　处理器的低耗电量化有两大方向（图6）。一是提高单位电力的处理性能（电力效率）。另一个是尽量减少通常处理时无需消耗的电量。

　　图6：在提高电路的电力效率以及进行极其细微的电力控制两方面努力

　　为降低应用处理器和基带处理LSI的耗电量，在两个方向采取举措。需要通过微细化和低电压化等提高电路的电力效率，根据运行情况彻底对电力进行极其细微的控制。

最大限度提高电力效率

　　为提高处理器的电力效率，各半导体厂商纷纷致力于半导体的微细化、电路的低电压化以及漏电的削减等。LSI的动态耗电量与工作频率、负荷容量以及电源电压的平方乘积成正比。尽量削减这些要素就能以更少的耗电量执行相同的处理任务。

　　半导体的微