智能手机省电秘诀：看如何从设计源头来降低功耗

通过微细化获得可行对策

　　2013年前后有望实现实用化的，是切换不同微架构CPU内核的方法。英国ARM公司发布了可以切换使用相同指令集架构CPU内核群的“big.LITTLE”技术（图10）。通过混合使用为提高最高性能而开发的A15内核，以及为优先提高电力效率而开发的A7内核，兼顾了负荷较小时的低电力运行和负荷较大时的高性能运行 注2）。两种内核在寄存器范围等方面存在差异，不过这种差异可以利用二者配备的虚拟支援机构吸收。“在同一枚裸片上混载制造工艺各异的电路可能会增加掩模费用。将来采用阈值较少的big.LITTLE的厂商应该会增加”（某半导体厂商的技术人员）。

　　图10：在不同架构的CPU中切换使用的“big.LITTLE”

　　ARM公司正在开发可以切换使用指令集兼容的Cortex-A15内核群和Cortex-A7内核群的“big.LITTLE”技术。处理负荷较低时利用电力效率较高的A7内核群，负荷较高时利用单位频率的处理性能较高的A15内核。

　　注2） big.LITTLE技术有切换使用A15内核和A7内核的“Task Migration”模式，以及同时运行A15内核和A7内核的“MP”模式。MP模式需要扩展OS的调度器（Scheduler），ARM公司正面向big.LITLLE的实用化时间进行开发。

　　混合化得以推进的背景在于，CPU内核在处理器上所占的面积比例减小。在目前的双核产品中，CPU内核的面积只占整体的1～2成。今后，如果电路面积也随着半导体的进一步微细化而出现充裕空间，GPU内核等其他电路也有望采用混合构造。　　显示器——大屏幕和高精细化不断增加功耗，液晶及有机EL均瞄准耗电量减半

　　图11：耗电量高的智能手机用面板

　　智能手机配备的液晶面板或有机EL面板的耗电量超过了600mW。图中为各终端厂商通过实施图像处理等降低耗电量的情况。（图中的面板耗电量为LG显示器的数据）

　　加之智能手机不以语音通话为主，而主要是用于Web网站浏览和邮件收发，这种用法的改变，使得显示面板会一直保持点亮状态。可以说，一直消耗着600mW以上电力的显示面板是令智能手机电池耐久性恶化的主要原因。

目前是以图像处理来降低耗电量

　　如果只单纯配备耗电量超过600mW的显示面板，智能手机是无法避免电池驱动时间太短的问题的。各终端厂商现在是通过实施诸如相对于输入影像信号及周围亮度的伽玛校正以及画面亮度控制等图像处理，来降低显示面板耗电量的。

　　由图像处理降低显示面板耗电量的方法“在普通手机上从2008年前后开始导入，随着显示面板的大屏幕化和高精细化，能够更加精细地进行控制”（NEC卡西欧移动的并木）。

　　配备有机EL面板的智能手机除图像处理外，还在显示内容方面下了工夫。通过在菜单画面等上以黑色显示背景，以白色显示文字，减小了白显示在画面整体所占的面积。可以说这是全白显示时的耗电量高的“有机EL面板机型必须要做的处理”（NEC卡西欧移动的并木）。

高精细化变成瓶颈

　　尽管终端厂商采取了措施，但据称在浏览Web网站时显示面板的耗电量“仍占智能手机整体的约3成”（多家终端厂商）。要想从根本上解决问题，需要降低显示面板自身的耗电量。

　　但从面板厂商的开发动向来看，智能手机用显示面板的耗电量今后还可能进一步增加。因为液晶面板等均在不断推进大屏幕化和高精细化。

　　目前，各终端厂商的高端机型开始普遍采用分辨率在300ppi以上的显示面板（图12）。在2012年底～2013年，分辨率有可能会提高到近500ppi。精细度提高，单位像素的开口率就会降低，耗电量就会进一步增加。

　　图12：精细度的提高，会使面板开口率降低

　　智能手机配备的液晶面板不断推进大屏幕化和高精细化。随着分辨率的提高，面板开口率逐渐降低。

　　各面板厂商需要开发兼顾高精细化和低耗电量化的面板。虽然进展缓慢，但液晶面板和有机EL面板均已开始采取旨在大幅削减耗电量的措施。

已采用了多种技术

　　液晶面板通过控制液晶分子的电压部分遮蔽背照灯光来表现灰阶。降低耗电量的对策有增加面板开口率、降低驱动电压、提高背照灯光源——白色LED的发光效率，以及提高光学材料性能等。耗电量的降低，正是这些措施“一点点积累的结果”（日立显示器）注1）。

　　注1）东芝移动显示器、索尼移动显示器和日立显示器三家公司2012年4月合并成了日本显示器，本文中使用的是原公司名称。

　　现有智能手机用液晶面板已经采用了多种低耗电量化技术（图13）。显示模式采用可提高开口率的“FFS（fringe field switching）”方式*，驱动元件采用载流子迁移率高、可小型化的低温多晶硅（LTPS）TFT。光学部材使用了多片可提高亮度的薄膜。

　　*FFS方式＝与IPS方式一样是横向电场控制用显示技术。与IPS方式不同的是，像素电极和通用电极配置在上下方向。中小型液晶面板大部分都采用FFS方式，但称为IPS方