采用big.LITTLE架構(gòu)的移動處理器系統(tǒng)單芯片（SoC）將全數(shù)出籠。隨著移動裝置對效能與功耗表現(xiàn)的要求愈來愈嚴格，包括聯(lián)發(fā)科、三星 （Samsung）及瑞薩移動（Renesas Mobile）等處理器業(yè)者，均陸續(xù)改用安謀國際（ARM）提出的big.LITTLE大小核混搭架構(gòu)，開發(fā)新一代多核心處理器，并將于今年大舉推出相關(guān)產(chǎn)品，搶占高階智能手機市場。

　　此外，手機內(nèi)部處理器、電源管理芯片（PMIC）及觸控IC正加速整合，單靠半導體制程演進已漸不敷IC設(shè)計商大幅微縮芯片體積，并降低成本的殷切需求，使半導體供應鏈業(yè)者競相加重三維芯片（3D IC）研發(fā)投資，以配合先進制程的導入，實現(xiàn)更高整合度的芯片解決方案。

　　搶進高階智能手機　big.LITTLE處理器一馬當先

　　ARM移動通訊暨數(shù)位家庭行銷經(jīng)理林修平表示，由于智能手機功能規(guī)格不斷升級，同時又要兼顧續(xù)航力，因此ARM遂跳脫舊有多核心處理器設(shè)計方式，進一步推出big.LITTLE大小核心架構(gòu)，期針對不同效能需求的手機工作任務，以最佳的核心處理，進而減輕系統(tǒng)負擔。

　　big.LITTLE的概念與油電混合車（HEV）如出一轍，可隨時切換運作模式，達成較佳的手機效能與功耗規(guī)格。如手機70%以上時間處于待機或輕載狀態(tài)，以低功耗核心處理就綽綽有余；至于需高度運算的少數(shù)情境下，則以高效能核心拉高時脈。現(xiàn)階段，big.LITTLE不僅已吸引近十家處理器大廠授權(quán)，包括三星、諾基亞（Nokia）及華為等手機品牌廠亦已計劃在新產(chǎn)品中導入，足見此一創(chuàng)新SoC架構(gòu)已成為移動裝置供應鏈業(yè)者的布局重點。

　　除手機、平板芯片業(yè)者逐漸往big.LITTLE架構(gòu)靠攏外，日本的電視SoC開發(fā)商，以及ARM架構(gòu)伺服器芯片供應商均已研擬導入big.LITTLE方案，從而減輕產(chǎn)品在低負載下的耗電量。

　　林修平指出，今年將是big.LITTLE多核心處理器的起飛元年，初期將鎖定高階手機，待明年芯片價格下滑后，即可望滲透至中高價位手機市場。未來1-2年big.LITTLE方案也將獲得更多應用處理器開發(fā)商青睞，并進一步在平板裝置中擴大影響力。

　　事實上，聯(lián)發(fā)科已計劃借重big.LITTLE技術(shù)，全力在平板市場開疆辟土。看好平板市場成長潛力，聯(lián)發(fā)科去年下半年即開始擴大投資平板芯片研發(fā)，并于今年初陸續(xù)取得宏碁等品牌廠訂單，表現(xiàn)亮眼；今年第三季則將再祭出兩款28奈米（nm）四核心處理器--MT6582及MT8135，其中一款即采用big.LITTLE架構(gòu)。

　　擴張平板市占　聯(lián)發(fā)科力推大小核AP

　　聯(lián)發(fā)科總經(jīng)理謝清江表示，聯(lián)發(fā)科目前在平板晶片市場的表現(xiàn)較去年底預期好很多，且今年下半年還會有兩款新產(chǎn)品問世，有助持續(xù)擴大滲透率，因此該公司近期已將2013年全年平板晶片出貨目標，由塬先的五百萬到一千萬顆大幅上調(diào)至一千萬到一千五百萬顆；并將祭出多元客戶的市場發(fā)展策略，積極拉攏行動裝置、個人電腦（PC）品牌廠及資訊服務商（如電子書）。

　　謝清江強調(diào)，新一代內(nèi)建四核心ARM Cortex-A7的MT6582將于今年第三季底量產(chǎn)，并導入28納米制程。同時，聯(lián)發(fā)科亦正如火如荼開發(fā)big.LITTLE大小核SoC-- MT8135，將整合兩顆高效能Cortex-A15和兩顆低功耗Cortex-A7核心的混合設(shè)計方式，以滿足高階平板應用須兼顧芯片效能、尺寸與功耗的要求。目前該方案已開始提供品牌客戶樣品，預計于第三季小量量產(chǎn)。

　　顯而易見，聯(lián)發(fā)科去年底以四核手機處理器平臺跨足平板市場，甚至加碼推出平板專用的四核心應用處理器都只是小試身手，今年下半年兩款更先進的平板芯片才將真正火力全開。目前該公司平板芯片已有50%以上的比重是出貨予品牌大廠，且市占率正持續(xù)飆高；下半年兩款性價比更出色的新產(chǎn)品出爐后，可望吸引更多品牌、資訊服務甚至白牌業(yè)者青睞。

　　謝清江指出，年底旗下首款LTE多頻多模芯片也將問世，將搭配四核心應用處理器，協(xié)助客戶的新產(chǎn)品升級4G規(guī)格。2014年則將再發(fā)布整合應用處理器與LTE基頻處理器的四核心SoC。

　　因應IC設(shè)計業(yè)者對big.LITTLE架構(gòu)的需求，林修平強調(diào)，從Cortex-A7/A15以后，ARM未來的處理器核心都會以支援 big.LITTLE為主要考量；同時將投資更多軟硬體開發(fā)資源，加速下一代big.LITTLE方案問世。其中，三維（3D）電晶體或3D IC設(shè)計將是后續(xù)重要發(fā)展方向，目前ARM已與臺積電、多家芯片商共同研發(fā)16奈米鰭式電晶體（FinFET），以及立體芯片堆疊制程。

　　手機芯片瘋整合　3D IC非玩不可

　　平價高規(guī)智能手機興起，加速驅(qū)動內(nèi)部芯片整合與制程演進；然而，20奈米以下制程研發(fā)成本極高，但所帶來的尺寸與功耗縮減效益卻相對有限，因此半導體廠已同步展開3D IC開發(fā)，以實現(xiàn)更高的芯片整合度，其中，三星已率先宣布將于明年量產(chǎn)。

　　拓墣產(chǎn)業(yè)研究所半導體中心研究員蔡宗廷表示，2013-2015年手機內(nèi)部芯片將以應用處理器為核心不斷向外整并，并導入20納米以下先進制程，包括基頻處理器、聯(lián)網(wǎng)模組及射頻（RF）收發(fā)器均將合而為一。此外，電源、影音和觸控IC也將逐步整合成SoC；而各種微機電系統(tǒng)（MEMS）感測器則透過封裝技術(shù)組成感測器集線器（Sensor Hub），屆時手機內(nèi)部標配芯片將從2012年的十二顆，迅速縮減至六顆左右（表1）。

　　眾所皆知，提高芯片整合度的關(guān)鍵在于制程微縮，然而，晶圓廠從28納米跨入20納米后，因面臨半導體材料物理特性極限，以及巨額的設(shè)備投資，閘極制作成本卻僅能下降3.34%，遠遠落后前幾代10.33%的水準；而面積也只縮減28%，不如先前每一代演進大多能達到40%的改善；種種因素將導致20納米約當八寸晶圓價格飆漲35.42%。

　　隨著制程微縮的投資報酬率逐漸失衡，半導體廠遂轉(zhuǎn)攻3D IC。2013年新加坡國際半導體展（SEMICON Singapore）中，三星、高通（Qualcomm）均揭曉新一代Wide I/O記憶體加邏輯芯片的立體堆疊設(shè)計，前者因同時擁有記憶體與應用處理器技術(shù)，更一馬當先宣布將于2014年投產(chǎn)。

　　對封測業(yè)者而言，3D IC更將是鞏固未來營收的重要武器。蔡宗廷分析，一旦手機標配芯片的封裝需求砍半，將大幅影響封測廠營收來源，因而刺激硅品和星科金朋（STATS ChipPAC），積極布局技術(shù)含量及毛利較高的3D IC封裝技術(shù)，包括晶片面對面堆疊（F2F Stacking）、2.5D硅中介層（Interposer）等。

　　除封測廠外，臺積電也全力沖刺CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）制程商用，吸引設(shè)備廠加緊部署新方案。蔡宗廷透露，3D IC須進行硅穿孔（TSV），流程相當耗時，導致成本高昂；為此，東京威力科創(chuàng)（Tokyo Electron）近期已發(fā)布一套新流程，并透過改良蝕刻（Etching）、清洗（Cleaning）和內(nèi)埋（Liner）設(shè)備，節(jié)省晶圓阻擋層 （Barrier）、化學機械研磨（CMP）的制作時程，讓3D IC晶圓生產(chǎn)加快一倍。同時，由于臺積電正逐漸增加在地採購比重，因此臺商弘塑也已投入研發(fā)3D IC蝕刻設(shè)備，積極爭取訂單。

　　蔡宗廷強調(diào)，移動裝置平價高規(guī)的發(fā)展勢不可當，以蘋果（Apple）為例，從2010年推出售價650美元的iPhone 4以來，下兩代產(chǎn)品價位均維持同樣水準，但顯示面板、處理器和記憶體等硬體規(guī)格卻大幅躍進；同樣的狀況也發(fā)生在其他Android手機品牌上，因而加重芯片商產(chǎn)品整合度、生產(chǎn)成本壓力。



　　解讀BIG.Little技術(shù)：ARM為何選擇八核處理器？

據(jù)國外媒體報道，多核心處理器一直被認為是電池續(xù)航時間的殺手，但ARM基于BIG.Little技術(shù)的八核處理器顛覆了這一觀點，該處理器性能更高同時更加省電，這表明處理器多核化似乎是一個正確的選擇。

　　高性能VS低能耗

　　普遍的觀點認為，多核處理器是電池續(xù)航時間的殺手，因此究竟是選擇高性能設(shè)備還是選擇低能耗設(shè)備，許多用戶都會猶豫不決。但ARM首席戰(zhàn)略家最近接受采訪時表示，上述觀點并不正確，該公司基于BIG.Little技術(shù)的全新八核處理器實際上更加省電。

　 　在選購PC的時候，你確定自己“需要”四核處理器么？或者，你是否曾經(jīng)考慮過購買一臺搭載八核處理器的Windows PC 呢？在PC行業(yè)，多核技術(shù)的誕生用了超過10年時間，但在移動設(shè)備領(lǐng)域，進入多核處理器時代只用了3年時間。2010年，首款搭載雙核處理器的設(shè)備面世， 而在三星最近推出的國際板Galaxy S4中，其處理器高達八核心。但我們必須思考，移動設(shè)備真有必要使用這么強大的處理器么？這是否只是一場作秀？

　 　許多人能想到其中的關(guān)鍵，畢竟更多內(nèi)核也就意味著更高的能耗。對智能手機來說，當采用雙核、四核甚至八核處理器時，其對電池的續(xù)航要求將明顯增高。和臺 式PC不一樣，如果手機在充足電的情況下仍然無法使用一天時間，那么其對用戶的吸引力也將非常有限。按照傳統(tǒng)的觀點，計算機的CPU越強、內(nèi)核越多，電池 續(xù)航時間就表現(xiàn)越差，設(shè)備的發(fā)熱程度也越高。智能手機內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常緊湊，因此電池同時為無線連接、顯示屏、多核處理器供電，要確保續(xù)航時間就非常困難了。

　　BIG.Little技術(shù)

　　基于這一原因，當業(yè)界推出移動芯片內(nèi)核數(shù)量再次翻倍時，其實用價值也遭到了多方質(zhì)疑。但在ARM采訪時，該公司首席戰(zhàn)略家明確表示，ARM最新的八核處理器不僅能完美運行，并且在性能及能耗方面也有了明顯提升。

　　ARM高管表示，與該公司此前推出的Cortex處理器相比，基于全新技術(shù)的八核處理器更為高效。這意味著，采用八核心處理器的國際版Galaxy S4，其電池續(xù)航時間將明顯優(yōu)于美國版。

　　big.LITTLE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。big.LITTLE 將 ARM Cortex-A15 MPCore? 處理器的性能與 Cortex-A7 處理器的節(jié)能效果結(jié)合在一起，使同一應用程序軟件在二者之間無縫切換。 通過為每個任務選擇最佳處理器，big.LITTLE 可以使電池的使用壽命延長高達 70%。

　　big.LITTLE 處理的設(shè)計旨在為適當?shù)淖鳂I(yè)分配恰當?shù)奶幚砥鳌ortex-A15 處理器是目前已開發(fā)的性能最高的低功耗 ARM 處理器，而 Cortex-A7 處理器是目前已開發(fā)的最節(jié)能的 ARM 應用程序處理器。可以利用 Cortex-A15 處理器的性能來承擔繁重的工作負載，而 Cortex-A7 可以最有效地處理智能手機的大部分工作負載。這些操作包括操作系統(tǒng)活動、用戶界面和其他持續(xù)運行、始終連接的任務。

　　Big.Little 系統(tǒng)中兩個處理器之間高效無縫地切換工作負載是通過開發(fā)高級 ARM 系統(tǒng) IP 實現(xiàn)的，這樣可確保 Cortex-A15 和 Cortex-A7 處理器之間完全的高速緩存、I/O 的一致性。

　　AMBA? 4 ACE? 一致性擴展、高速緩存一致性互連和中斷控制器提供整個系統(tǒng)的完全一致性，支持軟件和應用程序持續(xù)無障礙而且不被用戶察覺地運行，重新均衡任務以提供最佳的 big.LITTLE 用戶體驗。

　　首款Big.Little結(jié)構(gòu)CPU

　　三星在CES 2013大會上發(fā)布了Exynos 5 Octa 八核移動處理器，這款處理器也是采用Big.Little結(jié)構(gòu)的第一款CPU。

　 　三星 Exynos 5 Octa 八核芯片其實是由兩顆四核處理器封裝在一起。一顆 1.8GHz 的 Cortex-A15 架構(gòu)的四核處理器和一顆 1.2GHz Cortex-A7 架構(gòu)的四核處理器。據(jù)三星解釋，高性能的處理器將用來處理更加復雜的運算，平時一般使用的時候則采用低性能的處理器，兩者可以根據(jù)使用情況不同進行協(xié)同， 因此也能有效降低功耗。Exynos 5 Octa 采用了 28 納米的制作工藝，號稱功耗比市面上的四核處理器降低了 70%，但是性能卻提升了 2 倍之多。

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