“芯”势力：3G硬件核心架构解析
技术空间
2009年1月，中国工业和信息化部分别为中国移动、中国电信和中国联通发放了3G牌照，这标志着我国正式进入3G时代。如同电脑升级一样，换代后的3G标准意味着可以为我们带来更丰富的通信服务和更方便的应用体验。由于目前还在推行初期，许多用户对3G纷纷保持观望态度，一些用户更关心它的移动终端在硬件方面的变化，于是我们就3D移动终端的核心进行了剖析。
小贴士：什么是3G？
3G就是第三代移动通信技术（3rd Generation），是指支持高速数据传输的移动通信技术，能够同时传送声音和数据信息等。而第一代（1G）手机指的是模拟手机，只能进行语音通话；第二代（2G）手机是指数字手机，如我们常见的GSM（全球移动通信系统）和CDMA（分码多工存取无线通信技术），提供低速率数据业务，有了短信、WAP上网等功能；2.5G是指在第二代手机上提供中等速率的数据服务。3G的数据传输速度有了大幅提升，可以实现名副其实的移动宽带，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、手机电视等多种信息服务。目前3G存在三种标准：CDMA2000、WCDMA（宽带分码多工存取无线通信技术）以及中国自己研发的TD-SCDMA（分时-同步分码多工存取无线通信技术）。
一、3G对硬件的要求
多媒体应用随着移动通信业务的发展应运而生，从2G到3G全方位步入移动数据服务。比如中国自主3G标准TD-SCDMA能实现高速上网，打开网页时间基本控制在5秒内，下载一首2MB的歌曲约为1分钟，传送22.6KB的彩信约为20秒。同时，随着数据业务资费下降，手机视频功能将在3G时代大放异彩。而大家比较关心的手机网游的应用环境将得到极大改善，它将成为游戏产业新的增长点。日益丰富的多媒体与应用功能自然就对新一代移动终端的处理器提出了更高的要求。
3G移动终端并不仅仅是手机的代名词，同时它还包括了PDA、PMP、MID、UMPC等小型手持式智能设备，一些传统设备，如笔记本、台式机甚至可以通过无线上网卡连接3G网络。3G移动终端的发展趋势就是在以硬件体积较小，集成度较高的基础上，保证一定待机时间，尽可能地实现更好性能、更多功能，并且在保证通话质量的前提下，使其运行快速、显示视频清晰等，为了达到这些要求，硬件平台性能的提升必不可少，无论是设计理念、制造工艺，还是芯片封装或系统级封装都应及时采用更先进的技术。
二、3G终端的核心架构
移动终端主要提供了通信和应用两大用途，而在应用方面将是3G发展的重点。在移动终端内部，应用部分采用功能模块方式设计，每一颗功能芯片都可以被看作是一个处理器。从核心架构来看，主流的是基带芯片+应用处理器方案。
1．基带芯片负责手机通信
基带芯片是移动终端实现通信的核心，主要功能就是负责处理通信信号。手机的基带信号分为数字和模拟两种，一般是从RF TRX收发模块变频到模拟基带，再通过ADC/DAC数模转换模块变成数字基带。当手机发射信号时，基带芯片把音频信号编译成用来发射的基带信号；在接收时，把收到的基带信号编译为音频信号。
通常人们说的手机基带芯片是指数字部分，同时，它也负责手机号码、短信、网址、网站内容等地址、文字以及图片信息的编译。因此基带部分又分为模拟基带ABB和数字基带DBB，前者负责语音的数模转换，而后者包含了微控制器MCU、数字信号处理器DSP、存储器和硬件逻辑单元。实际上，基带芯片是由两个芯片封装而成，但目前像诺基亚、高通等厂商都将功能集成到单芯片上。
2．应用处理器提供了更多功能
除了通信之外，如音乐应用、短片拍摄、手机电视、游戏等主要的多媒体功能和应用软件，基本上是依靠应用处理器来运行，而基带芯片已经没有能力处理这些新加的功能了。可以说应用处理器的性能在很大程度上决定了未来手机的功能和使用体验，因此3G终端要具备更强的多媒体处理能力，必须装备一个强大的应用处理器。
如目前最受用户关注的iPhone 3G手机使用的就是英飞凌的SGOLD3H基带芯片+由三星代工的应用处理器（该处理器打上了“苹果”的logo）。基带芯片+应用处理器的设计方式被业界看好，增长速度十分迅速。它的好处在于可以兼容2G、3G，甚至4G，系统可扩展性高。厂家在由2G的GSM升级为3G的WCDMA时，只要更换基带芯片就可以了，而基本的应用处理器不需要很大的调整。设计上的灵活和简单性，可加快新产品的上市速度。
应用处理器与基带芯片相对独立运行，在处理应用时基带芯片可以处于低频或睡眠状态，降低了功耗。同时在基带芯片+应用处理器的方式中，应用处理器可以采用先进的65nm制程工艺，这样不但可以实现各种复杂的多媒体应用功能，而且整套方案的成本可以控制得更低，有可能比MTK（联发科）之类的整合型芯片的价格更低。
三、3G终端采用多内核技术
由于3G标准增大了通信带宽，这就对内核的处理性能提出了更高的要求，不但要能够进行通信，而且还要能支持如可视电话、GPS定位、流媒体播放等高负荷应用。目前的2G基带芯片基于双内核结构，即1个数字信号处理器DSP和1个微控制器MCU。在3G终端中，对信号处理速度的要求大大提高，只有通过多个DSP才能具备强大的多任务实时处理能力。多核DSP在嵌入式操作系统的实时控制下，能够将多个任务划分到各个内核，大大提高了运算速度和实时处理性能，这将使3G手机能够同时支持实时通信和用户交互式多媒体应用。通信领域的主要芯片厂商飞思卡尔和德州仪器（TI）就推出了一系列集成了多核DSP的产品。
在以前是采取多芯片封装的方式将多个内核封装在一起，而现在更为先进的处理方式是采取SoC（System on Chip，系统级芯片）设计，将它们集成到一个芯片中。采取了SoC设计的多内核技术可以更有效地协同多个处理单元，进而实现灵活的功耗管理，而且内部数据的传输速度要大大快于芯片之间的输入输出，因此SoC设计要优于多芯片封装的方式。芯片制造巨头Intel正在为每一代制程工艺开发不同的SoC版本，从而为每条产品线提供优化的晶体管及互连等特性。未来的SoC将集成各种无线通信模块，包括WiFi、WiMAX、3G、蓝牙等，并遍及通信系统、无线网络系统和消费类电子产品等各类产品市场。
四、3G终端发展趋势
在过去，2G手机只需要提供语音及简单的文字短信功能，而现在的3G手机除了提供这两项功能外，还必须提供各种其他的应用功能。主要包括无线网络功能，如手机上网、电子邮件及其他定位服务等；智能功能，如运行Windows CE、Symbian OS、Linux等操作系统及其他功能；音频播放、视频电话、手机游戏等高性能功能。由于3G网络从根本上解决了信息传输的带宽问题，因此此前在2G手机上一直受困于带宽的许多功能将会在3G时代得到广泛的应用。
另外，3G的一系列应用要求移动终端具备更强的多媒体处理能力，进而要求终端、芯片生产厂家不断追求高性能、高集成度、低功耗和低成本的设计方案，并确保自己的产品能够满足未来更高的要求，这必将为3G移动终端的推广带来更大的动力。