次世代PC 左擁低功耗 右抱微型化

近期觀察Intel的x86架構CPU之發展狀況,可以明顯看出,除了以效能為主軸的桌上型PC 市場外,另一個重要趨勢為低功耗與微型化。2008年初發表的Atom處理器堪稱是足以挑戰嵌入式系統的x86處理器。Atom不僅體積縮小,功耗需求也大幅降低,但卻能維持傳統x86所需效能。

除了技術端趨勢外,市場需求端也具有同樣趨勢。以ASUS Eee PC為首的低價電腦、UMPC(Ultra Mobile PC)、MID(Mobile Internet Device)等,都是PC發展朝向行動化的現象。

據英特爾規劃目標,「Basic Platform」所針對的不是傳統PC市場,而是較接近消費性電子產品及以無線網路應用為主,包括Photo viewing/sharing、Video viewing、Social networking、Voice over IP及Messaging等,期望能將PC產品應用範圍進一步擴大。

此外,許多智慧型裝置紛紛導入x86架構,例如數位家庭控制、終端商務機器、智慧型家電等等,甚至在許多大型企業的未來發展藍圖中,都擘畫出許多目前尚未問世的高效能智慧型裝置,這些實驗性與概念性的產品架構,都需要較目前為小的體積需求,這就是PC微型化趨勢。唯有縮小PC體積才能創造出無所不在的智慧型裝置,達到處處有智慧的數位家庭環境。

以往PC的微型化主要是靠半導體製程的進步,藉由製程改進降低功耗與體積,如此可縮小CPU的體積與散熱空間。但就一台完整的PC主機來看,內部包含了CPU、南北橋晶片組、繪圖晶片、音效晶片、通訊晶片、擴充槽、儲存裝置及許多被動元件。單單降低單一晶片的體積對整個系統的微型化助益不大。針對此問題,目前已可藉由2D的半導體整合技術,如SoC單晶片設計與SiP單系統封裝,將異質晶片進行整合,進一步縮小多晶片的佔用面積、功耗與成本。

近年部分半導體大廠提出透過晶片堆疊的整合模式,或稱3D IC技術。過去晶片的整合多半屬2D平面的整合,而3D IC則是立體式的整合。相較於2D的整合技術,3D IC的體積縮小、晶片效能、密度、異質整合等特性都較佳。因此藉由3D IC技術,可望將PC系統中的大部分半導體元件進行整合,透過無線通訊方式外接I/O裝置,則可將整個PC系統體積降至拳頭般甚至硬幣大小。

根據IEK的定義,目前的PC時代稱為PC1.0,以效能與行動力為發展主軸,主要產品包括桌上型電腦、筆記型電腦、超可攜電腦與行動上網裝置。

PC2.0時代,則是藉由3D IC半導體整合技術促成的體積極度微型化、超低功耗、超高整合度、但維持既有效能的x86運算裝置。在PC2.0架構下,少數無法整合之I/O裝置可藉由無線寬頻技術取代傳統資料匯流排,除了可大幅降低PC的體積外,並可將微型化的主機嵌入到任何需要智慧化的物件中,例如家電、消費性電子、汽車、牆面等。

PC2.0的特色為具備微型化、低功耗、高效能的運算平台,其用途已超越傳統PC1.0的個人普通運算需求,而延伸至多元化的特定用途運算。

在個人普通運算部分,PC2.0能大幅降低PC主機體積並隱藏至螢幕或周邊設備中,未來可能將不會再有「主機」的存在。且PC2.0的高度整合將帶來極低的生產成本,對低價PC普及到新興國家將具有極大助益。

在多元化特定運算部分,依據許多國際資通訊大廠對未來世界的描繪,可以看到許多生活中的物件都具備智慧化,而智慧化的促成技術將來自PC2.0。因此PC2.0時代的情境可簡單稱為Ubiquitous Computing(無所不在的運算)。這些應用可能包括智慧型網路冰箱、智慧型辦公桌、智慧型牆面顯示器、智慧型手機等需要智慧化的任何裝置上。

在Ubiquitous Computing情境中,PC2.0僅具有運算單元,人機介面與I/O 都將透過外接方式達成。屆時人機介面可能不再是鍵盤、滑鼠與液晶螢幕,儲存裝置也將透過先進的無線網路通訊方式與家庭中的資料儲存裝置進行存取。

經過數十年的發展,一直都處於追求CPU效能與功耗的降低下,並以個人運算為主要用途。但在半導體整合技術的發展下,x86這種最普及最具成本效益的平台將可能改變原本的發展方向。

以3D IC的整合技術下,PC2.0整合所有晶片,甚至內嵌作業系統與應用軟體。在個人運算市場上,PC2.0 時代將對晶片組產業、主機板產業、介面卡產業、主機機構相關產業、系統組裝產業造成極大衝擊。在多元化運算部分,PC2.0的無所不在運算情境讓過去談論許久的未來數位生活真正實現。

然而,PC2.0的基礎建立在半導體整合技術上,目前的3D IC 封裝技術仍有許多技術問題待解決。PC的整合除了半導體外,尚有許多被動元件、電源供應、散熱系統等較難整合縮小的組件。因此PC2.0雖然具有美好的願景,但仍須面對實際的技術問題,待技術問題克服,則無所不在運算才能真正實現。(作者是工研院IEK/ITIS計畫產業分析師)

【2008/05/18 經濟日報】

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