在NB和PDA两种产品类型中间，是否存在新产品的立足之地？微软对此是抱持肯定的态度的，因此在平板电脑（Tablet PC）销售不如预的态势下，该公司在2006年3月仍与Intel一同再打出新的产品定位，也就是超级行动电脑（ ultramobile PC；UMPC）。且来看看Intel是如何定义UMPC 2006的平台规格的：UMPC的外型规格上，其重量应小于2磅（约900克），厚度小于1英吋，另采用4到7吋的LVDS WVGA（ 800x480）TFT触控萤幕；在系统配置上，采用Intel的ULV Pentium M或Celeron M处理器，至少建置20GB的硬碟及256/400 MHz DDR2记忆体，可延伸内建一百万画素以上的相机模组；作业系统则可是Windows XP或Linux。更多样的无线通讯功能已是电子产品的一大诉求，UMPC的规格上会内建的WLAN b/g模组及蓝芽1.2模组，另可延伸建置手机通讯（GSM/GPRS/WCDMA ）、无线电视（DVB-T/DVB-H）及GPS等无线应用功能。

从这些规格配置来看，UMPC确实是较小型的笔记型电脑，比起PDA有更完善的应用功能。它能执行一般较低阶PC的大部分工作，包括音乐和影片播放、档编辑、收发电子邮件和上网等等，更高档些的UMPC则还能进行导航定位或收看无线电视。为缩小体积，UMPC并不具有键盘设计，初期规划将搭载微软Windows XP Tablet PC Edition 2005以及该公司的Touch Pack软体，让使用者得以用姆指键入萤幕上显示的键盘。

这样的规格与功能，应该有其需求的市场，不过，从价格与电池寿命来看，却又让消费者买不下手。目前上市的少数UMPC，动辄售价超过1000元美金，这已是中阶NB的价格了；而在电池的使用性上，与NB相差无几，只能维持3到5个小时，而且也还做不到预期的轻量级重量。这都让它难以打动消费者的心。

UMPC的重量可以透过系统规划来降低，产品的售价则有赖大量生产来降低成本，但在电池的续航力上，就是技术上的一大门槛，对于所有的可携式及行动式产品来说，都是很大的考验。电池的续航力由系统的功耗来决定，今日各种关键元件的功能大幅提升，但同时也是高功耗的杀手；伴随高功耗元件及系统而来的，则是高热的产生，以及采用散热风扇所导致的噪音议题。这些都是影响UMPC使用满意度的背后因素，也是本文探讨的重点。

低功耗瓶颈：动态与静态功耗

先来看看低功耗的设计议题。今日行动及可携式产业面临的最大挑战之一，就是随着设备功能的增加或提升，对于电力的需求也飞快地成长，然而电池的供电力虽逐年也有所成长，不过却远远落后于市场需求。燃料电池等新的技术虽可望提供更大的供电力，但其商业化的脚步仍慢，因此业者只能自求多福，从各种可行的节能策略下手，包括从最微小的电晶体层级到晶片电路规划、再到系统层级的记忆体读写，以及软、硬体架构及演算法等各个面向，一一去做到低功耗、低泄露的省电策略及电源管理模式。

就节能的策略来说，电子产品的功耗来源不外乎动态功耗（Dynamic Power）和静态功耗（Static Power），其中动态功耗是在运作状态下因负载电容充放电、电流切换和电阻耗热所产生的功耗，其公式如下：

《公式一》

从这个方程式中我们可以看出，动态功耗来自于负载电容充放电和电流的切换，其中电压与功耗是平方关系，对功耗的直接影响最大，也就是说电压愈高，相对的功耗也会以级数上升；高速的频率同样也是提升功耗的杀​​手。因此降低电压与时脉是节省动态功耗的基本策略。

动态功耗一向是系统或晶片业者优先考虑降低的议题，但静态功耗的影响已愈来愈难以忽视。静态功耗是元件处于待机状态时，因电流泄露而产生的功耗，其公式如下：

《公式二》

当元件处于待机休眠状态时，电路本身难以避免会产生微小的电流释放，造成持续性的耗电，这种静态功耗和使用的制程、晶片尺寸和电晶体中的电压有密切关系。随着制程的微缩，静态的泄露电流持续上升，在进入90奈米后，静态功耗的提升更为快速，已是业者必须审慎因应的挑战了，请参考(图一)。

《图一 静态的电流泄露状况随制程进展而趋于严重》 数据源：Freescale

低功耗设计技术

从动态及静态功耗的基本认识上，我们再来看看业者的因应之道。首先是检讨造成高功耗的元凶，也就是CPU的架构。在不久前，Intel还以高时脉挂帅，但这导致该公司一头撞向高功耗和高发热的厚墙，因为时脉正是动态功耗提升的主因。两年多前Intel还坚持开发新一代的Prescott Pentium 4，但它产生的功耗动辄超过100W，当时脉到达4GHz以上，耗电量可望上冲到200W左右。这在PC已是难以接受的高功耗，更惶论用在NB或UMPC上头。

这迫使Intel不得不转向拥抱双核心的架构，并承认系统面的整合度才是保证效能的优先考量。双核心架构似乎让高时脉的问题获得了解决，它能将耗电率降幅达 28%。但这只是暂时性的现象，因为就如同单核心一样，降低的功耗还是会持续上升，因此我们看到Intel又积极开发下一代的四核心CPU。

多核心是降低功耗的一项策略，但从系统面来看，还有很多低功耗的作法可以搭配使用。其中一种是智慧性升降频的技术，在Intel称为EIST（Enhanced Intel Speed​​Step Technology），在AMD则称为PowerNow!（用于NB）以及Cool 'n Quiet（用于PC）。这种技术能够根据不同的系统工作量自动调节处理器的电压和频率，以减少耗电量和发热量。以Cool 'n Quiet来说，它被启动后，处理器会以每秒30次的频率侦察CPU的负载情况，并且针对侦察到的负载情况动态更改处理器的工作频率和供给电压；它能让CPU的工作频率最低可达1GHz，工作电压只需1.1V，此时的功耗只有22W左右。不论是PC、NB或UMPC，运作的负载往往是有高有低，此种动态调整时脉、电压的作法，对于节能有很大的帮助。

除了EIST外，在Intel最高阶的Centrino双核心行动运算技术中，为了提升电池的续航力，Intel还开发了进阶电源控制(Advanced Power Gating)、智慧型快取记忆体(Smart Cache)、动态电源管理技术(Dynamic Power Coordination)，和可动态调整快取记忆体的增强型进阶休眠(Enhanced Deeper Sleep with Dynamic Cache Sizing)等技术。这些技术虽仍未普遍使用于Intel各级的产品中，但大家对低功耗的需求是一致的，所以未来应会成为通用的技术，当然也适用于UMPC。

其实降低功耗的一大原则，就是为工作中的单位提供够用的频率及时脉就好，而对于用不到的单位，就让它们进入待机的状态。待机状态的执行，正考验着电源管理的技术，因为待机时的休眠程度愈深，就愈省电，但唤醒的时间相对也就愈长，因此需要有一套够聪明的运作规划。目前电脑系统有关闭监视器、系统待命、系统休眠、关闭硬碟等待机模式，但用在UMPC上则显得不够弹性，因此或许可以向行动设备的管理模式借镜。以Freescale的i.MX31/i.MX31L应用处理器平台为例，它就将待机模式分为六种，其耗电与唤醒时间。请参考(图二)：

《图二 不同省电模式的耗电与唤醒时间比较》 数据源：Freescale

除了从运作和待机的操作模式下手外，还有一些作法能有效降低电路层级的功耗。其中一种作法是改善个别电路闸的功耗（power-per-gate）。元件厂商可以在电路中采用两种特殊的电晶体，即高临限电压（high-Vt）和低临限电压（low-Vt）电晶体。其中低临限电压是一种高速但电流泄露相对较高的电晶体，它适合用在强调效能表现的关键性时刻；高临限电压则是一种低速和低泄露性的电晶体，它能藉由降低电路关闭下的电流泄露来延长电池的寿命和预备（standby）的时间。

散热与噪音管理

今日随着电脑效能及功能不断提升，其内部核心元件及设备的耗热状况也愈来愈严重，例如CPU的温度可以达到40?C，而硬碟甚至可以达到50?C，这对于UMPC等可携型装置来说，必然得妥善处理高热问题，才不会让它成为烫手的产品。目前在散热管理的技术上，一些较先进的做法包括无风扇设计、水冷式回路等，受限于机构空间有限，都不适合UMPC的运用。因此，UMPC还是需要采用风扇来进行散热，而且是采用NB用的径流式风扇（radial fan），而非PC用的轴流式风扇（axial fan），因前者不需要有长通道的空间就能将热带走。

就UMPC的散热规划上，已强调采行动态的散热管理技术，也就是透过系统风扇的动态最佳化调整、为处理器及晶片组配置高效率的散热模组，甚至进一步以动态监控的技术来让机壳不会提升到太高的温度。在这方面，Intel已提出新一代的热量及噪音管理技术，即IQST（Intel Quiet System Technology），此技术采用先进的控制演算法，尽量降低风扇速度的改变量，能够有效的利用风扇和感测器，同时也能降低噪音的产生。

此外，Intel也提出先进速度控制（Advanced Speed​​ Control；ASC）的机构设计新概念。在ACS中，机壳内会有一个智慧性的中心来监控所有的温度、检验它的风扇来源、评估该以何种速度来执行风扇的运转，以及如何依多组输入值来进行决定。

这个智慧性的控制中心要知道系统中每一个晶片、处理器、记忆体控制器和I/O控制器的温度，因为它们都会产生高热。这个系统也需要透过机壳建置时操作的特性化程式来知道，当每个风扇以全速运转、CPU在闲置与全速运作时的状况，以及此时对于每个风扇的冲击影响，进而决定出最佳化转速及造成最小噪音冲击的一套风扇组合。

在IQST或ACS的背后，有一些必要的新技术在支撑着，包括数位温度感测器（Digital Thermal Sensor；DTS）、简单序列传输（Simple Serial Transport；SST）汇流排，以及平台环境式控制介面（Platform Environmental Conrtol Interface；PECI）等。请参考(图三)。

《图三 支持IQST的新技术：PECI、DTS、SST》 数据源：Intel

其中DTS是新的感测器，用来感测Intel CPU的温度。相较于过去的温度二极体（thermal diode；TD），它位于更接近热源的位置，能够感测到更真实的高热状况。 DTS会将感测到温度值后会将结果储存在 CPU 暂存器中，再透过PECI介面将数据资料传送出去。 PECI就是专门用来报告CPU温度的单线汇流排介面，它是SST协定的一个子集，由于不负责沟通电压方面的资讯，在建置上更为容量。

SST则是风扇管理上相当重要的革新技术。基本上，它能改善传统SMBus在传输速度太慢、噪讯问题严重以及传送的资讯不够准确等问题。但SST的好处不仅如此，SST汇流排技术还有能力为UMPC这类极重视散热及噪音管理的产品，设计出真正的智慧型风扇系统。

过去机壳中的风扇多是各自为政，但透过单线SST汇流排，只需以最少的变化就能连接上未受控制的风扇，以及包括CPU、硬碟、电源供应器、高速视讯显示卡、记忆体等各单元的温度感测器，请参考(图四)。在此架构下，包括记忆体和硬碟等热源的功耗与热量消散需求都可以被考虑到电脑的散热系统运作当中。当系统了解到热源的位置和机构中风扇的能力后，就能决定各个风扇的转速及空气的流动状况，以取得最佳化的散热效益。

《图四 SST总线进行散热与噪音控制的可行性下一步，组件可以在SST通讯上进行传输及响应》 数据源：Andigilog

结论

在NB与PDA两大产品类型之间，是否能杀出另一条被市场青睐的明星产品路线？这是Witnel（Window+Intel）阵营急欲证实的问题。在他们的思考中，是延着传统PC、NB的开发观点而来，也就是试图提供通用型功能的产品，以强大的CPU与无所不包的作业系统来满足所有人的需求。在此思考模式下，他们一直会遭遇到难以跨越缩小尺寸、降低成本和延长电池续航力等三道高墙的瓶颈。

面对这几道高墙，Wintel阵营只有继续投资开发技术，从电路、系统的动态及静态功耗去下手，以更被复杂的电源管理策略来有效控管电力的消耗；在散热与噪音方面，也得引进更前瞻的技术，从温度感测、风扇控制、散热模组到机构气流等面向去一一解决问题。这些投资是必要、也是必然的，但对成本的掌控上是一负面的因素。

其实他们应该反过来向手机及消费性电子的产品设计理念学习。以一台手机来说，在小小的机构中，就能实现多样化的通讯及影音娱乐功能，而且充电一次就可以使用数天的时间；在家庭的视听环境中，只需靠摇控器就能满足所有的操纵功能，而这些产品都能将产品降低到300～400美元以下，如果UMPC也就达到这种易操作、轻薄和低价的特性，甚至做到MIT尼葛洛庞帝所倡导的百元电脑境界，那又何愁产品不卖呢？

（作者为电子技术自由作家）