Wie Mobilfunk-Geräte optimal entwickelt und im Markt positioniert werden können Erfolgsrezept „Plattformen“ #####

Um der Nachfrage nach hochintegrierten, gleichzeitig aber flexiblen Wireless-Lösungen gerecht zu werden, die bei rascher Marktreife auch noch ein hohes Maß an Differenzierung ermöglichen, sind „Produktplattformen“, die aufeinander aufbauende, erweiterbare und sich gegenseitig ergänzende Wireless-Komponenten bieten, eine zukunftssichere Technologie-Basis. Sie minimieren Risiken und erlauben kurze „Time to market“-Zyklen.

Wie Mobilfunk-Geräte optimal entwickelt und im Markt positioniert werden können

Um der Nachfrage nach hochintegrierten, gleichzeitig aber flexiblen Wireless-Lösungen gerecht zu werden, die bei rascher Marktreife auch noch ein hohes Maß an Differenzierung ermöglichen, sind „Produktplattformen“, die aufeinander aufbauende, erweiterbare und sich gegenseitig ergänzende Wireless-Komponenten bieten, eine zukunftssichere Technologie-Basis. Sie minimieren Risiken und erlauben kurze „Time to market“-Zyklen.

Aufgrund von Plattformkonzepten wird eine Evaluierung von Wireless-Produkten in viele verschiedene Richtungen möglich. Auch lässt sich ein ganzheitliches Produktangebot mit einem vernünftigen Maß an Investitionen beherrschen. Solche Plattform-Architekturen für Wireless-Designs hat beispielsweise Freescale Semiconductor in den letzten Jahren auf den Markt gebracht. Einen der Eckpfeiler stellt die MXC-Architektur (Mobile Extreme Convergence) dar, abgerundet von der i.MX-Anwenderprozessorfamilie (Bild 1), von DVB-H-Lösungen, UWB-Plug-ins und von umfangreichen Software-Umgebungen.

Ein dynamisches Marktumfeld stellt hohe Anforderungen

Die starke Nachfrage nach tragbaren Geräten stimuliert die drahtlose Kommunikationsbranche unaufhaltsam, aber das Rennen um Differenzierung und Innovation gestaltet sich heftiger als je zuvor. Zwar gibt es Ansätze, die „Killeranwendungen“ der nächsten Generation vorauszuahnen und umzusetzen, aber die immerwährenden Änderungen und die Vielzahl von Einflüssen aus Wirtschaft, Marketing, Politik und Kultur bedingen ein ziemlich schlecht vorhersagbares, langfristiges Kundenverhalten und begrenzen so den Blick dafür, wie das nächste wirklich durchschlagende Gerät aussehen wird. Gleichzeitig wird der Endverbraucher in immer höherem Maße, beispielsweise durch Marketingkampagnen, über die verschiedenen technologischen Möglichkeiten und deren Preisgestaltung aufgeklärt. Der Erfolg von Preisvergleichsinstituten und Auktionshäusern im Internet ist ein guter Indikator für diese Entwicklung. Firmen geraten noch mehr unter Druck, genau die Funktionen, Dienstleistungen oder Marketingargumente zu finden, die den Kunden zum Kauf neuer Produkte motivieren.

Um auf dieses dynamische Umfeld angemessen reagieren zu können, müssen Gerätehersteller, System- und Netzbetreiber ein immer umfangreicheres Produktangebot vorhalten. Sie müssen sich auf den aktuellen Erfolg im Massenmarkt konzentrieren, ohne zukünftige Erfolgsstrategien und das davon abhängende Wachstum aus den Augen zu verlieren. Standardisierung heißt das Motto zur Einsparung von Kosten und Anpassung an den Massenmarkt. IP (Intellectual Property) und Innovation sind die Schlüsselfaktoren zu nennenswerten Umsätzen und einer Führungsposition am Markt. Vor diesem Hintergrund haben Unternehmen mittlerweile Plattform- bzw. Portfolio-orientierte Managementkonzepte etabliert, die attraktive Strategien zur Deckung der getätigten Investitionen ermöglichen. Der Wert und das Potential eines neuen Industrieprojekts wird nach neuen Kriterien beurteilt, und zwar nach der Wiederverwendbarkeit bzw. den möglichen Freiheitsgraden in Bezug auf Differenzierung und Innovation.

Freescale Semiconductor (der frühere Halbleiterbereich der Motorola Inc.) hat schon vor rund fünf Jahren damit begonnen, diese Trends und Bedürfnisse zu analysieren und Plattformkonzepte zu entwickeln. Sie sollen einerseits eine rasche und preisgünstige Vermarktung eines Produkts ermöglichen, andererseits aber extrem offen, flexibel und skalierbar sein, um auch neue Anwendungsszenarien und die Einbindung proprietärer oder sich differenzierender Module am Markt ausloten zu können. Wiederverwendbarkeit, Zukunftssicherheit, Wirtschaftlichkeit und hohe Qualität sind weitere Parameter. Entwickelt wurden z.B. Plattformen für Halbleitertechnologien ebenso wie für Mobiltelefone, mobile Multimediaprojekte, drahtlose Netzwerkzugänge, Mobilfunkinfrastrukturen, Heim-Gateways, Telematik, Motorsteuerungen in Kraftfahrzeugen, Mechatronik und andere Bereiche. Dabei überlappen sich zum Teil die Einflussbereiche der verschiedenen Plattformen, um schließlich eine echte Konvergenz zu erreichen (z.B. findet man die 3D-Grafik, wie sie ursprünglich für Spieleplattformen entwickelt wurde, heute in GPS-Systemen).

Single-Core-Modem als optimierte „Communication Engine“

Im schnell wachsenden 3G-UMTS-Markt für mobile und portable Geräte hat Freescale schon frühzeitig umfassende Chip-Architekturen für alle Handy-Kategorien entwickelt. Von zentraler Bedeutung ist dabei die MXC-Architektur (Mobile eXtreme Convergence). Im Gegensatz zu anderen derzeit verfügbaren, aus zwei Kernen (DSP + MCU) bestehenden Lösungen kommt die „MXC Communication Engine“ (Bild 2) mit nur einem für diesen Zweck optimierten StarCore-DSP aus. Dadurch ergibt sich eine ganze Reihe positiver Effekte. Die „Engine“ stellt für die ganzheitliche Mobilfunkplattform quasi das Rückgrat dar. Die „Single Core Modem“-Architektur (SCM) kommt ohne MCU und spezielle Speicherbausteine aus. So wird das Mobilfunkmodem preisgünstiger und lässt sich viel einfacher in eine modulare Software-Architektur integrieren. Mittlerweile hat sich für diese optimierte und leistungsstarke „Communication Engine“ auch der Ausdruck „Slim Modem“ (schlankes Modem) etabliert.

Prozessoren: hohe Leistung trotz geringer Stromaufnahme nötig

Neben dem eben erwähnten „Single Core Modem“ hat Freescale eine ganze Anwendungsprozessor-Familie für mobile Multimediaprojekte entwickelt; sie nennt sich „i.MX“ und bietet mehrere Plattformen, mit denen sich eine Vielzahl von Konsumelektronikprojekten und -diensten abdecken lässt. Durch spezielle Optimierung und entsprechende Entwicklungsmaßnahmen konnte ein extrem effizientes Leistungsmanagement für batteriebetriebene Geräte realisiert werden. Der auf der firmeneigenen „Smart Speed“-Technologie basierende i.MX-Prozessor wartet mit erstklassigen Leistungsdaten bei geringster Stromaufnahme auf. Um den Energiebedarf für die Prozessorfunktionen auf ein Minimum zu drücken, hat Freescale für aktuell nicht benötigte Blöcke auf dem Chip spezielle Maßnahmen wie „Clock Gating“, Schlummer- und Schlafmodi vorgesehen. Zusätzlich wurden Schaltungen für eine dynamische Spannungs- und Frequenzeinstellung des Prozessors und eine dynamische Temperaturkompensation implementiert, um die Stromaufnahme noch weiter zu senken. Die Vorteile sind beachtlich: Für ein Videotelefonat mit hoher Qualität benötigt z.B. ein i.MX21-Prozessor (Bild 3) lediglich eine Taktfrequenz von 150 MHz, während auf einem PC-Prozessor ein Prozessortakt von mehr als 1 GHz erforderlich wäre. Applikations-Schwerpunkte für die i.MX-Familie sind: Video- & Audioaufnahme sowie -wiedergabe, Videotelefonie, Multimedia-over-IP, Spielanwendungen, intelligente Vernetzung (802.11x, Bluetooth, UWB, DVB-H, ZigBee, ...) und Sicherheitssysteme. Modernste Halbleitertechnologien (90-nm-CMOS-Strukturen, aktuell auf 300-mm-Wafern) in Kombination mit modernen Schaltungstechniken machen Chipgrößen zwischen 20 und 40 mm2 möglich, was sich positiv auf den Preis auswirkt.

Konkrete Beispiele sind die neuen Multimedia-Prozessoren i.MX31 und i.MX31L, die auf geringen Stromverbrauch getrimmt sind und auf Smartphones, portable Medienplayer (PMP), mobile Spielkonsolen und viele andere „leistungshungrige“ Anwendungen abzielen. Sie basieren auf einem ARM1136-Kern mit integriertem Floating-Point-Coprozessor, einer leistungsstarken 2D/3D-Grafikprozessor-Engine (nur i.MX31) für Spielanwendungen, 3D-Kartografie oder intelligente Bedienschnittstellen, einem voll VGA- (640 x 40 Pixel) und Megapixel-fähigen Bildaufnahmesystem mit entsprechender Hardware-Beschleunigung, vielen Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie „USB On-The-Go High-Speed“ zu DDR-Speichern und SD-I/O [1].