市場對高性能和新特色產品的持續需求給便攜設備的設計為員出了種種難題。在許多情況下，設計已達到所允許功耗的極限。計算機和電話用戶往往不原使用電池壽命太短的產品。所以，最佳的解決方案是降低電路的功耗--從微處理器開始，它是系統的核心并且消耗的功率最大。

　　通常，處理器是最主要的功耗部件，盡管便攜設備的其他部件也消耗不少功率。例如在筆記本計算機中，磁盤驅動、顯示和圖形電路與微處理器爭用可用電池功率。在通信設備（如數字蜂窩電話）中，其RF電路的功耗與基帶處理器的功耗不相上下。所以，做為設計工程師必須擬定功率預算，并確定不同特性的相對優先次序。

　　在Intel公司出版的“Mobile Power Guidelines 2000”中，建議筆記本計算機功率預算分配5W給微型筆記本計算機的處理器，9.5W給全特性筆記本計算機的處理器（見表1）。兩種類型筆記本計算機都假定包含硬盤驅動器（功耗1.4W左右），但只有較大型的才包含DVD驅動器（功耗1.4W）。同樣，微型筆記本計算機給顯示器分配的功紡較少（2.8W 對4.3W）。正如在Interl例子中可看到的那樣，任何所需功率的削減必須在各個方面進行，而不僅僅是在處理器方面。即使微處理器的效率不斷提高，處理器功率的顯著低通常也要對性能加以權衡。所以，對處理器性能的要求必須與對其他特性（如DVD驅動器）的要求加以平衡。

　　困難的相互比較

　　不同類型微處理器（CISC，RISC或DSP）的額定功率是不同的，

　　這是因為它們針對不同的應用。對于一給定的類型，不同的制造商也規定在不同條件下的額定功率。功率增加通常正比于工作負載。所以，微處理器往往被定額為每兆赫時鐘頻率需要多少瓦。但是，其他類型的處理器在某一給定的時鐘頻率下執行更多的指令或完成更多次的運算。因此，有些廠商喜歡標定每瓦功耗完成多少 Mips（每秒百萬條指令）或MOPS（每秒百萬次運算）。

　　遺憾的是，廠家兜售的數值大多并沒有給為們所需的信息。人們希望知道在特定應用中在正常工作條件下的功耗。很多微處理器廠商給出在空載條件下的功率，而不是峰值性能。因此，最好的辦法是標定一種很近似于實際應用的標準基準測試。Intel 公司對筆記本計算機所建議的功率預算是基于“3-D WinBench”測試的，這種測試包含圖形密集的指令混合比例。因此，針對微型筆記本計算機應用的帶L2高速緩存的Mobile Pentium II處理器的峰值功率為6W、休眠功率為0.36W、平均3-D WinBench 功率為5W.

　　降低功耗的一個方法是在處理器芯片中增加更多外設元件，以避免需要功耗的線路驅動器。由于避免了寄生電感和電容，這種方法也有助于改進整機性能。當然，增加電路元件仍將會增加芯片的總功耗。

　　性能提高

　　為通用PC和工作站而設計的Interlx86和Pentium 微處理器總是需要較大的功率，這是因為其大的指令系統和復雜的體系結構所致。然而，隨著便攜計算機的出現，Interl公司不得不針對移動設備市場推出其處理器的較低功率型。現在Interl提供Celeron和Pentium II處理器的移動型。移動型Celeron的時鐘頻率高達366MHz，而移動型433MHz型今年每三季度推出。Interl今年底將推出“Copper-mine”Pentium III的移動型，工作在600MHz以上。

　　所的Interl 移動型微處理器現在都采用PGA（引腳網格陣列）插座。原來Celeron處理器為了降低成本不包含L2高速緩存，而而在包含128kB片上L2高速緩存，而Pentium II和Pentium III的L2為256 kB。當然，現在所有處理器都包含32 kB L1高速緩存。Celeron型在Intel 的移動型處理器中功耗最低。由于移動型Celeron的“Quick Start”能節特性，便利處理器的空載功率只有0.4W，而采用MMX技術的Pentium處理器功率為1.1W。

　　通常，較新的處理器比其原先的型號具有更高的功效。使用片上L2高速緩存既提高了性能又在實際上降低了功耗（與使用同樣大小的外部L2高速緩存相同）。同樣，并行處理技術是既提高性能又不大幅增加功耗的有效方法。除超標量和超流水線硬件結構外，Intel 的新芯片包括用于特殊多媒體指令的SIMD（單指令，多數據）處理技術。大多數高性能微處理器現在采用0.25μm工藝，而下一代將用0.18μm。所以功率/性能比繼續下降。

　　更激烈的競爭

　　除了更高的電路密度和吸引人的移動設備市場外，增強競爭力是迫使Intel 公司大幅降低它的微處理器功耗和成本的另一因素。有些參與競爭的公司（如AMD）經慎重考慮已瞄準移動應用。最近市場報告指出，今年4月份AMD的市場份額為44%，Intel為51%，而18個月以前Intel在同一移動型處理器市場的份額超過99%。

　　在處理器型號方面，AMD的移動型K6-2現在是市場的主導產品，這要歸功于Toshiba和Compaq公司在流行的筆記本計算機中采用它。 AMD的處理器的功耗與Intel的類似處理器的功耗相當。例如，具有“3DNOW”技術的AMD移動型K6-2-P處理器功耗在典型應用中小于12W。而AMD的移動型處理器的處理速度比Intel的更高。例如，AMD的移動型K6-2的頻率為380MHz，而Intel的移動型Celeron和移動型 Pentium II 的頻率只有366MHz。盡管Intel現在有400MHz的移動型Petium II，而AMD也有400MHz K6-2-P和380MHz K6-III-P。

　　用于K6-III-P的AMD “TriLevel Cache”，使其處理器家庭比Intel的移動型處理器具有更高的性能。AMD芯片具有片上64KB L1高速緩存和片上256KB L2高速緩存。另外還有100MHz總線支持高達1MB的任選外部L3高速緩存。像K6-2-P一樣，K6-III-P在典型應用中的功耗小于12W。

　　一個小公司Rise Technology公司以廉價、低功率并與X86兼容的處理器瞄準1000美元以下的筆記本計算機市場。該公司的mp6家庭已用0.25μm工藝投入批量生產，時鐘頻率高達266MHz。現在Rise 公司正在推出時鐘頻率高達366MHz的0.18μm型的樣品。第二種0.18μm型（mp6 II）將于今年晚些時侯推出，其時鐘頻率高達466MHz。該公司聲稱，mp6和mp6 II的2V型與任何參與競爭的處理器相比，其功耗是最低的，是其他移動型處理器功耗的50%。在300MHz，Rise mp6 II的功耗典型值小于4.5W。

　　采用RISC

　　大多數移動應用不采用Intel PC體系結構。例如，Windows CE掌上計算機不用x86處理器，而用RISC處理器。PC體系結構具有系統軟件等優點。但x86微處理器幾乎從來不是最有效利用電能的方案。所有的功率利用率記錄似乎都是由RISC處理器保持的。

　　Hitachi公司的新處理器采用0.18μm工藝技術，工作在低電壓。在1.5V，該處理器運行在133MHz，需240mW功率;d 1.8V，運行在167MHz，需要400mW。這與同樣性能的處理器相比，其電池壽命延長70%。因為處理器芯片包含一個66MHz PCI總線控制器，所以不需要外部PCI橋接芯片，減少了芯片數。

　　RISC芯核

　　當然，通過在一個定制的片上系統中使用一個芯核處理器可實現最少的芯片數（亦即最低的成本、最小的體積、最輕的重量和最少的電池消耗）。ARM和MIPS Technologies 公司成功地設計出RISC芯核，并許可其他公司把它們用在實際的產品中。

　　例如，NEC Electronics 把MIPS 芯核用在它的新的64位RISC處理器中，這種處理器支持Windows CE操作系統。這種處理器可以用于掌上PC或定制便攜產品。NEC的VR4121處理器運行在168MHz，達到224MIPS。

　　當然，NEC處理器包含比RISC更多的功能。完整的芯片也包括一個DSP型乘法和累加（MAC）指令，這可為便攜產品提供調制解調器性能。它也含用于中斷控制及DMA尋址和控制的電路。多達49個通用輸入/輸出（GPIO）引腳可供系統設計人員編程，而功率管理部分提供4種節省功率的模式：全速、維持、暫停、休眠。

　　類似的處理器芯片VRC4171A可為手持產品增加彩色LCD圖形和PC卡控制。這種芯片工作在3.3V，典型的功耗為250mW。它的4個可編程 GPIO引腳允許與外設通信。這種芯片為處理器提供所需的圖形支持而不會導致大的功耗。隨著便攜產品開始包含彩色圖形顯示和其他多媒體特性，使得找到兼容的圖形芯片日益重要起來。

　　Media Q公司的MQ-200是一款用于消費類電器的圖形和顯示芯片。除控制器外，該芯片還包含嵌入式DRAM和模擬電路。128位圖形引擎和兩個板上圖形控制器共享1.2GB/s片上存儲器總線，這與其他產品相比，總的圖形性能提高6位。這種芯片支持總功率預算小于4W的系統，而典型的筆記本計算機的功率預算是 20W或更高。

　　高集成度

　　對于便攜設備，使芯片數最少也將使體積最小、重量最輕、成本最低和功耗最少。在數字蜂窩電話中，芯核RISC處理器構成一個高集成度子系統的一部分。基帶部分（非RF部分）一般集成一個RISC微控制器、一個低成本DSP、存儲器、鍵盤和屏控制器以及連接邏輯（見圖2）。ARM公司的ARM7 TDMI很適合于這種應用。它每兆赫只消耗1.85mW，相對低的13MHz速率可同步GSM900系統中的微控制器。RISC芯核在芯片上只占 4.9mm 2的面積。因為它可以在低的電壓下工作，所以片上存儲器往往比片外存儲器消耗更少的功率。ROM的功耗也小于SRAM。在可能的情況下，使用空載模式可節省功率。通常，片上必須包含一個鎖相環，以便為DSP提供時鐘信號。

　　在某些應用（如媒體流處理）中處理器可由數據驅動而不是由固定頻率時鐘信號驅動。因此，只有當處理器實際工作時才消耗功率。Sharp公司的 DDMP（數據驅動媒體處理器）就是這種實例。由于這種芯片缺乏一個集成開發環境，所以被人們接受非常有限。Sharp現在計劃把DDMP改為可重新配置的并行處理器芯核。

　　ARC Cores和Tensilica是兩家提供可配置的嵌入式處理器的公司。可配置芯核采用定制指令使功耗最小。插入一種定制指令使一高冗余的噪聲消除算法從 3000個周期下降10個周期。這樣的一種指令將延長電源壽命20～25%左右。