推动显示创新: 22nm移动显示驱动器IC使低功耗成为常态

介绍移动显示驱动器IC的22nm工艺技术

2024年，半导体行业的讨论主要集中在实现最新超细微工艺的激烈竞争上。 尽管3nm工艺技术对于市场来说相对较新，但是似乎业界和公众都已经开始关注2nm的未来。

在这种背景下，三星系统大规模集成电路（LSI）设计并开发了一款用于智能手机的显示驱动IC（DDI），采用了22nm工艺，目前已经开始投入批量生产。 尽管与2nm相比，22nm似乎很大，但它在DDI行业中仍然是一个先进的节点。 这是因为市场上使用的半导体类型种类繁多，28nm和45nm工艺技术通常应用于不需要超细微工艺的产品。 正是在这种背景下，三星重新确立了其“快速推动者”的地位，因为它现在是业内率先成功设计、开发和商业化使用22nm工艺的移动DDI（mDDI）的公司。
 

22nm mDDI的核心在于功效和功能性

向22nm工艺发展的核心是市场对降低耗电量的推动，这仍然是DDI设计中的一个关键考虑因素。 从一开始，三星System LSI就研究并开发了用于mDDI的22nm工艺，以实现这一目标。 随着端侧AI等移动功能的普及，需要降低非应用处理器（AP）部件的功耗。 由于显示屏的功耗较高，因此降低其功耗对于行业来说尤为重要。

此外，必须满足市场对高分辨率、高帧率、更美观的显示器的需求，还要降低功耗，而这些显示器通常会消耗更多电量。 如今，WQHD移动显示屏需要超过120Hz，甚至超过165Hz的帧率，而可折叠显示屏则需要更高的分辨率以达到足够的像素密度。

还有更多的考虑因素:现有的图像质量功能，如对OLED mura¹和串扰²的补偿已经变得必不可少，而诸如面板下摄像头和隐私模式等新功能也正在实现。 因此，DDI的电路复杂性以及需要处理的数据量增加，从而导致功耗上升。

移动显示器已经发展到如此先进的功能水平，对于用户来说非常好，但这也意味着为DDI提供低功耗解决方案比以往任何时候都更加重要。 正因如此， System LSI的22nm工艺和低功耗设计技术恰逢其时地进入了市场。
 

基于领先的22nm研究的下一代mDDI产品

如上所述，22nm工艺技术缩小了通常用于制造高端智能手机mDDI的28nm工艺的逻辑工艺。 得益于这一更精细的节点，能够将逻辑功耗降低约30%（1V至0.8V），并将逻辑面积减少10%。

三星System LSI是业内最早开始22nm工艺初步研究的公司之一，该项研究于2021年开始，并于2022年完成。 研究结果显示，与三星同级别IC相比，22nm工艺可使逻辑电流降低约20%。 22nm IC的鉴定测试也已完成，为将其应用于下一代产品的批量生产奠定了基础。
 

改进设计，降低功耗

除了22nm工艺的低功耗优势外，System LSI还开发了低功耗设计套件，可进一步降低约12%的功耗。 它最大限度地减少了电路运行中的时钟切换（Clock Toggle），即使在执行相同操作时也能降低动态电流。 这最大限度地发挥了降低逻辑电流与22nm工艺的效果。

此外，通过全面应用时钟门控（Clock Gating）技术，³System LSI正在提供适用于可变刷新率（VRR）的低功耗解决方案，该解决方案根据显示图像的状态调整帧率。 VRR允许显示刷新率从120Hz调整至1Hz，与使用28nm工艺制造的上一代产品相比，在120Hz时逻辑功耗降低约38%，在1Hz时逻辑功耗降低约45%。
 

经过市场验证的功效进步

三星首款采用22nm工艺的mDDI证实了该技术卓越的功效。 与基于28nm的上一代产品相比，新一代产品基于更细微的工艺优势和低功耗设计套件的应用，将逻辑功耗降低了38%。 经验证，这一改进使IC功耗降低了16%，相当于额外增加了1小时的电池续航时间。⁴在此初步进展的基础上，22nm工艺也成功批量生产，并应用于可折叠设备的mDDI。 这两项成就都表明，mDDI产品线正朝着积极的方向发展。

展望未来，三星System LSI将继续努力快速采用先进工艺，并致力于保持其在DDI产品领域的技术领先优势。 这将通过不断增强公司的设计技术来满足低功耗产品的各种需求而实现，最终目标是开发出提升用户体验的产品和技术。
 

* 呈现的所有图片仅用于展示之目的，与实际产品不一定完全一致。  所有图片均以数字方式编辑、修改或增强。

* 所有产品规格均基于内部测试结果，可能因用户系统配置不同而有所差异。 实际性能可能会因使用条件和环境而有所不同。

_{¹⁾“Mura effect”，也称为“Clouding”，是指由于屏幕照明不均而导致的显示不均匀。
²⁾ 串扰是指相邻像素之间不需要的色彩串扰。
³⁾ DDI中的时钟门控是一种低功耗技术，通过关闭电路以降低功耗，并提高功效。
⁴⁾ 经确认，根据视频播放时间，电池寿命从26小时增加到了27小时。}