为了保证设备的运行速率以及低功耗要求，必须优化设备性能。为了提高电他寿命， 在系统级、芯片级以及晶体管级别上的设计上需要应用许多设计措施和流程策略。高性能通常以电能高消耗为代价。我们的设计目标就是找到性能与节能两者的最佳平衡点。

缩短技术上的差距

图中概述了移动设备产业所面临的挑战。标注为1G、2G、3G、4G的阶跃函数，描述了随时间变化的蜂窝制传送性能的增益。按照香农定律8.5个月通信系统性能会翻倍。根据摩尔定律，18个月微处理器性能会翻倍。然而，电池能量密度却在5年-10年才能获得可观的发展。内存访问速度也是每12年才翻倍。

移动设备行业主要面临以下几方面的挑战：

1.微处理器和内存带宽

2.电池能耗

3.算法复杂性

这些技术挑战成为能否成功实现移动设备商用化的主要障碍。为了提供未来网络所需要的高性能的功能和服务，根锯香农定律，系统性能在没有损害电池能量的情况下，必须以比摩尔定律预期的更高的速度实现发展。传统上，移动设备是通过间时制造更高效的指令和执行多样化的指令来缩短差距的。然而香农、摩尔定律所描述的这种差距正逐步扩大，这也意味着仅靠改进导体器件和电路频率，是无法有效缩短这些差距的。持续工作、持续连接与便携的矛盾

手掌大小的便携设备能让人们在任何时间任何地点使用，但却受到电池电量、插槽、接口的限制。带有多模功能、彩屏、3D音频、视频和游戏功能的复杂的设备更需要电池长时间的支撑。用户常常因为电池没电而感到无可奈何。

便携设备的用户已经开始成为 “插槽搜寻者” 。急切寻找机场、旅店、会议、专家居等地方可为便携设备充电的插槽。电池的循环使用己经形成惯例。电源插孔插满了便携设备的充电器，犹如动物挤在食槽里吃饲料一样。手持设备和手机直到你晚上睡觉不用时才被安置在一边。数码相机和iPod的插头也会占尽墙上的电源插座。设备的闲置直时间大都被用来进行充电。穿着体面的专业人员身旁必然有需要充电的东西。巡警也经常拿着装有充电器的袋子。消费电子产品的电池问题最为严重，但谈论的却最少。每年电池、电路的情况都在改善，这都使得便携设备更多地被使用。然而电池性能的改进却远远不能达到人们的期望值。

用性能和价格平衡电池的工作时间

移动产品消费者已经习惯于将先前仅具有语音通话功能的设备的尺寸、重量、价格和电池工作时间作为衡量新产品的标准。无论提供什么样的新功能，新产品都会被这些条件所衡量。任何比先前设备明显的衰退都会考验新设备的生存能力。

现今，移动设备需要提供高速数据传输，因而需要更快的计算速度和更强大的射频功能，这都导致了电池工作的时间的急剧下降。进一步讲，任何技术都会有特殊的功率要求，这都影响了电池的工作时间。电池技术的改进可以加强所有的无线接入技术，因此在一段时间内，各种在术如何使用电池能源的差别仍会存在。

图显示了移动设备使用各技术发送请息时所消耗的功率的最大值。这些数值包括数字处理以及设备单元的功耗。图片显示了当移动设备不同操作时所消耗的功率：

1.开机，键盘和 LCD背景灯打开，搜索信号， 欢迎界面时。

2.键盘背景灯关闭，显示器变暗时。

3.显示器亮，但键盘灯关闭时。

4.显示器关闭时。

5.收起手机，仅外部显示器亮时。

功率与能量的异同

虽然某些场合下功率和能量两个词汇经常可替换使用，但是弄明白这两个概念的区别非常重要。功率和能量可以根据移动设备做功而说明。

功率=功/时间(单位：W)

能量=功率*时间(单位：J)

功率是单位时间内移动设备所消耗的能量。对比而言，能量是指功率与时间的乘积。既然一个电池存储了给定的能量，那么能量管理的目标就是把每项任务对能量的需求降至最低。在某些情况下，缩减了功率也成是缩减了能量。然而，并不是事事如此。某些任务，需要很小的能量，但却是在高速高功率的情况下完成的，这主要是因为它们的持续时间非常短。相反，某些任务在低功耗低速运行，但持续时间却很长，结果反而需要更多的能量。

是否降低能量和功率取决于应用本身，对于持续恒定耗电的应用，比如播放音频或者视频，可以组成一个重要的应用类别，这个类别里成员需要的能量可以直接均衡地按平均功耗计算。这个类别也包括待机时的应用状态，设备运行时无论等待用户输入状态还是保留数据在内存中的应用状态，还有设备关闭时仅仅时钟运行的应用状态。对于这种类别的任务，缩减功率就会节省能量。因此当谈论到节能时，我们需要区别功率降低和能量降低的同。能量是某一时间内功率的总和。 减小功率并不意味着降低能量损耗。举例说明，对于一个给定的应用，当静态的功率损耗忽略不计时，这个应用只是完成同等数量的循环任务。无论应用在某段时间内是否运行的快，也无论它是否运行在半频状态时花了两倍时间完成，最终所消耗的能量是一样的。然而， 当系统有比较大的静态功率损耗，比如偏置电流和晶体管泄漏，手持设备在缓慢运行(或低功耗运行)时，其能量效率低。这是由于整个运行时间内静态都要消耗能量造成的。

优化系统的目的是提高能源使用效率。功率可以分成两种类型：静态功率和动态功率。静态功率来源于直流元件，比如电源参考电路、模拟设计和产品中无法预测的漏洞。动态功率则来源于电路开关的工作。

能量，另一方面讲，是一段时间内功率的积分：

缩减功率并不能降低能量消耗。一个例子就是系统有高的静态功率而运行频率减半。功率减了，但由于需要更长的时间来完成任务，或者说，半频操作，时间会加倍甚至更长。这样完成这个任务反而增加了消耗的能量(如图)

功率损耗的要素

CMOS集成电路功率损耗可以抽象转换成动态功率(开关电路和短路)加静态功率。动态和静态功率服从下面的等式。

基于手机功耗的能量节省难点挑战及损耗要素分析