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现任德州仪器(TI) DSP业务发展经理、负责利用DSP技术在TI内部开创新的业务的Gene Frantz(中文名：方进)，除了上述寻常的职称，他还拥有一个很特别的头衔──首席战略科学家。这可是不容小觑的身份，在TI为数众多的技术人员中，仅有不到千分之一的人有幸获此殊荣。方进由于对奠定TI在全球DSP领先基础上贡献卓越，于1997年被授予此称号。
趁着日前TI亚洲开发商大会(TI Developer Conference, TIDC)在京召开的机会，这位科技精英与我们分享了他对SoC演变的观感。从1948年的晶体管，到1958年的集成式门电路，都曾经是研发人员绞尽脑汁寻求创新的要角；然而，这些都已逐渐走入历史！尔后，随着门电路规模的不断扩大，微处理器的概念于焉成形，属于指令级体系的ISA工业标准结构也翩然而至(1985年由IBM公司所制定的一种开放系统总线结构)，微处理器的软件可编程风潮从此弥漫。时至讲求SoC的今日，技术创新的核心点不再限于处理器本身，而是提升到“软件”层次；因为这些软件，都需要在这样一个硬件平台上进行。因此，如何完善两者的运作效率，已成为单芯片的发展重点。
改写SoC定义：从System到Software
“现在，或许正是重新定义SoC的时候了！”一开场，方进便如此高呼着，并进一步对SoC做出了预定义：它是指采用多种专利技术在同一硅芯片上集成一个系统或子系统；而这个前缀S的内涵，也已由System转化成Software之意。SoC所涉及的范畴极广，从制造、硬件、操作系统、软件到整体开发环境，缺一不可；各环节必须能协同工作，才能创造最大效益。低成本、高性能和便携式已是众望所归，而系统的共享性也格外重要；特别在消费类电子和通信领域，为了顺应产品世代的快速变迁，常需要重复投入研发资源。在这种情况下，如果用硬件固定平台，会使开发周期变得更长，而100%的软件编程，又无法满足效能的需求。于是，众家厂商便不断在软件和硬件之间寻求最佳融合点，所谓“创新”的焦点，也正从芯片本身转向芯片上运行的软件。
为什么要用到片上软件？方进表示，如果从一个产品整体特性来考虑，它可以是100%的硬件结构，也可以是100%的软件结构。在这个过程当中，通过软件可编程方式，可使产品的成本有效降低；其次，从财务角度考虑，由于人员和设备等NRE费用是不可回收的投入；再者，从产品销售角度看，每一件产品销售就有一个回收，一个是投入，一个是回收，两个之间有一个交界点，即是盈亏平衡点。在这个点之上，对于一个企业来说完全是有利的，表示在挣钱。
那么，工艺技术的不断演进，到底对企业来说是利是弊呢？方进认为，他们是同时并存的。如果采用新工艺，使芯片水平各方面都提高，将会使前期投入的门槛升高；但它也带来一个好处：每一个芯片实际上在销售过程中，需要费用成本下降到比较低，从盈亏这个点角度来说，NRE还是一样在增长。更重要的是，在盈亏点之上，利润空间可以得到很大的提高。这里带来一些坏处就是，对一些客户来说，特别是一些中小客户需要有更大的投入，才可以达到这样一个产品生产规模的盈亏点。
依方进的观察，实际上很多具有创新精神的都是一些规模较小的公司。为了让这些雄心万丈的新创公司也有“以小搏大”的胜出机会，方进认为，“让大家共同分摊初期不可回收的投入，以降低进入门坎”是较实际而有效的快捷方式，让这些财力有限的公司能以很小的投资，尽快降低盈亏平衡点，从而缩短新产品研发利益回收时程。
Gene定律 风采不让摩尔
方进指出，大家所熟悉的“摩尔定律”提到，半导体在一个芯片上可以做到的晶体管数目，以及逻辑门的速度，差不多是18个月可以增加一倍；但是，这大部分是从“时钟性能”的观点来看。然而，若换个角度从“性能发展”来看，近10年背离摩尔定律的现象日益增多，特别是在功耗IC这方面，情况已大不相同。所幸，工艺的进步，让我们得以有更多元的晶体管工艺来降低功耗。
此外，好的开发平台和环境，可使集成电路设计复杂度更高，尽可能使裸片线度变小；因此在45nm芯片上可以有10层的电路，可将很多的信号和单元集成起来。用一个非常意象的例子来比喻，就像城市里可用多层次高架道路来解决交通问题一样。近5年来，半导体技术与集成电路内部都变得非常复杂。好消息是，可以通过继续增加晶体管数目的方式来提高性能，尽管这个性能可能不像预期那么高；可以预见的是，未来10年芯片上的晶体管数目还会继续增加。除了性能，现在应该更关注的是功耗方面。
虽然摩尔定律从对晶体管成长速度的预言，推导出半导体器件效能演进的发展道路，对整个半导体过去40年的发展起着重要的指导作用；但摩尔定律在芯片功耗的问题上交了白卷，却是不争的事实。因此，另一个从功耗的角度来分析半导体器件发展的“Gene定律”，在近年来不断地被提起。它不像摩尔定律那样只侧重于一个芯片的性能，而是从功耗角度分析。对DSP来说，有一个很重要的单位，就是MMAC和功率之间的比较。
对数字信号处理器来说很重要的一个就是乘加，乘加的能力是他们一个衡量标准，仅次于MMX(每秒一个指令集，该单位也通用于CPU)。但是对于数字信号处理器DSP来说，因为它内部有一个特殊的运算结构──乘加，那么它实现乘加所需要的功耗数目，就应该是百万级的乘加需要的功率，这是它衡量的一个标准。可以看到，从第一个DSP推出，基本上都是呈数量级在下降，所以这就是Gene功耗定律的一个核心。运算能力和功耗之比，随着年份增加而递减，这在这些年内得到很好的证明。
MMAC的概念，可以作为衡量DSP性能和速度一个重要的指标。TI在DSP发展历史上具有举足轻重的地位，从其6000系列的DSP之后，内部便开始采用多个处理单元，可以并行运算。这些年来，DSP的运算能力之所以能快速增长，皆依赖内部结构的提高。须强调的是，现今的开发平台，硬件不再是惟一的决定者，软件的影响力也越显重要，例如：编译、评估、分析系统，以及编解码、音/视频软件IP等，还有加速器和基础开发的模块。
DSP软件可编程 开启通用平台新时代
早期的语音通信由于只是做一些简单的语音编码，所用的DSP处理能力较有限，抽样率也较低(8Kbps)，所以需依靠很多指令集和周期来完成工作。之后音频处理抬头，其指令周期会比以往要少一些；像回波抵消和一些语音处理，都是用这种方式实现。直到影像处理当道阶段(标清像素需到12Mbps，高清可达20Mbps的像素)，因为中间有很多并行的处理，需要在一个更短的周期内完成所有工作。TI所采用的新结构，可在一个周期内处理更多事情，让芯片拥有更强的处理能力。
与FPGA的硬件可编程概念不同，DSP的软件可编程，现在基本可以用C实现，应用将会更广一点。而FPGA是用VHDL编程，在开发过程当中，还是需要有一套比较复杂的系统，有比较大的投入。从硬件角度来说，DSP和FPGA看似竞争对手的关系；但在实际应用上，从对客户服务角度来说，两种方案可以有一个折衷。这也是为何今天在TI开发商大会中，我们也能看到Xilinx和Altera身影的原因，正是因为在软件可编程和硬件可编程之间，还有一个结合点。前者可由ASIC、FPGA来实现，而软件则可交由处理器和DSP来实现。在这样一个交合点中，有很多新的技术可以采用，从整体角度来说，技术有很大的提高，应用成本也可以有效的降低。
如果厂家要开发3种不同产品：只有播放功能的、兼具播放和通信功能的，以及具备播放通信记录的，如果没有一个公共平台的话，可能需要投资3个不同的平台。如果可借助像TI的达芬奇通用平台，则可共享很多软件，让厂商省下心力去做更多增值的工作。方进简单为现今的SoC趋势做个结论：1.现在技术使得现在的开发以软件可编程为主；2.从系统成本角度考虑，需要有很通用的方式和平台以降低开发门槛，增加更多的创新；3.现在进行电路的复杂度越来越大，使系统为将来的产品提供一个更大的增值空间；4.创新是由市场驱动，需要使产品尽快推到市场，缩短开发时间。
“另一个很重要的元素，就是技术支持。因为系统开发难度越来越大，除了厂商本身所提供的，第三方和学术单位的支持，皆不可或缺。聚集更多的支持资源，并讨论业界新近发展情况，也是TI开发商大会的目的之一。”最后，方进没忘记以他另一个商业身份这样说道。
