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推助中国电子行业成功发展关键:系统解决方案

时间:2006-04-07 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:

如果说,股市是经济最佳的橱窗;那么每年IC界的年度盛会──《IIC国际集成电路研讨会暨展览会》以及《ESC-China嵌入式系统研讨会暨展览会》就是观察国际半导体综合动态不可过失的风向标之一。就编辑实地参访北京场的亲身体会,头一个强烈的感受就是:今年北京场的展出规模远较往年盛大。虽然三个展出站点整体而言,仍以深圳为最、上海次之;但据悉北京场是今年“展商增长率”最大的一地。

在与展商面对面的闲聊中,也探知他们对展会及“北方研发重镇”的肯定,表示到访贵宾不论是采购或研发人员,在专业基础上都具有相当国际水准,特别是本土通信类设计厂商的素质更有大幅度的提高;显见似乎不负众望见证了所谓“环渤海区”、“京津区”有计划地发展。概括今年展会本身特点有:共有209家参展商,比去年增加21%;展位共计800多个,较2005年增加约100个,其中有82家更是首次参加IIC-China展览会。主办方环球资源与CMP Media合组企业联盟的总裁马思礼(Mark A. Saunderson)指出,预估2006年中国制电子产品的总值将达到2,000亿美元,仅消费电子、电脑和电信3个行业预计将消耗总值超过640亿美元的集成电路。在这个众所瞩目、集结制造与消费关爱眼神的大舞台,我们还嗅到了什么样的IC设计行业信息?
  

Philips:从IP到ESL,EDA格局再扩大

受邀担任大会发言佳宾的Philips(飞利浦),以“精于心,简于形”的中心思想行遍中国;如今,更是将这样的愿景落实到IC设计中。其高级副总裁兼首席技术官René Penning de Vries席间以“EDA设计工具会否成为未来系统级硅片集成的最大挑战”为题发表演说表示,在消费类电子当道的今天,主要竞争领域来自于:家庭娱乐(吸引数字化家庭中的用户,高清电视、PC电视、机顶盒及家庭多媒体设备)、移动通信(手机电视和非授权式接入等的服务之战)和汽车电子(信息娱乐与服务等售后市场的收益之战,以及线控传输驱动、防碰撞的安全之战);而如果要实现“Anytime、Anywhere、Any-device”,任何人随时随地都能通过任何装置享用信息、娱乐和服务的境界,必须借重半导体、软件和服务的全面整合系统解决方案。

这样的竞技,和工业发展中著名“摩尔定律”的关系是二维同时共存的:SoC会“延续”Moore,但SiP却会“超越”Moore!前者是一种思维逻辑概念,适用于处理器/存储器等数字领域,而后者着重的是与外界连接的感知,存在于射频、传感器/制动器和电源等模拟范畴,两者间以通信总线做沟通。因此,如何创建一个有效的平台,让半导体设计和制造业者能基于同一个基础上工作是很重要的。为因应快速上市的时间压力,这种理念甚至必须向上回溯至EDA工具。他并指出,尽管SoC能解决诸多复杂性,但在功耗和成本/效益的考虑下,有时并不是惟一最佳解;此时SiP反而可以填补这样一个空缺地带,可谓各有所长。IC设计的挑战还不仅于此,深亚微米时代来临后,90nm以下的工艺常带来令人头疼的课题:
● 线路比晶体管更慢,以致对时序、功耗及同步的要求将更高;
● 线路越来越拥堵,但仍未全部利用;
● 串扰问题更为严重,威胁信号的完整性;
● 漏电现象严重,门延迟更不利于增加性能预测;
● 电压变化范围缩小,模拟与射频模块设计将更为困难;
● 工艺/设备变化增多,危害到可预测性及产量。

如此工艺波动所产生的负面反馈主要展现在3方面:1.设备:光学邻近效应、多晶粒尺寸的统计波动、杂质渗入等级的统计波动、遮蔽效应、晶体结构相应变热;2.互相关联:导体厚度与宽度(系统的vs.无序的波动)、电阻造成的层间波动、介电系数的各向异性与非统一性;3.新时序效应:芯片上的电压波动、温度变化及NBTI(阈值电压不稳定性)问题。一般而言,5%的电压变化即会造成15%的转换速率变化、30%的温度变化常导致7%的延迟/转换速率变化,而2年间以100MHz的频率变化,就能延迟15%!这对IC设计具有可怕的潜在危机,所付出的代价轻则产品面市时程延误或质量受损,重则可能赔上企业的声誉。

在IP的生成与集成瓶颈上,由于更加复杂且面市时程的急迫,在设计生产效率和质量上也必须有所提高;因此IP重复使用、涵盖抽象特性、高度集成环境,并通过改进的方法、架构、编程、集成、校验、工具和参数库,以增强深亚微米问题、异构(如:多处理器)和多维设计空间的处理能力,以创造较高的首次投产成品率就显得格外重要。其次,在系统级别的设计上,应用到架构/满足实时的时间约束/需要架构等的映像、如何早期就将设计校验/调试嵌入设计流程中、结合硬件与软件的系统级别虚拟原型试验,以及IP与电子系统级别(ESL)的标准化(如:SPIRIT,是ST、Philips、ARM与EDA厂商等共同制订,旨在简化IP内核集成的规格。从IP内核整合角度看,类似于美国VSI联盟),也是各界所必须通力关注的。

简言之,逻辑门数量/设计数据库/嵌入式软件的呈指数级增长,与SiP复杂性的迅速增加,已使催生处理工具兼容性的标准和集成问题的EDA环境迫在眉睫,上述SPIRIT便是在这种因缘际会下出现的产物;SPIRIT和VSI联盟不同的是,跨越Implementation和物理设计,SPIRIT把重点放在RTL及更高抽象度的设计验证上。为此,Philips和半导体业者、EDA厂商及晶圆代工厂展开密切合作,例如:和Freescale (飞思卡尔半导体)及ST(意法半导体)共同发展65nm以下的工艺,以应大量数据流所需;并自行研发“动态电源”,既能维持最低电压需求,又能满足低功耗的需求。展会期间Philips即宣布已成功实现一次成功的65nm低功耗CMOS工艺的SoC,可满足诸如3G手机和高性能液晶电视在内的下一代移动多媒体和家庭娱乐产品。

该芯片采用具有IEMTM(智能能量管理)技术的ARM1176JZF-S处理器、512KB字节高速低功耗可擦写存储器(scratch-pad memory)、高速通信端口以及关键模拟IP块。它被设计为一个平台,已在Linux操作系统上进行了广泛的引导和运行测试,并成为飞利浦公司新型65nm CMOS SoC高级开发阶段的核心。飞利浦表示,之所以选择ARM Core的原因是它具备增强的TrustZone安全技术以及智能能量管理提供的低功耗特性。

Atmel:时钟周期与功耗息息相关,
应做整体考虑

无独有偶,以8位闪存微控制器(Flash MCU)闻名于世的Atmel,亦强调系统解决方案的重要性,并将其视为成功拓展中国市场的关键。Atmel资深执行副总裁兼亚洲区营运总经理任启在会间表示,为了健全系统解决方案,Atmel积极与各主流应用开发商合作,提供设备驱动软件、协议堆栈、操作系统、编译器、应用代码模块、开发工具和参考设计等应用支持,以简化应用开发。他同时也认同系统级封装(SiP,系统在单个封装件中的多个IC上实现)和系统级芯片(SoC,系统在单个封装件中的单个IC上集成)并存的观点,以充分发挥技术优势。

事实上,Atmel所着眼的系统解决方案除了MCU,还有同时面向MP3播放器、POS终端、光存储媒体设备(CD/DVD播放器/刻录机)、数字广播接收装置(DAB/DMB/DRM)等消费电子,以及工业市场的ASIC、ASSP、嵌入式非易失性闪存(NVM)、射频(RF)、模拟,以及RFID射频标签、指纹识别、智能卡安全IC等保安器件(其中智能卡安全IC在2005年的增长超过20%,排名世界第二)。值得留意的是,Atmel的RFID是属于长距的,数据读取距离为7m~13m,任启透露说,该专利正在申请中。

此外,Atmel的生物测量技术同时支持CryptoMemory、交易处理IC、可信赖的平台模块(TPM)、安全RF和RF识别器件(IDICs)等多种应用,其中FingerChip指纹识别芯片是以16/32位的MCU为基础,采“体温感应”,只对“活体”有效;也就是说,一般复制指模是无法以假乱真的,具有更高的安全性。其安全微控制器有3大体系,分别基于ARM、80C51和Atmel专有的AVR架构所开发。根据任启的说法,AVR在2005年收入增长超过10%,是速度最快的8位微控制器,且拥有完整的产品系列,超过200种器件。

期间,Atmel亦宣布推出具备DSP扩展功能的新型32位嵌入式CPU架构──AVR32,预计该架构将延长便携式视频播放器、MP3播放器和移动电话等便携式和手持多媒体产品的电池寿命。由电子行业基准组织──嵌入式微处理器基准协会(EEMBC, http://www.eembc.org)进行的AVR32初期基准测得该核心的每个时钟周期性能是其它处理器的3倍。更快的处理能力意味着应用产品可以更少的时钟运作,从而减少功耗,并延长终端产品的电池寿命。它在编码长度基准上也显示了出色的结果,与其它处理器相比,编码长度减少50%。
以往芯片厂商通过提高处理器运行速度来提高处理能力,但这对于便携式设备而言是个关键性问题,因为加快时钟周期直接增加功耗并减少了电池寿命。Atmel认为惟有在更少的时钟周期内提高处理能力才是正道;例如,仅以100 MHz运行时,AVR32核心可完成解码1/4 VGA MPEG4电影所需的所有处理工作,而其它处理器需要以266 MHz运行。通过将AVR32的时钟频率提高至400 MHz 或以上,该架构出色的运算能力也可用来处理更多任务,另一方面可减少附加的处理器或硬件加速器,进而减少成本,并改善系统整合和可靠性。
AVR32全新架构的发布,是Atmel在IIC-Beijing所主要传达的信息,而汽车电子又是其中一项主要的应用。一走近Atmel的展示摊位,目光就不自禁被一块标有“Atmel”字样的轿车车门给吸引住;顺带一提,Atmel在汽车仪表电子、车体控制、TPMS胎压监视系统、车载和手机的GPS全球定位系统都有涉猎,其中车载GPS在世界排名第三。任启指出,大多数传统的处理器都是在70-80年代所开发,当时还没有MP3播放器、数字视频、GPS、语音识别等应用,也没有针对小尺寸和低功耗的手持式产品而优化的解决方案。如今AVR32的问世,刚好填补了这个需求缺口,针对需要计算密集和最低功耗的电子器件进行优化,使应用可以更少的时钟运作和更低的功耗来执行。扼要归结AVR32的特性在于:

● 高性能:采32位RISC架构、SIMD DSP指令、Java加速引擎,以及先进的7级CPU管线,乃专为C和C++而设计;
● 低功耗:高数据吞吐量可以在更低的频率下运行,因而能够减少功耗,优化节能功能;
● 专有和创新的技术:已取得多项专利。

Atmel最近公布了2005年的全球营收为16.8亿美元。其中亚洲区的营收占据全球总额约40%,而中国又占亚洲区的总营收接近40%。任启宣示说:“Atmel已计划扩大其设计中心阵容,目前正与各主要客户和中国著名大学共同协作,全力促使这一计划的落实。Atmel已将产品重点转向瞄准微控制器和射频能力,并同时加强其安全性、加密性和生物测量功能。目前,我们北京设计中心为支持2008年北京奥运会和2010年上海世博会的先进保安系统所执行的工作,正好也突显了Atmel亚洲区崭新的企业方向。” Atmel在中国设有3个设计中心:北京设计中心始建于1996年,主要从事针对安全控制应用的长距离RFID(射频标签),和以ARM微控制器为基础的全球定位和导航应用;上海设计中心于1997年开立,主要为各种图象应用包括数码相机、手机相机或视频回播模块提供交钥匙解决方案;深圳设计中心于2005年开业,主要面向AVR微控制器应用。
  
SigmaTel:音频之后的下一步——多媒体SoC

与索尼合作开发Sound Reality技术、同为ARM亲密合作伙伴的混合信号技术先进厂商SigmaTel(矽玛特),迄今已销售超过1亿万片MP3系统级单芯片(曾有研究iPod内部元器件的人员揭秘,其音频芯片正是来自SigmaTel)。SigmaTel亚洲区副总裁刘家声在展会期间邀约媒体见面,畅谈SigmaTel的最新动向。他特别突显“知识产权策略”的重要性,表明SigmaTel将通过创新开发、增加专利申请,以扩充并增强IP组合,以推广采用SigmaTel的知识产权和技术(如:Moon/Huang专利),重申捍卫知识产权的决心。

继在音频市场屡屡创造光荣记录后,SigmaTel现也开始跨足视频市场,新增超过100位影像工程师,致力开发世界级影像产品,并提供便携式多媒体所需的互连。得益于去年多项并购案,SigmaTel也得以拥有多项互补性技术──收购Oasis半导体扩展了包括综合多功能打印机(MFP)系统控制器解决方案在内的解决方案;收购Apogee Technology公司的直接数字放大(DDX)技术,完善了高清晰度音频方案;收购Protocom更因而获得了在便携式影像设备的影像存取、压缩/解压及播放功能的结构和系统设计能力;Protocom的MPEG-4 ASP技术能令MPEG-4格式的影像压缩至档案大小只有一般MPEG格式的1/5,而画质丝毫无损。

“便携式多媒体单芯片”是SigmaTel现在进行式的近程规划,奠基于闪存MP3播放器的首选,迄今已有超过300种播放器设计采用了SigmaTel的解决方案,且有部分已开始应用于硬盘播放器,“以单节AA电池运行,可长达75小时”是其产品特点。刘家声表示,承接Protocom公司而来的固定线路MPEG-4 ASP和JPEG应用,是SigmaTel的即期目标;在SigmaTel的摊位上,我们看到了这项技术的实际成果──基于型号为3600芯片所做的打印机展示;该芯片具有200MHz的处理能力、超高速红外(VRIF)接收和FM调谐器接口(搭配STFM1000专用接收器),可因应大容量文件管理及操作。另一款名基于ARM922T的PR818S CODEC系统集成芯片,支持全双工视频和多种音频格式,并具有高级图像处理功能,在数码相机的应用中高达16MP、在视频应用中高达NTSC/PAL的水平,且内置AF/AE/AWB修正。

SigmaTel认为,无线连接将成为提升终端用户体验的下一个必备性能;2005年SigmaTel的总营收有3.25亿美元,增长率达67%,且在无线方面取得了相当基础。目前在超高速红外已能提供卓越的数字媒体无线传输──STIR4230嵌入式控制器是MP3、数码相机和手机应用的理想选择,而STFM1000接收器,由于已将软件放于MP3芯片中,是极具成本效益的FM调谐器。刘家声说,SigmaTel极为看重软件,其软件工程师的数目已多于硬件工程师;其创新软件易于使用在基于ARM技术的SoC。

近期再携手全球极少数能提供加有射频IP块射频制造服务半导体之一的英飞凌,共同提升便携媒体播放器连接性能,将联合开发针对便携式数字多媒体设备的蓝牙优化解决方案。根据协议,双方将充分利用硅玛特的优化无线电架构和英飞凌在蓝牙技术、芯片设计、CMOS工艺技术、及制造工艺等领域的优势,为基于SigmaTel便携多媒体SoC解决方案的数字多媒体播放设备,联合开发优化的蓝牙芯片,新型芯片的将由SigmaTel独家销售。音频、影像和无线三足鼎立的核心战略于焉成形。

集成先进的混合信号音频、影像和无线技术,有助于将成功的PC音频技术运用于消费音频产品,SigmaTel期待利用多功能打印机市场的发展变化,将影像技术运用于激光打印机、照片打印机和数字照片显示。此外,SigmaTel还展示了新发布的影院级音频编译码器──STAC92xx家族,为一系列8和10声道高清晰度音频,可实现带同步IP话音(VoIP)或立体声音频流的7.1音频系统,支持Intel高清晰度音频接口、Microsoft统一音频架构(Unified Audio Windows, UAA)以及Dolby Master Studio,并将Dolby的高音质表现引入计算机平台。

结 语

综观今年的IIC展,除了近年来老生常谈的“融合”外,捞过界的现象也益发白热化;早期谈融合,顶多就是向外寻求近身战略伙伴,要不就是在既有产品基础上设法建立关连性,发挥综效。但今年一路看下来,各大厂商似乎在“自主研发”意愿上表现得更为强烈;不仅战略盟友的层级扩大了,牵扯向垂直方向拉远了,对于以水平并购方式快速取得相关知识产权,以求快速启动战线,似乎也乐此不疲。细究背后原因,与“两级化”的全球大势难脱干系;要嘛就够大,要嘛就够好,看来一招半式闯江湖、单骑走天涯的侥幸机遇,已去而不返了。此外,今年北京参展厂商中新添近10家国内企业,也让人眼睛为之一亮,其中不乏走高端设计的优异厂商。碍于篇幅所限无法一一概述,日后COMPOTECH将为读者持续关注这股国际间新兴势力的发展。
(责任编辑:admin)
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