筆者再次來到美國加州硅谷，開始為期一周的***總部技術(shù)探秘之旅。5天內(nèi)共采訪了Maxim（美信）、Analogix（硅谷數(shù)模）、Arteris、Lattice（萊迪斯）、Mentor Graphics（明導(dǎo)）、Silego、Silicon Image和GEO等8家半導(dǎo)體廠商，并聆聽了一場(chǎng)Gartner關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和技術(shù)的演講。

　　首先還是看看筆者每次來硅谷時(shí)用以判斷半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的“汽車數(shù)量指數(shù)”晴雨表吧。所到幾家廠商總部的停車場(chǎng)內(nèi)，基本都停滿了員工們的各種座駕。之前在國內(nèi)從多種渠道了解到，美國經(jīng)濟(jì)已經(jīng)恢復(fù)上升趨勢(shì)，半導(dǎo)體行業(yè)景氣指數(shù)也在不斷攀升。這次親眼驗(yàn)證了上述說法。

　　下面將分篇介紹本次硅谷技術(shù)探秘的所見所聞

　　汽車電子篇

　　老牌Maxim模數(shù)全能

　　第一天采訪的Maxim和最后一天采訪的GEO都有汽車電子業(yè)務(wù)。不同的是，Maxim是一家有著30年歷史的老牌半導(dǎo)體廠商，年?duì)I收達(dá)24億美元，每年研發(fā)資金約5億美元。汽車電子業(yè)務(wù)主要是電源管理、ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）和信息娛樂系統(tǒng)等的模擬、混合信號(hào)解決方案。而GEO只有5歲，汽車電子主要關(guān)注幾何圖形處理和視頻處理。由于是初創(chuàng)型公司，所以年收入沒有對(duì)外公布，不過，據(jù)了解，這幾年的研發(fā)投入共約1億美元。巧的是，兩家公司還有些淵源。2012年，剛成立3年的GEO***了Maxim的數(shù)字視頻IC部門。

　　Maxim汽車電子解決方案部門執(zhí)行總監(jiān)Kent Robinett（見圖1）指出，未來5年內(nèi)，車載CD播放器將會(huì)落伍，駕乘者的車內(nèi)信息娛樂體驗(yàn)將會(huì)趕上移動(dòng)互聯(lián)終端那樣的體驗(yàn)；駕駛輔助功能將成為所有乘用車的標(biāo)配，這有助于把交通事故率減少50%。此外，美國交通管理部門要求，2018年，乘用車必須安裝倒車影像監(jiān)控系統(tǒng)；LED車燈將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)品牌差異化，這對(duì)環(huán)境和安全有著積極意義。

　　圖1 Maxim汽車電子解決方案部門管理團(tuán)隊(duì)成員。執(zhí)行總監(jiān)Kent Robinett（左二）、執(zhí)行總監(jiān)Jon Horner（左一）、總監(jiān)Farhad Farahbakhshian（右一）、高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理Ben Landen（右二）。

　　對(duì)于汽車信息娛樂系統(tǒng)，1997年之前第一代的成本只有幾美元，1998~2006年第二代的成本曾飆升到了上千美元，2007~2010年第三代的成本回落到了幾百美元。隨著顯示、射頻前端、ECU、3G/4G無線通信及云計(jì)算的發(fā)展，2011年之后第四代汽車信息娛樂系統(tǒng)的成本將進(jìn)一步下降到幾十美元甚至更低。

　　另據(jù)Strategy Analytics對(duì)英美車主的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果，消費(fèi)者非常渴望擁有車上裝有ADAS系統(tǒng)，不過，他們認(rèn)為ADAS目前的價(jià)格太高而不愿購買。預(yù)計(jì)2017年，各種不同類型ADAS產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到近9000萬套。現(xiàn)在面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是，要能在低成本線纜上無壓縮地傳送百萬像素的數(shù)據(jù)，而且有很好的EMC性能。

　　Robinett透露，針對(duì)高清中控和后排顯示，及ADAS等車載信息娛樂系統(tǒng)，他所領(lǐng)導(dǎo)的汽車電子方案部門最新推出了3.12Gbps多媒體串行鏈路（GMSL）SerDes芯片組。其特點(diǎn)是，可使屏蔽雙絞線和同軸電纜兼容，并降低同軸電纜50%的成本和重量；線纜傳輸距離為15m；采用專利的全雙工串行傳輸架構(gòu)；片上擴(kuò)頻時(shí)鐘，可降低EMI，因而不需要外部擴(kuò)頻時(shí)鐘。

　　對(duì)車載顯示器、LED背光燈及抬頭顯示系統(tǒng)（HUD），帶高壓DC/DC控制器和電池分離功能的四通道LED驅(qū)動(dòng)器MAX16813，最多可驅(qū)動(dòng)4串高亮度LED燈。其特點(diǎn)是，減少了EMI噪聲，拓寬了動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)，在關(guān)斷時(shí)，可使電池漏電流降到最低。

　　汽車儀表盤和信息娛樂系統(tǒng)的電源管理方面，含有3個(gè)大電流DC/DC轉(zhuǎn)換器的MAX16993，可節(jié)省50%以上的電路板面積，并減少AM頻段噪聲，降低EMI輻射。

　　對(duì)于喜歡在車上用USB為智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端充電的人們，DC/DC轉(zhuǎn)換器MAX16984可用汽車電池進(jìn)行安全可靠的充電。在移動(dòng)終端剩余電量40%的情況下，充電30分鐘，MAX16984方案比市場(chǎng)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)方案可多充8%（見圖2）。據(jù)了解，目前針對(duì)的是USB2.0，正在開發(fā)支持USB3.0的方案。

　　圖2 采用MAX16984的充電方案與市場(chǎng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方案的比較

　　新兵GEO專攻視頻處理

　　筆者本次采訪的其他廠商都有自己的一座或幾座辦公樓，其中Lattice的辦公樓旁還有一個(gè)長(zhǎng)條狀、蜿蜒曲折的水池，環(huán)境甚好。

　　而GEO由于是初創(chuàng)型公司，與那些財(cái)大氣粗的豪門或準(zhǔn)豪門不能攀比，現(xiàn)在過日子還得算計(jì)著花，錢要用到研發(fā)的刀刃上，所以只能暫時(shí)蝸居在合用辦公樓的半層。因?yàn)槊娣e小，不帶大會(huì)議室，在演講和接受采訪時(shí)，也是在臨時(shí)租的公用會(huì)議室里。不過，這并沒有妨礙它擁有世界級(jí)的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)。

　　GEO董事長(zhǎng)兼CEO Paul M.Russo（見圖3）表示：“視頻所在之處就有我們的機(jī)會(huì)。”據(jù)他介紹，公司現(xiàn)有2個(gè)芯片平臺(tái)：不帶CODEC的eWarp，適于攝像、抬頭顯示系統(tǒng)和投影系統(tǒng)應(yīng)用；eWarp+CODEC的CloudGEO，適于云、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備上的攝像機(jī)。

　　圖3 GEO董事長(zhǎng)兼CEO Paul M.Russo

　　Russo透露，2款40nm工藝的芯片已出樣片，并將在2014年3季度量產(chǎn)。

　　GEO現(xiàn)有的50個(gè)客戶中，不乏像索尼、夏普、松下、日立、飛利浦、博世、霍尼韋爾等全球知名品牌，中國的海信也位列其中。據(jù)悉，比亞迪很可能成為其在汽車領(lǐng)域的客戶。目前，云攝像機(jī)、安防監(jiān)控、智能電視和投影儀客戶的產(chǎn)品都已上市，汽車類客戶的產(chǎn)品將在2014年稍晚時(shí)間上市。

　　市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Techno Systems Reserch的報(bào)告顯示，未來5年，每輛汽車中可能會(huì)有多達(dá)8個(gè)攝像頭。2014年，車用攝像頭和抬頭顯示芯片的市場(chǎng)規(guī)模約為3億美元，2018年將達(dá)到9.4億美元。

　　該報(bào)告認(rèn)為，美國高速公路安全管理局（NHTSA）和歐洲新車碰撞測(cè)試（EuroNCAP）的汽車安全法規(guī)將推動(dòng)車用攝像頭市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2014年，車用攝像頭的市場(chǎng)規(guī)模約為5290萬個(gè)；2018年，總數(shù)約1.077億個(gè)。這期間的年平均復(fù)合增長(zhǎng)率約為24.4%。

　　2014年，所有本田和Acura車型將全部安裝攝像頭單元。日本松下、索尼、韓國現(xiàn)代摩比斯（Hyundai Mobis）和加拿大麥格納（Magna）4家一級(jí)供應(yīng)商在車用攝像頭市場(chǎng)占了近半壁江山，其中松下占全部市場(chǎng)的1/5。

　　GEO的可編程eWarp處理器平臺(tái)支持任意尺寸圖形像素實(shí)時(shí)變換，可起到多個(gè)獨(dú)立幾何校正的作用，如鏡頭畸變校正，全景拼合圖像，取代物理調(diào)節(jié)的校準(zhǔn)，及ePTZ的實(shí)時(shí)潘傾斜和變焦（pan tilt and zoom）。還有，對(duì)于180°以上的超廣角魚眼鏡頭，GEO的無內(nèi)容損耗（Zero Content Loss）1080p全高清60fps視頻畸變校正專利技術(shù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像變換計(jì)算。上述技術(shù)分別如圖4~6所示。

　　圖4 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應(yīng)用（1）

　　圖5 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應(yīng)用（2）

　　圖6 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應(yīng)用（3）

　　目前汽車中的前后左右4個(gè)VGA攝像頭系統(tǒng)，可被一塊eWarp處理器芯片的圖像變換功能取代（見圖7）。例如，可用于自動(dòng)泊車系統(tǒng)。該技術(shù)最開始被用于高端SUV車型，現(xiàn)在已逐步進(jìn)入轎車中。

　　圖7 采用一塊eWarp處理器芯片的全景俯視系統(tǒng)

　　抬頭顯示技術(shù)最初用在美國和法國的軍用和民航飛機(jī)上。后來，通用汽車擁有了該技術(shù)在汽車上的專利，目前，專利已經(jīng)公開。1988年，該技術(shù)首次選裝在通用汽車的Cutlass Supreme（超級(jí)短劍）車型上。

　　GEO和Techno Systems Reserch預(yù)計(jì)，2014年，抬頭顯示系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模約為350萬套。2016年將出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，約860萬套。2018年將上升到1510萬套。這期間的年平均復(fù)合增長(zhǎng)率約為22.7%。

　　2014年，寶馬將在大部分車型中配置抬頭顯示系統(tǒng)。通用汽車也將擴(kuò)大裝配的車型種類。奔馳將調(diào)整市場(chǎng)戰(zhàn)略，2014年秋季，在S和C級(jí)車型中配置抬頭顯示系統(tǒng)。日本精機(jī)（Nippon Seiki）、矢崎（Yazaki）、美國江森自控（Johnson Controls）、德國大陸（Continental）和日本電裝（Denso）分別占據(jù)了抬頭顯示系統(tǒng)傳統(tǒng)一級(jí)供應(yīng)商的前五位。由于需求大，市場(chǎng)前景極為看好，松下、博世和現(xiàn)代摩比斯也正在擠入一級(jí)供應(yīng)商陣營(yíng)。

　　抬頭顯示系統(tǒng)目前面臨的挑戰(zhàn)包括：成本非常高，每套約1200~1500美元，這限制了它的市場(chǎng)普及度，因此只能用在部分高檔汽車?yán)铩Ｓ糜谕队帮@示的前風(fēng)擋玻璃較特殊，這使抬頭顯示系統(tǒng)的成本又增加了上百美元。此外，高清顯示和投影面積的擴(kuò)大使圖像畸變問題更加凸顯。

　　前面提到的GEO可編程eWarp處理器和視頻畸變校正專利技術(shù)，能同時(shí)校正風(fēng)擋玻璃和短距光學(xué)微投影器產(chǎn)生的各種圖形畸變。還可以電子調(diào)節(jié)風(fēng)擋上的圖像位置，這樣就不會(huì)因?yàn)轳{駛員的身高而影響水平視角。如圖8~10所示。

　　圖8 GEO的自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)

　　圖9 可編程eWarp處理器的幾何處理

　　圖10 可編程eWarp處理器和視頻畸變校正專利技術(shù)，能同時(shí)校正風(fēng)擋玻璃和短距光學(xué)微投影器產(chǎn)生的各種圖形畸變，不會(huì)因?yàn)轳{駛員的身高而影響水平視角。

　　另外，針對(duì)云、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備上的攝像機(jī)，GEO的GC6500（Raptor2）解決方案可提供eWarp實(shí)時(shí)像素處理引擎；支持最多8個(gè)獨(dú)立視頻流的編解碼，每個(gè)感興趣區(qū)域（ROI）都是獨(dú)立的；高動(dòng)態(tài)范圍影像信號(hào)處理器（ISP），壓縮與視頻處理流水線等，及硬件參考設(shè)計(jì)和軟件架構(gòu)。

　　同時(shí)，GC6500和GW3xx方案均支持180°和360°魚眼鏡頭；可編程eWarp引擎支持多視角流，畫中畫，多個(gè)鏡頭的影像合成；單獨(dú)流的獨(dú)立視角等。優(yōu)勢(shì)是，消費(fèi)者或用戶只用一個(gè)攝像頭即可，而沒必要再用多個(gè)攝像頭。

　　移動(dòng)高清連接篇

　　MHL廣泛的生態(tài)系統(tǒng)

　　MHL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由諾基亞、三星、Silicon Image、索尼和東芝，于2010年4月發(fā)起制定。主要面向小屏移動(dòng)終端與大屏高清顯示設(shè)備之間的連接，如智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)字電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品及PC。

　　現(xiàn)在采用MHL技術(shù)的產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約5億臺(tái)。全球前5個(gè)智能手機(jī)品牌中，有4家采用了MHL標(biāo)準(zhǔn)；前10家數(shù)字電視制造商中，有9家有4家采用了MHL標(biāo)準(zhǔn)。該陣營(yíng)的廠商及成員近200個(gè)，如三星、索尼、東芝、夏普、聯(lián)想、海爾、海信、TCL、創(chuàng)維、HTC、***、中興、小米、魅族等。此外，還有現(xiàn)代、JVC-Kenwood、先鋒等汽車配件廠商。

　　圖1 Silicon Image業(yè)務(wù)開發(fā)高級(jí)總監(jiān)兼首席宣傳官（Chief Evangelist）Jim Chase

　　Silicon Image業(yè)務(wù)開發(fā)高級(jí)總監(jiān)兼首席宣傳官（Chief Evangelist）Jim Chase（見圖1）表示，2014年，采用MHL技術(shù)的智能手機(jī)、PC顯示器和數(shù)字電視的市場(chǎng)規(guī)模分別為22%、25%和28%，預(yù)計(jì)數(shù)字電視的這一比例將在2014年增加到40%以上。

　　除了中高端市場(chǎng)，面向新興市場(chǎng)的低端產(chǎn)品也在MHL的版圖之內(nèi)。例如，一套采用MHL收發(fā)器的智能手機(jī)和筆記本電腦的套餐價(jià)在300美元左右（見圖2）。

　　圖2 采用MHL收發(fā)器的智能手機(jī)和筆記本電腦的套餐價(jià)在300美元左右

　　針對(duì)4K超高清顯示的布局也進(jìn)行的如火如荼。2013年發(fā)布的MHL3.0版本可支持4K超高清顯示和高速數(shù)據(jù)傳輸。多屏顯示與移動(dòng)設(shè)備充電可同時(shí)進(jìn)行，充電功率在4.5W~10W（見圖3）。

　　圖3 MHL3.0標(biāo)準(zhǔn)特性

　　目前了解到的行業(yè)情況是，Simplay Labs已經(jīng)制定了設(shè)備之間安全傳輸4K超高清內(nèi)容的認(rèn)證計(jì)劃。相關(guān)廠商提交的設(shè)備需要通過4K視頻、多信道音頻和HDCP 2.2鏈路保護(hù)支持及增強(qiáng)的互操作性測(cè)試。

　　NETFLIX已于2014年1月開始提供4K超高清視頻內(nèi)容，索尼、YouTube、MGo也將在年內(nèi)適當(dāng)時(shí)間提供4K內(nèi)容。

　　同時(shí)，高通、三星和nVidia的應(yīng)用處理器，及三星、諾基亞和索尼等智能手機(jī)已為4K準(zhǔn)備就緒。

　　采用MHL3.0、符合內(nèi)容保護(hù)協(xié)議HDCP 2.2的三星智能電視，索尼智能手機(jī)和智能電視也正在迎接4K時(shí)代的到來。

　　Silicon Image為MHL 3.0、4K超高清生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品包括發(fā)射器，及MHL3.0到HDMI2.0的橋片等。

　　人無我有的60GHz無線高清連接

　　對(duì)于60GHz無線高清連接，Silicon Image同時(shí)是WirelessHD和WiGig標(biāo)準(zhǔn)組織的成員。

　　該公司負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)工作的高級(jí)總監(jiān)Rob Tobias表示，60GHz WirelessHD連接技術(shù)可把移動(dòng)終端上的全高清視頻內(nèi)容幾乎沒有延遲地傳輸?shù)酱笃辽嫌^看（見圖4），并實(shí)現(xiàn)了大小屏的互動(dòng)。智能天線確保了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，可與有線電纜傳輸?shù)馁|(zhì)量媲美。頻譜帶寬比WiFi高10~100倍，也不存在WiFi方案面臨的干擾問題。

　　圖4 60GHz WirelessHD連接技術(shù)可把移動(dòng)終端上的全高清視頻內(nèi)容幾乎沒有延遲地傳輸?shù)酱笃辽嫌^看。

　　目前，集成了基帶、射頻和天線的單芯片UltraGig6400發(fā)射器的PCB面積為10mmx10mm，比第二代方案減小了10倍以上（見圖5）。UltraGig6400既可嵌入在智能手機(jī)和平板電腦里，也可作為外設(shè)插入。

　　圖5 60GHz無線高清（WirelessHD）連接方案的PCB改進(jìn)比較

　　在高速數(shù)據(jù)傳輸方面，WiGig技術(shù)可作為WirelessHD的有力補(bǔ)充。

　　此外，Silicon Image面向4G/LTE小蜂窩無線回傳市場(chǎng)，開發(fā)了單芯片CMOS工藝的波束導(dǎo)向型60GHz射頻收發(fā)器。第三代60GHz射頻波束導(dǎo)向技術(shù)簡(jiǎn)化了天線設(shè)計(jì)和安裝。工程樣本和評(píng)估板將于2014年第二季度提供。

　　硅谷數(shù)模圖謀8K

　　針對(duì)MHL的競(jìng)爭(zhēng)，硅谷數(shù)模營(yíng)銷副總裁Andre Bouwer（見圖6）稱，基于DisplayPort標(biāo)準(zhǔn)的SlimPort收發(fā)器，同樣可將智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等移動(dòng)終端，與電視、監(jiān)視器、投影儀等大屏顯示設(shè)備連接。（詳見《2013年暮春硅谷紀(jì)行（五））

　　圖6 硅谷數(shù)模營(yíng)銷副總裁Andre Bouwe

　　他還表示，SlimPort4K產(chǎn)品也支持4K超高清、多屏幕、影音和USB數(shù)據(jù)及企業(yè)安全應(yīng)用。支持音視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟limPort Pro版本（見圖7）正在開發(fā)中，準(zhǔn)備提交給視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（VESA）。

　　圖7 支持音視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟limPort Pro框圖和特性

　　用SlimPort給移動(dòng)終端進(jìn)行快速充電時(shí)的功率最高為9W。隨著采用SlimPort的移動(dòng)終端及附件支持高通快速充電QC2.0技術(shù)，2014年，充電功率將提升至18W。

　　目前，LG、谷歌、富士通等原有合作伙伴已開發(fā)出采用SlimPort功能的新移動(dòng)終端，而且，惠普和中興努比亞也加入了該陣營(yíng)。例如，努比亞智能手機(jī)采用了SlimPort 4K解決方案，支持4K超高清內(nèi)容。

　　同時(shí)，硅谷數(shù)模與瑞芯微合作開發(fā)了適于主流智能手機(jī)和平板電腦的基于SlimPort的參考設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步擴(kuò)大SlimPort生態(tài)系統(tǒng)。

　　尺有所短寸有所長(zhǎng)

　　至于MHL與SlimPort孰優(yōu)孰劣，兩個(gè)對(duì)手給出了各自的評(píng)價(jià)（見表1、表2和圖10）。由于技術(shù)開發(fā)和市場(chǎng)一直在不斷變化，其中的某些性能對(duì)比和數(shù)據(jù)與現(xiàn)在的實(shí)際情況肯定會(huì)有偏差。例如，SlimPort的4K方案已經(jīng)符合內(nèi)容保護(hù)協(xié)議HDCP 2.2等。這些圖表比較僅供讀者們參考。

　　表1 MHL、HDMI、DisplayPort及SlimPort的標(biāo)準(zhǔn)比較（Silicon Image提供）

　　表2 MHL、HDMI與SlimPort的性能參數(shù)比較（Silicon Image提供）

　　圖10 DisplayPort與HDMI和MHL的技術(shù)特點(diǎn)比較（硅谷數(shù)模提供）

　　正所謂：尺有所短寸有所長(zhǎng)。從上面的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)比較，還不好說誰會(huì)笑到最后。終端開發(fā)商也需要根據(jù)自身能力、市場(chǎng)需求、整體設(shè)計(jì)難易和總成本來考慮應(yīng)該采用哪種技術(shù)。

　　研究機(jī)構(gòu)Display Search預(yù)計(jì)，2014年，中國4K電視市場(chǎng)規(guī)模約為1000萬臺(tái)，是全球其他地區(qū)總量的3倍。由于目前市場(chǎng)上主要的移動(dòng)超高清連接技術(shù)就是MHL和SlimPort，所以，Silicon Image和硅谷數(shù)模勢(shì)必會(huì)為此展開激烈的搏殺。

　　不過，由于4K的生態(tài)系統(tǒng)比對(duì)手弱，硅谷數(shù)模在繼續(xù)鞏固4K“籬笆”的同時(shí)，已開始覬覦8K市場(chǎng)。Bouwer特別指出：“不要說8K離我們還很遠(yuǎn)，其實(shí)消費(fèi)者已對(duì)4K超高清非常感興趣，他們對(duì)8K也會(huì)是同樣的態(tài)度。”

　　SlimPort的8K技術(shù)路線圖如圖8所示。與之前版本的DisplayPort標(biāo)準(zhǔn)相比，將要公布的DisplayPort1.3版本增加了HBR3，即傳輸速率為 8.1Gbps，可以支持DSC（Display Stream Compression）標(biāo)準(zhǔn)的60fps8K×4K視頻。DSC由VESA在2014年3月剛公布。

　　圖8 SlimPort的8K技術(shù)路線圖

　　DisplayPort1.3可在無壓縮情況下實(shí)現(xiàn)60fps8K×4K視頻傳輸，而SlimPort目前在壓縮情況下實(shí)現(xiàn)了30fps8K×4K的視頻傳輸（見圖9）。

　　圖9 DisplayPort1.3與SlimPort在壓縮和未壓縮情況下實(shí)現(xiàn)8K視頻傳輸?shù)募夹g(shù)參數(shù)對(duì)比

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　　可編程、可配置與IP篇

　　ECP5“打破陳規(guī)” 挑戰(zhàn)FPGA巨頭

　　在FPGA領(lǐng)域，與賽靈思（Xilinx）和Altera這兩個(gè)追求極致密度、超高傳輸速率、巨量晶體管數(shù)、最新工藝技術(shù)的巨頭不同，Lattice（萊迪思）走的是低成本、低功耗和小形狀因數(shù)之路。

　　Lattice總裁兼CEO Darin Billerbeck形容自身優(yōu)勢(shì)時(shí)，用了快速和敏捷（Agility）這兩個(gè)詞，目的就是使用戶爭(zhēng)取到足夠快的上市時(shí)間。

　　他特別提到了兩個(gè)“最”產(chǎn)品。一個(gè)是號(hào)稱全球最小FPGA的iCE40，價(jià)格不到50美分，功耗最低25μW，1.4x1.48mmBGA封裝。

　　另一個(gè)是面向視頻安全監(jiān)控、人機(jī)接口和移動(dòng)終端的MachXO3，其每個(gè)I/O接口的成本不到1美分，2.5x2.5和3.8x3.8mm2的WLCS封裝。

　　Lattice方面表示，除了上面差異化技術(shù)外，將以最新開發(fā)出的ECP5 FPGA系列，在小型蜂窩網(wǎng)絡(luò)、微型服務(wù)器、寬帶接入、工業(yè)視頻等大批量應(yīng)用中，向兩大巨頭的中低端產(chǎn)品發(fā)起挑戰(zhàn)。

　　一段時(shí)期以來，賽靈思和Altera一直宣稱要用FPGA取代ASIC和ASSP。而Lattice則表示要讓ECP5在10萬LUT以下的設(shè)計(jì)中，成為ASIC和ASSP的輔助設(shè)計(jì)伙伴，以彌補(bǔ)ASIC的成本問題和ASSP不夠靈活的缺陷。

　　Darin Billerbeck稱，ECP5系列在成本、功耗和密度3個(gè)方面“打破了陳規(guī)”：

　　①2.5萬~8.5萬LUT在提高提高設(shè)計(jì)靈活性的同時(shí)，比市場(chǎng)上其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的成本最多降低了40%。在小型蜂窩基站中的應(yīng)用如圖1所示。

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　　圖1 ECP5系列在小型蜂窩基站中作為ASIC和ASSP的輔助設(shè)計(jì)

　　②使用單通道3.25Gpbs SERDES，即一路PCIe時(shí)，最低功耗約為0.25W（見圖2）。若采用4路PCIe，功耗也不到0.5W。靜態(tài)功耗在64~78mW。在150MHz典型應(yīng)用中的功耗，比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品最多降低30%。

　　圖2 ECP5系列在安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)方案中，使用單通道3.25Gpbs SERDES，即一路PCIe時(shí)，功耗約0.25W。

　　在現(xiàn)場(chǎng)演示中，用Diamond軟件工具測(cè)得8.5萬LUT設(shè)計(jì)的典型功耗約315mW；2.5萬LUT時(shí)為264mW。

　　③8.5萬LUT和SERDES封裝在10x10mm2BGA內(nèi)（見圖3），功能密度，即每平方毫米的LUT數(shù)量，比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品高2倍以上。40nm工藝的ECP5系列比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品28nm工藝的芯片尺寸還小。

　　圖3 ECP5系列采用10x10mm2BGA封裝，適于寬帶接入設(shè)備的智能小型可插拔（SFP）收發(fā)器方案。

　　據(jù)悉，ECP5預(yù)計(jì)將于2014年8月上市，并在2016年進(jìn)入28nm工藝。

　　另外，市場(chǎng)方面，目前亞太地區(qū)營(yíng)收占Lattice全球的60%，其中，中國占亞太區(qū)的70%。

　　神秘又熟悉的IP商

　　本次硅谷之旅第二天采訪的Arteris，是一家網(wǎng)絡(luò)芯片（Network-on-Chip）互連IP和工具供應(yīng)商。盡管已有10多年的歷史了，但是它并不像處理器IP商ARM、MIPS、Tensilica、CEVA或Cadence、Synopsys那樣有很高的知名度，因而對(duì)于大多數(shù)電子工程師可能顯得有些神秘。

　　不過在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)界，三星、高通、TI、飛思卡爾、ST、瑞薩電子、東芝和Altera等大牌都是Arteris的用戶。而且，中國大陸半導(dǎo)體設(shè)計(jì)三劍客海思、展訊、銳迪科，及全志科技、瑞芯微、珠海炬力和虹晶科技等不少公司，也采用了Arteris的FlexNoC互連IP進(jìn)行SoC設(shè)計(jì)。據(jù)IHS iSuppli的調(diào)查報(bào)告，中國大陸多數(shù)半導(dǎo)體公司都得到了FlexNoC互連IP的授權(quán)。

　　最近，***創(chuàng)意電子（GUC）也得到了FlexNoC互連IP的授權(quán)，用于16nm移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用處理器SoC IP驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

　　對(duì)于Arteris這樣既神秘又熟悉的廠商，在介紹其獨(dú)特技術(shù)之前，筆者覺得有必要對(duì)各位看官先普及一下它的歷史。

　　Arteris在2003年由3位法國人創(chuàng)立，總部設(shè)在巴黎。次年收到第一筆風(fēng)險(xiǎn)投資。2005年，現(xiàn)任董事長(zhǎng)、總裁兼CEO K. Charlie Janac加盟，擔(dān)任CEO一職。2006年，第一個(gè)互連IP產(chǎn)品NoCSolution問世，并馬上就拿到了100萬美元的授權(quán)許可收入。

　　2007年，在得到由Synopsys領(lǐng)頭的新一輪投資后，把公司總部從巴黎搬到了硅谷。同年，TI的OMAP4應(yīng)用處理器采用了NoCSolution的IP。2009年，第二代技術(shù)FlexNoC上市。隨后，得到了高通風(fēng)險(xiǎn)投資（歐洲）、ARM、日本Innotech等的第三輪投資。2010年，與三星和高通合作推出FlexLLI Interchip Link IP技術(shù)。

　　2011年，即公司成立的第8年，才開始盈利。2012年，全球60%的移動(dòng)設(shè)計(jì)都采用了FlexNoC互連IP。2013年，在智能手機(jī)市場(chǎng)收獲頗豐。同年底，被高通以獨(dú)特的交易方式***了IP和工程團(tuán)隊(duì)。2014年，Arteris宣布雇傭新的工程領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。

　　下面就來看看Arteris的FlexNoC互連IP的獨(dú)到之處。

　　從事芯片設(shè)計(jì)的工程師都知道，高效的互連是SoC盈利的關(guān)鍵。同時(shí)，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)上，靈活的拓?fù)浼軜?gòu)對(duì)產(chǎn)品差異化非常重要。

　　Arteris營(yíng)銷副總裁Kurt Shuler幽默地表示：“Arteris is Switzerland。”對(duì)這句話，不只是筆者，就連一位來自歐洲的資深媒體同行也大惑不解：“你們不是美國公司嗎？怎么又是瑞士的了？”

　　Shuler解釋道：“大家知道，瑞士是中立國。實(shí)際上我的意思是，Arteris是中立的。也就是說，我們自己不設(shè)計(jì)生產(chǎn)任何芯片，而是為所有的網(wǎng)絡(luò)芯片設(shè)計(jì)公司提供互聯(lián)IP，且與任何協(xié)議無關(guān)。雖然他們是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但我們是中立的。”

　　這時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)響起一片會(huì)意的笑聲。

　　他強(qiáng)調(diào)，Arteris的NoC互連IP技術(shù)可把用戶通常12~18個(gè)月的設(shè)計(jì)周期縮短到9~12個(gè)月（見圖4）。同時(shí)，NoC互連工具還可提升SoC的生產(chǎn)力（見圖5）。

　　圖4 Arteris的NoC互連IP技術(shù)可將設(shè)計(jì)周期縮短為9~12個(gè)月

　　圖5 NoC互連工具可提升SoC的生產(chǎn)力

　　具體地，NoC互連IP技術(shù)的工作頻率可達(dá)1GHz以上（見圖6），支持CPU到存儲(chǔ)器的高速數(shù)據(jù)傳輸；極低的連接延遲（見圖7）；易于布局布線等。

　　圖6 NoC互連IP技術(shù)支持1GHz以上的工作頻率和高傳輸帶寬

　　圖7 NoC互連IP技術(shù)具有極低的連接延遲特性

　　此外，與傳統(tǒng)的混合總線互連架構(gòu)比，NoCIP架構(gòu)的線路量少了50%，最高工作頻率也高于后者，帶寬提高了1倍，可連接上百個(gè)IP塊，功耗不到1W，延遲特性相當(dāng)甚至更好。

　　Shuler表示，目前有56個(gè)用戶，85項(xiàng)流片及44個(gè)完整的芯片設(shè)計(jì)，用戶的芯片發(fā)貨量已達(dá)1億多片。

　　開辟一個(gè)嶄新的半導(dǎo)體市場(chǎng)

　　相比模擬、電源和分立器件300億美元以上的市場(chǎng)，F(xiàn)PGA和可編程微控制器分別有50多億和90多億美元的市場(chǎng)，Silego所在的可配置混合信號(hào)芯片（CMIC）市場(chǎng)潛在容量只有30億美元左右。

　　不過，Silego營(yíng)銷副總裁John McDonald（見圖8）表示，可配置混合信號(hào)芯片或稱“可編程模擬技術(shù)”開辟了一個(gè)嶄新的半導(dǎo)體“藍(lán)海”市場(chǎng)，正因?yàn)槿绱耍@個(gè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)不像前幾個(gè)市場(chǎng)那樣激烈。消費(fèi)類、計(jì)算、通信和工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用需求正推動(dòng)這個(gè)市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

　　圖8 Silego營(yíng)銷副總裁John McDonald

　　Silego包括混合信號(hào)陣列GreenPAK、電源管理芯片GreenFET、定時(shí)產(chǎn)品GreenCLK和接口ASSP在內(nèi)的4類芯片，近4年內(nèi)的總出貨量已過10億，2012和2013年的出貨量更是分別達(dá)到了2.7億和4.2億。

　　目前最小的GreenPAK3采用1.6 mm x1.6 mm X0.55mm，12引腳STQFN封裝，其厚度比1美分硬幣還薄（見圖9）。在這樣小的芯片內(nèi)，集成了模擬元件、數(shù)字邏輯、可編程互連架構(gòu)、I/O及非易失性存儲(chǔ)器等。主要可用于替代4~8位MCU、膠合邏輯、電平轉(zhuǎn)換器和電壓監(jiān)控器等。“工程師用所提供的GPAK開發(fā)工具，在幾分鐘內(nèi)就可搞定所需的配置和編程。”McDonald表示。

　　圖9 GreenPAK3采用1.6x1.6mm212引腳STQFN封裝，厚度比1美分硬幣還薄。

　　GreenPAK3低成本、低功耗的特點(diǎn)，有助于在可穿戴設(shè)備、移動(dòng)終端及PC市場(chǎng)上，實(shí)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品快速上市。

　　另外，McDonald透露，Silego在中國設(shè)有一個(gè)研發(fā)中心。計(jì)劃在2014年推出8款新產(chǎn)品，同時(shí)，將進(jìn)一步加強(qiáng)與英特爾和nVidia的合作關(guān)系。

　　EDA篇

　　本次硅谷之行的第三天，筆者又見到了老朋友，Mentor董事會(huì)主席兼CEO Walden C. Rhines（見圖1）。這次，有著數(shù)十年資深技術(shù)背景的Walden既沒有談具體EDA技術(shù)，也沒有講市場(chǎng)，而是回顧了EDA驗(yàn)證的歷史變遷。

　　圖1 Mentor董事局主席兼CEO Walden C. Rhines（右），副總裁兼設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)部總經(jīng)理John Lenyo（左）

　　邁入驗(yàn)證3.0時(shí)代

　　在早期的中小規(guī)模（SSI/MSI）集成電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證中，基本靠設(shè)計(jì)師手工設(shè)計(jì)和布局，然后是架構(gòu)、測(cè)試、重復(fù)設(shè)計(jì)，直至項(xiàng)目完成。

　　1973年4月12日，美國加州大學(xué)伯克利分校電子工程系電工實(shí)驗(yàn)室的L.W.Nagel和D.O.Pederson，開發(fā)出了電路仿真軟件SPICE。借助這款軟件，設(shè)計(jì)師可快速可靠地驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)并預(yù)測(cè)電路性能。

　　隨著10萬門以上大型設(shè)計(jì)對(duì)仿真的需求，1982年，Mentor開發(fā)出了基于IDEA工作站的QiuickSim數(shù)字電路仿真器。

　　Walden把這個(gè)時(shí)期稱為“驗(yàn)證0.0時(shí)代”。

　　此后，便進(jìn)入了寄存器傳輸級(jí)描述的“驗(yàn)證1.0時(shí)代”。這個(gè)時(shí)期的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是，更加關(guān)注描述語言及性能提升。

　　代表性語言是VHDL。1981年，美國國防部提出了VHSIC語言。1983年，IBM、TI及Intermetrics獲得了相關(guān)開發(fā)合同。1987年，VHDL被確定為IEEE1076標(biāo)準(zhǔn)語言。

　　1984年，GateWay設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司的Phil Moorby創(chuàng)建了Verilog HDL語言。1989年，GateWay被Cadence***。1995年，Verilog成為IEEE1364標(biāo)準(zhǔn)語言。

　　另外，RTL加速仿真提升了硬件性能。

　　接著，芯片設(shè)計(jì)又進(jìn)入了更加關(guān)注方法學(xué)的測(cè)試平臺(tái)（testbench）自動(dòng)化“驗(yàn)證2.0時(shí)代”。2002年，SystemVerilog語言出現(xiàn)。

　　Walden稱，他曾在2004年設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)（DAC）的CEO圓桌論壇上與新思（Synopsys）CEO Aart de Geus的激辯中，力挺SystemVerilog，并提出業(yè)界應(yīng)該創(chuàng)建一個(gè)SystemVerilog的設(shè)計(jì)環(huán)境。令他欣慰的是，同年，SystemVerilog被批準(zhǔn)為IEEE1800標(biāo)準(zhǔn)語言。

　　目前，在10多億美元的驗(yàn)證市場(chǎng)上，SystemVerilog已成為測(cè)試平臺(tái)主流驗(yàn)證語言，且遠(yuǎn)高于VHDL、System和C/C++等。

　　企業(yè)級(jí)驗(yàn)證平臺(tái)

　　Mentor副總裁兼設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)部總經(jīng)理John Lenyo（見圖1）對(duì)2014年6月即將上市的企業(yè)驗(yàn)證平臺(tái)（EVP）進(jìn)行了詳細(xì)闡述。EVP結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

　　圖2 Mentor的企業(yè)級(jí)驗(yàn)證平臺(tái)（EVP）

　　該驗(yàn)證平臺(tái)包括：①仿真加速操作系統(tǒng)Veloce OS3、②統(tǒng)一的硬件調(diào)試環(huán)境Visualizer、③軟件調(diào)試器Codelink，④支持Questa和Veloce的驗(yàn)證IP。因此，可形成全球范圍的資源數(shù)據(jù)中心（見圖3）。

　　圖3 Mentor數(shù)據(jù)中心里的容納幾十臺(tái)Veloce仿真加速器的機(jī)柜

　　①Veloce OS3支持低功耗的UPF驗(yàn)證；SystemVerilog功能覆蓋率和基于斷言的驗(yàn)證；及SystemVerilog、UVM和C/C++測(cè)試平臺(tái)。具有高覆蓋率收斂流程，并進(jìn)行應(yīng)用程序軟件關(guān)鍵的SoC子系統(tǒng)的流片前性能分析。為了最大程度地復(fù)用驗(yàn)證平臺(tái)，按照UVM/RTL標(biāo)準(zhǔn)，為仿真和加速模式專門設(shè)計(jì)了驗(yàn)證IP。在保證功能的前提下，可比單獨(dú)仿真性能提高1000倍（見圖4）。

　　圖4 Veloce OS3可加速現(xiàn)有的仿真驗(yàn)證環(huán)境

　　可用虛擬環(huán)境取代實(shí)際硬件。PCIe、以太網(wǎng)和USB等標(biāo)準(zhǔn)接口，都可在工作站中實(shí)現(xiàn)虛擬化。

　　隨著復(fù)雜度更高的SoC設(shè)計(jì)項(xiàng)目的增加，例如，系統(tǒng)中含有多個(gè)嵌入式內(nèi)核、異構(gòu)處理器、復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)部互連、存儲(chǔ)器共享、片上網(wǎng)絡(luò)及多級(jí)緩存，“芯片開始驗(yàn)證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證，側(cè)重于軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的設(shè)計(jì)終于邁入了‘驗(yàn)證3.0時(shí)代’”。 Walden指出。

　　隨著工藝節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，嵌入式軟件工程師激增，16nm工藝時(shí)代是90nm時(shí)的17倍。同時(shí)，處理器的工作頻率也達(dá)3GHz以上。

　　對(duì)于系統(tǒng)及驗(yàn)證，仿真更是必須。而驗(yàn)證的關(guān)鍵是軟硬件協(xié)同。仿真也需從設(shè)計(jì)師的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)中心。

　　Walden表示，驗(yàn)證3.0時(shí)代需要企業(yè)級(jí)的解決方案，包括調(diào)試、驗(yàn)證IP、用戶接口、測(cè)試平臺(tái)仿真、斷言及覆蓋。

　　Veloce OS3 VirtuaLAB外圍設(shè)備是立即可重配的，可支持世界各地的多個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。OS3企業(yè)服務(wù)器能夠有效地管理全球硬件仿真加速器資源，并將其導(dǎo)入商業(yè)隊(duì)列管理器中，形成單一的高容量實(shí)體。企業(yè)服務(wù)器決定著每項(xiàng)工作的優(yōu)先順序，迅速切換優(yōu)先項(xiàng)目。

　　②有了SoC設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就可將大部分驗(yàn)證時(shí)間用于調(diào)試。因此，提高從模塊到系統(tǒng)的調(diào)試效率十分重要。Visualizer調(diào)試器、仿真和硬件加速器具備處理現(xiàn)有最大SoC的容量和性能。Visualizer調(diào)試器提供了高效的RTL、門級(jí)和測(cè)試平臺(tái)的調(diào)試，包括自動(dòng)追蹤以快速精確定位出錯(cuò)誤的根本原因，協(xié)議和事務(wù)級(jí)調(diào)試，自帶的UVM和SystemVerilog基于類的調(diào)試功能，及低功耗UPF調(diào)試。仿真和硬件加速的交互模式和后仿真模式也具有上述功能。

　　③在具備啟動(dòng)OS的功能后，SoC簽發(fā)（signoff）解決方案才得以完善。軟件調(diào)試操作系統(tǒng)時(shí)，往往需要較多的思考時(shí)間，而硬件加速器處于空閑狀態(tài)。OS3將思考時(shí)間轉(zhuǎn)移到Codelink工具上，Codelink工具最多可同時(shí)支持10個(gè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行JTAG調(diào)試，且回放軟件執(zhí)行速度為100MHz。借助OS3，硬件加速器可以全速執(zhí)行各任務(wù)，而軟件進(jìn)行離線調(diào)試。上述功能可在設(shè)計(jì)周期中最大程度地提高調(diào)試效率，并盡可能早地啟動(dòng)OS。

　　④驗(yàn)證IP支持Questa和Veloce，具有共同的仿真驗(yàn)證和測(cè)試平臺(tái)特性，軟件可移植，測(cè)試環(huán)境可重用（見圖5）。

　　圖5 驗(yàn)證IP具有測(cè)試平臺(tái)可移植性

　　許多 SoC項(xiàng)目的驗(yàn)證數(shù)據(jù)有多個(gè)來源，需對(duì)驗(yàn)證數(shù)據(jù)合并與綜合分析，以評(píng)估實(shí)際項(xiàng)目的完成情況。Veloce OS3 和Questa 10.3可將所有斷言、覆蓋率和運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)，包括硬件仿真、形式驗(yàn)證、仿真、混合信號(hào)和低功耗等，寫入共同數(shù)據(jù)庫。借助共同數(shù)據(jù)庫、Questa驗(yàn)證管理工具和測(cè)試計(jì)劃，驗(yàn)證小組能夠立即查看覆蓋率情況，準(zhǔn)確查出無效測(cè)試，縮短數(shù)據(jù)合并時(shí)間，提高回歸測(cè)試的吞吐率，減少調(diào)試時(shí)間，從總體上提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。

　　EVP 統(tǒng)一覆蓋數(shù)據(jù)庫 （UCDB）支持統(tǒng)一覆蓋互通性標(biāo)準(zhǔn)（UCIS），在了解其它驗(yàn)證引擎已取得的覆蓋率的情況下，優(yōu)化下載到硬件加速器的邏輯的覆蓋率，縮短編譯時(shí)間，節(jié)約硬件仿真資源，創(chuàng)建更智能的覆蓋率收斂流程。

　　最后，Lenyo總結(jié)指出，實(shí)際上，企業(yè)驗(yàn)證平臺(tái)就是把虛擬原型、架構(gòu)分析和軟硬件加速仿真結(jié)合在一起，使從最初設(shè)計(jì)創(chuàng)意、硅片制造到成品的整個(gè)驗(yàn)證過程均從基本驗(yàn)證引擎中提取出來。

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