發布日期：2022-07-15 點擊率：26
對于正在苦苦尋找下一個大應用的電子工業來說,數字視頻看上去不錯。這個寬泛定義的市場有望為半導體行業帶來巨額銷量,并迅速創造巨額收入。
但這不同于上一代半導體市場。數字視頻和成像市場不是一個單一的龐大行業,而是一系列小的、截然不同且充滿風險的零散機會。這個市場將不會由成熟的大型集成系統供應商提供服務,而是由一些相對稚嫩的設備供應商來提供服務,雖然這些供應商可能對、信號處理或互聯網協議的工作原理了解甚少。
這種深刻的差異正在呼喚IC生產商提供各種面向平臺的全新方法。這些戰略的走勢可以從最近發布的兩則消息中看出苗頭。
首先是德州儀器公司(TI)計劃為數字視頻開發提供一個集硬件、軟件和工具于一體的可擴展平臺。這個名為達芬奇(DaVinci)的平臺是圍繞著TI公司最近公布的C64x+數字信號處理器開發的,并得到一個ARM或MIPS CPU、加速器和存儲器的支持。
另一則消息是東芝公司同視頻芯片開發商Sigma Designs同意聯合創建參考設計,把東芝的MIPS CPU與Sigma的視頻編解碼器結合在一起。
TI公司的總裁兼首席執行官Richard Templeton以這樣的話語表達了該機會帶來的積極意義:“就象在過去的25年中語音很重要一樣,今后的10年我們將把視頻看成是下一個重要的舞臺。”
但這條道路充滿著荊棘和曲折。視頻和成像市場是變化和分散的。“數字視頻平臺常常需要按照每家運營商、每個區域市場和每種服務/應用的要求有一種不同的實現方式,”意法半導體(ST)公司家庭和個人通信部的行銷總監Bob Krysiak說,“不管是從硬件的定制還是從軟件的定制來看,它都需要巨量的開發工作。”
平臺的類型繁多是另一個問題。視頻預期將出現在任何地方,包括從襯衣口袋大小的移動設備到不斷蔓延的家庭娛樂網絡。運行帶寬將從刷新手掌大小LCD所需的涓涓位流到多通道、同步的高清晰度視頻流。處理負載包括從幾乎微不足道的QCIF MPEG-2解碼到極度的廣播質量級實時編碼任務。類似地,功率限制和預算約束也會隨應用的不同而變化。
從德州儀器和東芝這樣的大型公司到無晶圓廠芯片公司、小型系統集成商和初創公司都看到了這個市場的潛在回報。單就現有技術來說,TI公司估計,數字視頻設備的銷量在2008年將達到四億臺。但它估計達芬奇平臺的問世將加速開發和應用進程,從而有望把同一時期的銷售數字快速提升到幾乎七億臺。
在重量級的芯片廠商中,飛利浦半導體公司一直在力推其Nexperia平臺,它基于飛利浦專有的TriMedia DSP和MIPS內核。與此類似,ST公司正在推廣一種可重用的架構。該公司用于數字視頻產品的STB7100系列芯片包括基于SuperH 架構的32位RISC系列處理器ST40、一個VLIW內核、硬件加速器以及一套軟件。
類似Broadcom公司和科勝訊系統等大型無晶圓廠設計公司的追逐目標非常相象,Sigma和數不清的小公司的情況也是這樣。這里將不存在沒有競爭的機會。
但是分析師們指出,這個新機會對IC生產商來說將另有一番滋味。這不再是銷售芯片的問題了。“瞄準這些市場的系統制造商和原始設備制造商不象過去那些常見的大型垂直集成公司,”東芝美國電子元件公司嵌入式處理器業務部的副總裁Shardul Kazi說,“他們不了解全貌。他們或許對內部的硬件架構、低級軟件或視頻編解碼工作方式也不很在行。這是一個你不得不提供參考平臺的市場。參考平臺包括CPU、DSP、加速器及其它已經集成好的芯片,并連同操作系統、中間件和應用程序一起工作。”
這簡直就是TI公司對付語音市場的方法,其Omap平臺因此獲得廣泛成功,現在該公司希望利用達芬奇平臺重演這種歷史。“Omap是一個良好的開端,”市場分析公司Forward Concepts的總裁Will Strauss說。Omap使得維持一個一致的開發用戶界面和頂層軟件環境成為可能,同時又可以對底層硬件和中間件做出重大改變,這對于新的視頻市場以及語音市場來說都至關重要。部分原因是可伸縮性:隨著用戶從大屏幕高清晰度電視跨越到汽車儀表盤、手持設備,他們將使用相同的功能,但是在不同的數據流上執行這些功能,而且功率的約束也變化很大。然而,這些獨立的系統是多個分散的市場,每個市場都太小以致于不值得冒險單獨進行一項開發努力。
與此類似,架構必須保持演進。“實現方案不得不隨時間而改變,這是一個很大的兩難問題,”東芝的Kazi說,“起初,在算法固定之前,你需要為一個計算任務找一種可編程的解決方案。但你不能停留在這種方法,因為這些設備許多是由服務提供商交付給客戶使用的,他們不可能承擔300美元的設備價格。你不得不轉向單芯片的解決方案,使用專用硬件來取代可編程的DSP。”
TI表示,達芬奇平臺專為滿足這些需要而設計,并試圖覆蓋C64x+ DSP內核的許多應用。“對每種應用,我們不會只采用一個C64+核,”TI的首席研究員Gene Frantz說,“C64+將是基礎,但我們將依據客戶的要求,用特殊的硬件加速器和外設來增強它以滿足特定的市場。”
哪些任務將在一個C64+核上運行(或者在多個C64+核之間進行分配)、哪些任務將被分配給硬件加速器均取決于性能和功率的要求,以及完成這些任務的算法的成本和穩定性。“當我們沿著這些計算簇的路徑前進時,我們發現了在C64+和加速器之間分配工作的多種不同模式,”他說。
圖:TI相信其達芬奇平臺將加速視頻應用開發,如車載夜視系統。
在這個廣闊的領域,甚至TI也不可能針對每一個潛在應用推出一種新型系統級芯片(SoC)。“我們的意圖是使用盡可能少的SoC,”Frantz說,“我們將用一小類靈活的部件做到這一點,因為這些芯片內的各個模塊是盡可能可編程的。隨后我們將研制專門的、經過優化的芯片以便抓住市場正在變得巨大的各種特定機會。”實現所有這一切的必備前提是不改變系統集成者的開發環境,Frantz強調說。
良好的基礎
Berkeley設計技術公司(BDTI)的獨立測試專家表示,C64+是這類基礎的一個良好選擇。“根據我們的通用DSP基準測試,C64+的性能大約是其他公司競爭產品的兩倍,”BDTI的總經理Jeff Bier說,“它大概是目前市面上能效最高的可編程DSP。盡管在兩個月內我們還無法對該芯片提供與視頻相關的基準測試,但我估計一個C64+核大概能夠應對一個標準清晰度的視頻流解碼和相關的視頻后處理,而且無需加速器的幫助。”
與此同時,“這仍不可能在性能、成本或能效方面擊敗為特定目的研制的硬件,”Bier說。
事實上,在許多應用中TI將面對一些專用硬件供應商的競爭。“例如,在收費衛星和有線電視中,ST公司、Broadcom公司和科勝訊公司已經很好地鎖定市場,”數字電視咨詢公司的執行董事Chris Carter說。而且對達芬奇平臺來說,DVD也不會是一片“沃土”。“這些設備目前是如此便宜,以致于沒有給基于DSP的平臺留下太多空間,”飛利浦半導體公司的多媒體處理行銷總監Jan Koene說。
飛利浦半導體公司認為在硬連線解決方案可以工作得更好的應用與DSP平臺可以大顯身手的應用之間存在一個清晰的界線。事實上,飛利浦公司現有的DVD系統解決方案當中沒有一個是基于飛利浦的TriMedia平臺,而且Koene預言它們將保持硬連線形式。
“不過,當你為系統添加視頻質量級的特色功能時,你就會需要強大得多的可編程處理器,”他說,“類似視頻后處理或預處理的功能仍然是一個變化的目標,在算法開發方面仍在進行持續的創新。”
Koene表示,TriMedia在改進視頻質量方面可以同其它基于DSP的平臺(包括DaVinci)進行有效競爭,因為飛利浦在該領域業已確立了專業優勢。“飛利浦的視頻研究和半導體小組正在攜手工作,目的是為TriMedia的VLIW內核增加新的指令集以便運行一種新的視頻解交織算法,”Koene說。
“我們有可能把一個應用分解成計算密集型的固定任務(由硬件執行),以及不太穩定的任務(仍然由軟件來完成),”BDTI的Bier說,“但這需要三個前提。首先是深刻理解所用算法。不然的話,你將把某些會變化的東西放到硬件之中。其次,你必須在硬件模塊中保留某些靈活性的參數。第三,你必須非常注意可編程控制器和硬件加速器之間的接口,以避免瓶頸效應和額外負擔。不然的話,你也許會喪失加速器本可帶來的所有性能。”
TI希望在其巨大的內部工程資源框架內全面研究這個領域,并對用戶公開研究成果。相比之下,東芝公司將通過與其它公司的聯盟追求相同的平臺概念。
“我們正在尋求同視頻芯片供應商合作,如Sigma公司和VWeb公司,而且要同提供RF前端等模塊的其他供應商合作,”Kazi說。其結果是在現有市場上將出現一種可工作的板級解決方案,它帶有軟件和操作系統。
“但單芯片解決方案必須有一個發展路線圖,”Kazi承認道,“我們將同合作伙伴攜手研究,以便把一個應用需要的各種模塊集成入單一的芯片之內,不管是東芝還是我們的伙伴方之一來做這種集成。”
東芝計劃把基于合作伙伴的參考設計策略推廣到許多視頻市場上,包括家庭網關和數字電視。其結果將是一系列帶有公共元素的平臺,從內部看可能比TI的達芬奇平臺更分散,但對系統集成商來說它提供了相同的應用層接口。
作者:張國勇、吉田順子
