對于正在苦苦尋找下一個(gè)大應(yīng)用的電子工業(yè)來說,數(shù)字視頻看上去不錯(cuò)。這個(gè)寬泛定義的市場有望為半導(dǎo)體行業(yè)帶來巨額銷量,并迅速創(chuàng)造巨額收入。

但這不同于上一代半導(dǎo)體市場。數(shù)字視頻和成像市場不是一個(gè)單一的龐大行業(yè),而是一系列小的、截然不同且充滿風(fēng)險(xiǎn)的零散機(jī)會(huì)。這個(gè)市場將不會(huì)由成熟的大型集成系統(tǒng)供應(yīng)商提供服務(wù),而是由一些相對稚嫩的設(shè)備供應(yīng)商來提供服務(wù),雖然這些供應(yīng)商可能對、信號(hào)處理或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的工作原理了解甚少。

這種深刻的差異正在呼喚IC生產(chǎn)商提供各種面向平臺(tái)的全新方法。這些戰(zhàn)略的走勢可以從最近發(fā)布的兩則消息中看出苗頭。

首先是德州儀器公司(TI)計(jì)劃為數(shù)字視頻開發(fā)提供一個(gè)集硬件、軟件和工具于一體的可擴(kuò)展平臺(tái)。這個(gè)名為達(dá)芬奇(DaVinci)的平臺(tái)是圍繞著TI公司最近公布的C64x+數(shù)字信號(hào)處理器開發(fā)的,并得到一個(gè)ARM或MIPS CPU、加速器和存儲(chǔ)器的支持。

另一則消息是東芝公司同視頻芯片開發(fā)商Sigma Designs同意聯(lián)合創(chuàng)建參考設(shè)計(jì),把東芝的MIPS CPU與Sigma的視頻編解碼器結(jié)合在一起。

TI公司的總裁兼首席執(zhí)行官Richard Templeton以這樣的話語表達(dá)了該機(jī)會(huì)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(gè)重要的舞臺(tái)。”

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(shù)字視頻平臺(tái)常常需要按照每家運(yùn)營商、每個(gè)區(qū)域市場和每種服務(wù)/應(yīng)用的要求有一種不同的實(shí)現(xiàn)方式,”意法半導(dǎo)體(ST)公司家庭和個(gè)人通信部的行銷總監(jiān)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(fā)工作。”

平臺(tái)的類型繁多是另一個(gè)問題。視頻預(yù)期將出現(xiàn)在任何地方,包括從襯衣口袋大小的移動(dòng)設(shè)備到不斷蔓延的家庭娛樂網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)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(fù)載包括從幾乎微不足道的QCIF MPEG-2解碼到極度的廣播質(zhì)量級(jí)實(shí)時(shí)編碼任務(wù)。類似地,功率限制和預(yù)算約束也會(huì)隨應(yīng)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(tǒng)集成商和初創(chuàng)公司都看到了這個(gè)市場的潛在回報(bào)。單就現(xiàn)有技術(shù)來說,TI公司估計(jì),數(shù)字視頻設(shè)備的銷量在2008年將達(dá)到四億臺(tái)。但它估計(jì)達(dá)芬奇平臺(tái)的問世將加速開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)程,從而有望把同一時(shí)期的銷售數(shù)字快速提升到幾乎七億臺(tái)。

在重量級(jí)的芯片廠商中,飛利浦半導(dǎo)體公司一直在力推其Nexperia平臺(tái),它基于飛利浦專有的TriMedia DSP和MIPS內(nèi)核。與此類似,ST公司正在推廣一種可重用的架構(gòu)。該公司用于數(shù)字視頻產(chǎn)品的STB7100系列芯片包括基于SuperH 架構(gòu)的32位RISC系列處理器ST40、一個(gè)VLIW內(nèi)核、硬件加速器以及一套軟件。

類似Broadcom公司和科勝訊系統(tǒng)等大型無晶圓廠設(shè)計(jì)公司的追逐目標(biāo)非常相象,Sigma和數(shù)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(jī)會(huì)。

但是分析師們指出,這個(gè)新機(jī)會(huì)對IC生產(chǎn)商來說將另有一番滋味。這不再是銷售芯片的問題了。“瞄準(zhǔn)這些市場的系統(tǒng)制造商和原始設(shè)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(yè)務(wù)部的副總裁Shardul Kazi說,“他們不了解全貌。他們或許對內(nèi)部的硬件架構(gòu)、低級(jí)軟件或視頻編解碼工作方式也不很在行。這是一個(gè)你不得不提供參考平臺(tái)的市場。參考平臺(tái)包括CPU、DSP、加速器及其它已經(jīng)集成好的芯片,并連同操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)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(tái)因此獲得廣泛成功,現(xiàn)在該公司希望利用達(dá)芬奇平臺(tái)重演這種歷史。“Omap是一個(gè)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(gè)一致的開發(fā)用戶界面和頂層軟件環(huán)境成為可能,同時(shí)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(guān)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(shè)備,他們將使用相同的功能,但是在不同的數(shù)據(jù)流上執(zhí)行這些功能,而且功率的約束也變化很大。然而,這些獨(dú)立的系統(tǒng)是多個(gè)分散的市場,每個(gè)市場都太小以致于不值得冒險(xiǎn)單獨(dú)進(jìn)行一項(xiàng)開發(fā)努力。

與此類似,架構(gòu)必須保持演進(jìn)。“實(shí)現(xiàn)方案不得不隨時(shí)間而改變,這是一個(gè)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(gè)計(jì)算任務(wù)找一種可編程的解決方案。但你不能停留在這種方法,因?yàn)檫@些設(shè)備許多是由服務(wù)提供商交付給客戶使用的,他們不可能承擔(dān)300美元的設(shè)備價(jià)格。你不得不轉(zhuǎn)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(dá)芬奇平臺(tái)專為滿足這些需要而設(shè)計(jì),并試圖覆蓋C64x+ DSP內(nèi)核的許多應(yīng)用。“對每種應(yīng)用,我們不會(huì)只采用一個(gè)C64+核,”TI的首席研究員Gene Frantz說,“C64+將是基礎(chǔ),但我們將依據(jù)客戶的要求,用特殊的硬件加速器和外設(shè)來增強(qiáng)它以滿足特定的市場。”

哪些任務(wù)將在一個(gè)C64+核上運(yùn)行(或者在多個(gè)C64+核之間進(jìn)行分配)、哪些任務(wù)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(wù)的算法的成本和穩(wěn)定性。“當(dāng)我們沿著這些計(jì)算簇的路徑前進(jìn)時(shí),我們發(fā)現(xiàn)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(dá)芬奇平臺(tái)將加速視頻應(yīng)用開發(fā),如車載夜視系統(tǒng)。

在這個(gè)廣闊的領(lǐng)域,甚至TI也不可能針對每一個(gè)潛在應(yīng)用推出一種新型系統(tǒng)級(jí)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(diǎn),因?yàn)檫@些芯片內(nèi)的各個(gè)模塊是盡可能可編程的。隨后我們將研制專門的、經(jīng)過優(yōu)化的芯片以便抓住市場正在變得巨大的各種特定機(jī)會(huì)。”實(shí)現(xiàn)所有這一切的必備前提是不改變系統(tǒng)集成者的開發(fā)環(huán)境,Frantz強(qiáng)調(diào)說。

良好的基礎(chǔ)

Berkeley設(shè)計(jì)技術(shù)公司(BDTI)的獨(dú)立測試專家表示,C64+是這類基礎(chǔ)的一個(gè)良好選擇。“根據(jù)我們的通用DSP基準(zhǔn)測試,C64+的性能大約是其他公司競爭產(chǎn)品的兩倍,”BDTI的總經(jīng)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(gè)月內(nèi)我們還無法對該芯片提供與視頻相關(guān)的基準(zhǔn)測試,但我估計(jì)一個(gè)C64+核大概能夠應(yīng)對一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)清晰度的視頻流解碼和相關(guān)的視頻后處理,而且無需加速器的幫助。”

與此同時(shí),“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(shí)上,在許多應(yīng)用中TI將面對一些專用硬件供應(yīng)商的競爭。“例如,在收費(fèi)衛(wèi)星和有線電視中,ST公司、Broadcom公司和科勝訊公司已經(jīng)很好地鎖定市場,”數(shù)字電視咨詢公司的執(zhí)行董事Chris Carter說。而且對達(dá)芬奇平臺(tái)來說,DVD也不會(huì)是一片“沃土”。“這些設(shè)備目前是如此便宜,以致于沒有給基于DSP的平臺(tái)留下太多空間,”飛利浦半導(dǎo)體公司的多媒體處理行銷總監(jiān)Jan Koene說。

飛利浦半導(dǎo)體公司認(rèn)為在硬連線解決方案可以工作得更好的應(yīng)用與DSP平臺(tái)可以大顯身手的應(yīng)用之間存在一個(gè)清晰的界線。事實(shí)上,飛利浦公司現(xiàn)有的DVD系統(tǒng)解決方案當(dāng)中沒有一個(gè)是基于飛利浦的TriMedia平臺(tái),而且Koene預(yù)言它們將保持硬連線形式。

“不過,當(dāng)你為系統(tǒng)添加視頻質(zhì)量級(jí)的特色功能時(shí),你就會(huì)需要強(qiáng)大得多的可編程處理器,”他說,“類似視頻后處理或預(yù)處理的功能仍然是一個(gè)變化的目標(biāo),在算法開發(fā)方面仍在進(jìn)行持續(xù)的創(chuàng)新。”

Koene表示,TriMedia在改進(jìn)視頻質(zhì)量方面可以同其它基于DSP的平臺(tái)(包括DaVinci)進(jìn)行有效競爭,因?yàn)轱w利浦在該領(lǐng)域業(yè)已確立了專業(yè)優(yōu)勢。“飛利浦的視頻研究和半導(dǎo)體小組正在攜手工作,目的是為TriMedia的VLIW內(nèi)核增加新的指令集以便運(yùn)行一種新的視頻解交織算法,”Koene說。

“我們有可能把一個(gè)應(yīng)用分解成計(jì)算密集型的固定任務(wù)(由硬件執(zhí)行),以及不太穩(wěn)定的任務(wù)(仍然由軟件來完成),”BDTI的Bier說,“但這需要三個(gè)前提。首先是深刻理解所用算法。不然的話,你將把某些會(huì)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(shù)。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(yīng)和額外負(fù)擔(dān)。不然的話,你也許會(huì)喪失加速器本可帶來的所有性能。”

TI希望在其巨大的內(nèi)部工程資源框架內(nèi)全面研究這個(gè)領(lǐng)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(lián)盟追求相同的平臺(tái)概念。

“我們正在尋求同視頻芯片供應(yīng)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(yīng)商合作,”Kazi說。其結(jié)果是在現(xiàn)有市場上將出現(xiàn)一種可工作的板級(jí)解決方案,它帶有軟件和操作系統(tǒng)。

“但單芯片解決方案必須有一個(gè)發(fā)展路線圖,”Kazi承認(rèn)道,“我們將同合作伙伴攜手研究,以便把一個(gè)應(yīng)用需要的各種模塊集成入單一的芯片之內(nèi),不管是東芝還是我們的伙伴方之一來做這種集成。”

東芝計(jì)劃把基于合作伙伴的參考設(shè)計(jì)策略推廣到許多視頻市場上,包括家庭網(wǎng)關(guān)和數(shù)字電視。其結(jié)果將是一系列帶有公共元素的平臺(tái),從內(nèi)部看可能比TI的達(dá)芬奇平臺(tái)更分散,但對系統(tǒng)集成商來說它提供了相同的應(yīng)用層接口。

作者:張國勇、吉田順子