對于正在苦苦尋找下一個大應(yīng)用的電子工業(yè)來說,數(shù)字視頻看上去不錯。這個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單一的龐大行業(yè),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(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)計劃為數(shù)字視頻開發(fā)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(shù)字信號處理器開發(fā)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(fā)商Sigma Designs同意聯(lián)合創(chuàng)建參考設(shè)計,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(shù)字視頻平臺常常需要按照每家運營商、每個區(qū)域市場和每種服務(wù)/應(yīng)用的要求有一種不同的實現(xiàn)方式,”意法半導(dǎo)體(ST)公司家庭和個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。”

平臺的類型繁多是另一個問題。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設(shè)備到不斷蔓延的家庭娛樂網(wǎng)絡(luò)。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(zhì)量級實時編碼任務(wù)。類似地,功率限制和預(yù)算約束也會隨應(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)公司都看到了這個市場的潛在回報。單就現(xiàn)有技術(shù)來說,TI公司估計,數(shù)字視頻設(shè)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(fā)和應(yīng)用進程,從而有望把同一時期的銷售數(shù)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(dǎo)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(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)計公司的追逐目標非常相象,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會。

但是分析師們指出,這個新機會對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(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平臺因此獲得廣泛成功,現(xiàn)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(fā)用戶界面和頂層軟件環(huán)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(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,這些獨立的系統(tǒng)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(fā)努力。

與此類似,架構(gòu)必須保持演進。“實現(xiàn)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(wù)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(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300美元的設(shè)備價格。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,達芬奇平臺專為滿足這些需要而設(shè)計,并試圖覆蓋C64x+ DSP內(nèi)核的許多應(yīng)用。“對每種應(yīng)用,我們不會只采用一個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)來增強它以滿足特定的市場。”

哪些任務(wù)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(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。“當我們沿著這些計算簇的路徑前進時,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相信其達芬奇平臺將加速視頻應(yīng)用開發(fā),如車載夜視系統(tǒng)。

在這個廣闊的領(lǐng)域,甚至TI也不可能針對每一個潛在應(yīng)用推出一種新型系統(tǒng)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(nèi)的各個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會。”實現(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強調(diào)說。

良好的基礎(chǔ)

Berkeley設(shè)計技術(shù)公司(BDTI)的獨立測試專家表示,C64+是這類基礎(chǔ)的一個良好選擇。“根據(jù)我們的通用DSP基準測試,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。盡管在兩個月內(nèi)我們還無法對該芯片提供與視頻相關(guān)的基準測試,但我估計一個C64+核大概能夠應(yīng)對一個標準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,“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(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。而且對達芬奇平臺來說,DVD也不會是一片“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)體公司認為在硬連線解決方案可以工作得更好的應(yīng)用與DSP平臺可以大顯身手的應(yīng)用之間存在一個清晰的界線。事實上,飛利浦公司現(xiàn)有的DVD系統(tǒng)解決方案當中沒有一個是基于飛利浦的TriMedia平臺,而且Koene預(yù)言它們將保持硬連線形式。

“不過,當你為系統(tǒng)添加視頻質(zhì)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(yù)處理的功能仍然是一個變化的目標,在算法開發(fā)方面仍在進行持續(xù)的創(chuàng)新。”

Koene表示,TriMedia在改進視頻質(zhì)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(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行一種新的視頻解交織算法,”Koene說。

“我們有可能把一個應(yīng)用分解成計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(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(nèi)部工程資源框架內(nèi)全面研究這個領(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發(fā)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(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。”

東芝計劃把基于合作伙伴的參考設(shè)計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,從內(nèi)部看可能比TI的達芬奇平臺更分散,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