立足DSP和高性能模拟器件,引领通信和娱乐技术潮流

2006-01-18 12:37:16来源: 互联网

在2005年刚刚度过了75周年创新庆典,创建于1941年的德州仪器公司(TI)走过了快速的发展历程,由地震学、国防领域、半导体一路走来,并在2000年将自身定位为一家致力于DSP模拟产品的公司。

2005年12月初我在位于美国Dallas的TI总部进行了为期3天的访问,基本上全面接触了该公司的产品线和技术,并与TI的CEO、高级副总裁、副总裁在内的诸多技术和管理高层进行了面对面的交流。

作为全球排名第三位的半导体公司,“我们的核心技术及产品策略是DSP和高性能模拟电路,主攻的市场是通信和娱乐类应用。”TI的总裁Richard Templeton这样定义了TI的使命。从TI主要产品线的发展思路来看,都围绕着这两个核心展开。其中,通用DSP在性能和功能上仍在继续发展,同时,DSP也从通用扩展到集成到面向于垂直应用领域的器件中。

我们将在两期中对TI的技术和产品做详细的介绍,本期将报道TI的工艺、宽带、接口以及嵌入式处理器产品,下期重点介绍模拟、多媒体处理器、电源管理、数字电视等方面的内容。在文章中,不仅会谈到TI自身的技术和产品,也同时会涉及到TI的高层对技术发展方向以及应用的观点,为中国的电子行业人士在确定研发方向时提供参考。

工艺技术和制造能力:保持技术领先性的基石

TI拥有两个基本的工艺分支:一个是先进的CMOS集成技术,它发展的驱动力量来自对空间、密度、成本、应用等方面的需求,这些因素要求在CMOS工艺平台上集成模拟、RF等制造能力。另一个分支是混合信号高电压技术。在这点上,TI借鉴了很多原有的CMOS技术,利用先进的CMOS平台作为开发混合信号工艺的基础。

TI的制造战略是在自己的晶圆厂进行CMOS技术的研发和制造,并将部分工艺交给中国台湾或大陆地区的代工厂。通过这种战略,在半导体市场出现上升和跌落时,TI可以很快平衡自身和外包的产能,并做出调整。TI目前在美国拥有3个晶圆厂,分别是DMOS5、DMOS6和KFAB;此外,另一个300mm晶圆厂RFAB也正在建设之中。

位于Dallas的RFAB是TI投资30亿美元、采用300mm晶圆、65nm CMOS工艺技术的制造厂,目前厂房建设已接近尾声,并将在2006年12月开始投入运营。RFAB的设计产能为3.5万片晶圆/月,而同时令TI员工感到骄傲的是:它是全球唯一一家通过了LEED认证的制造厂,表明其在环境保护、节约能源等方面做出的杰出贡献。

2000年建成的DMOS6制造厂的设计产能为2.5万片。按照该工厂的发展计划,至2006年,90和130nm器件的产量将各占50%。在产品良品率方面,从TI提供的曲线分析,其在130nm时大约需要18个月来达到一个平缓的良品率;但在90nm时,这个时间缩短到约9个月。其成熟的250nm HPA07工艺的良品率更是达到了99%。

“2005年是90nm产品的增长年,我们在第3季度的产品数目达到了35个,”TI半导体技术开发副总裁Venu Menon表示,“65nm芯片工艺已经通过了验证,将在2006年初投入量产。较90nm工艺而言,前者在逻辑密度、减低有源和泄漏功率等方面均具有很多的优势。在65nm产品系列中,不仅采用了39nm宽的晶体管,针对高端应用,还有32nm宽度的器件。”

Menon总结了65nm以及今后更小节点所带来的挑战:1. 对解析度增进技术(RET)的依赖将越来越大;2. 如何在降低漏电的同时提高性能是一个极大的挑战。为了提高性能,TI目前考虑了两种方法。一种是通过应力设计来提高迁移率。另一个则是选用新材料,例如高K介质或是金属;3. 采用超低K介电值的铜互连技术,同时,要保证机械上的可靠性。

小区网关:宽带应用的未来

宽带技术起步于10年以前,近年来一直在加速发展。据统计,2005年中期,全球宽带网线数超过1.76亿。这是一个全球化的现象,不仅发生在美国,还发生在亚洲和欧洲,其中亚洲的发展令人瞩目。值得关注的是,数额巨大的全球手机用户也使DSL、线缆、或是光纤具备了更广阔的发展空间。

美国目前是宽带使用率最高的国家,中国、日本和韩国的发展也非常快。“我认为,很可能明年中国就会超过美国成为宽带第一大国。另两个高速发展的国家分别是日本和韩国,这两个国家的DSL已经饱和,正在迅速向光纤基础架构转移,它们是目前世界上宽带业务发展最快的国家。”TI DSP系统小区网关及嵌入式系统市场经理Kurt Eckles分析到。

“前不久我参加了在上海举行的一个宽带会议,在会议上,一名做主题演讲的发言人表示:中国对宽带的需求是对等连接(peer-peer),而不是用户对服务器(client-server)。”Eckles说。这种宽带环境可以实现各种不同设备间的对等互连,传输数据、音频和视频,从而将各种业务连接起来。TI看到了出现在IP互连领域的机会,并关注于将各种独立的技术集成在SoC上。

从技术的发展趋势上分析,在未来的5年内,宽带和基于IP的网络将是小区网关的主流,并由今天的不具备操作性的连接发展到建立在宽带和IP基础上的全面、可靠的互连。TI在小区网关应用的发展策略是由纯数据向集成式小区网关演变,即由传统的纯数据业务扩展到包括数据、WLAN和语音在内的集成化业务。以其DSL方案来看,已经增加了众多功能:一方面,不再只是输出数据,还包括了DSL输入Ethernet输出等功能;第二方面,加入了无线功能,可以提供无线VoIP服务等等。这些,都得益于在单芯片上集成了更多的功能。

AR7系列是TI面向小区网关应用的主要芯片之一,包括数据、语音、WLAN与视频的多种组合功能。TI认为该领域IC的发展将体现在实现随处可见的宽带互连。“TI的下一代产品会支持全球最新的DSL解决方案,包括ADSL、ADSL+、ADSL 2和ADSL 2+等,并且支持所有各种不同的物理层部分。”Eckles表示,“我们会集中于在芯片中添加多媒体的传输能力,这是网关设备的一个推动力量。今后家庭内的设备,不仅要求联网,还需要拥有更多的服务。”TI也计划在2006年推出VDSL产品。

IP语音和IP视频:基于IP的热点应用

今天,VoIP技术已经基本成熟,VoIP应用也逐渐出现在全球各地,各种应用设备开始呈现上升趋势。VoIP已经不局限于“打电话”,它更关注于如何提高通信效果和开发新的应用,其中包括集成有Video over IP功能的手机等。目前,全球大概有1.6亿VoIP用户。

“2005年是TI的VoIP年,因为在全球范围内,我们开始完成从VoIP试验向VoIP技术实施的重大转移,”TI分组语音与视频业务部客户端解决方案执行总监Fred Zimmerman表示,“今后,VoIP将与宽带技术进一步融合。在2005年,有线运营商进行了一个重大的改变,在以往只传输数据的有线调制解调器上增加了VoIP功能;此外,VoIP正出现在很多非传统应用领域中,例如以PC为中心的应用。前不久,AOL和Google就分别宣称将支持VoIP服务。”

VoIP虽然现在还停留在语音通信,但是未来的应用领域,将包括视频、IPTV等先进功能。可以肯定,视频将成为一个热点应用。“Video over IP系统是一个很复杂的技术,我们目前在这项技术上取得了重大的进步。前不久, TI推出了专门针对Video over IP的达芬奇平台,”Zimmerman说到,“对这个技术而言,我们要做到的就是为用户提供良好的视频感受。在这里,屏幕的类型、大小、分辨率等都非常重要。此外,尽可能的降低成本也是视频IP发展的关键。”

有关Video over IP的技术在解决方案和功能两方面都在不断创新。除了在芯片上整合越来越多的功能外,另一个趋势就是将多种技术整合在一个平台中,以支持音频、视频、无线、宽带等应用。此外,随着视频编码技术的进步,H.264较H.263和MPEG4相比更具优势,也将成为Video over IP中的主流技术。

UWB:实现高速数据的移动传输

UWB只是一段频谱资源,而非具体的专门技术。目前,美国对UWB已经进行了相关规定,即在3.1到10.6GHz频段为允许可使用的UWB设备分配了7,500MHz频谱。与大家所熟悉的2.4GHz ISM频段分配的83.5MHz频宽以及5G频段的300MHz可用频宽相比,UWB优势明显。UWB的功率值为-41.3dBm/MHz,这个特性使UWB非常适合短距离高速传输应用,它允许工程师在开发产品的时候,实现高传输速率和极低的功耗。目前,UWB被设计成一种不仅与现有技术共存,而且还要与将来出现的技术共存的资源。

尽管现在行业内已经存在了数种无线技术,UWB应运于融合趋势而生。以手机为例,现在的手机中存储了太多的数据,这些数据存储在SIM和SD卡中,利用UWB技术,无需将存储卡取出就可以进行高速的无线数据传输,而现有的其它无线技术所提供的速度还不能满足用户的要求。TI承诺可以推出高达0.5至1Gbps传输速率的器件,而且具备低成本、低功耗的优势。

TI认为,今后在消费类产品中实现高速数据的移动传输是值得关注的重点,应用包括从相机到PC、相机到打印机、笔记本电脑到打印机等之间的传输。

事实上,驱动该技术取得进展的最好方法,就是开发一项开放标准。该标准应该由多个公司共同开发,而不是仅由单独一家公司开发。此外,IEEE等组织在这里所起的作用也相当重要。这里值得一提的是TI参与的WiMedia UWB平台,目前上百个公司参与了该平台的开发,而且有10-30家公司已经有能力开发该平台的物理层(也就是MB-OFDM)和MAC层。该平台具有的特点包括:第一,它使用了CMOS技术,降低了成本;第二,该技术很容易迅速软件化,因而可以适应不同国家地区的要求;第三,与蓝牙技术不同,WiMedia UWB中的任何部分离开网络,都不会造成网络的瘫痪;第四,它可以用来开发WUSB(无线USB)、无线1394、下一代蓝牙产品、以及无线IP等。当在该平台上同时开发不同应用的时候,无需担心它们彼此会发生冲突,因为各种应用本身会自动进行检测。

UWB规范的制定可能在2006年中期全部完成。相信新规范的相继出台,将促进UWB在全球的发展。

嵌入式控制处理器:由极低功耗到DSP+MCU功能集成

“TI与众不同的地方在于,我们同时提供横向和纵向服务。在横向方面,我们为数以千计的客户提供产品,包括许多中小型企业,并且对他们进行培训;在纵向方面,我们为客户提供包括手机、宽频、数码相机、汽车等设计的优化解决方案。”TI特殊应用产品(ASP)事业部高级副总裁Mike Hames表示。高级嵌入式控制是TI特殊应用产品的4个基本业务之一。

MSP430、TMS470和TMS320C2000是TI嵌入式微控制器系列的主要产品。

MSP430系列产品的主要特点是功耗极低,一个纽扣电池就能提供产品10年所需的功耗。在TI的一次现场演示中,三个苹果瓣就可以让该芯片完成测量温度的工作,现场测得的电压约3V,而工作电流只有大约2.5微安。TI在前不久宣布,将在未来18个月内推出50个新的MSP430系列产品,新器件会有更少的引脚、更大的FLASH、更宽的可适温度范围以及USB端口,甚至具有嵌入式RF。

TMS470则采用了ARM7内核,主要的应用领域集中在车载电子和通用应用中;C2000系列同时具备了MCU的灵活性和DSP的高性能,完成诸如马达控制和数字电源的控制。

作者:张毓波,唐晓琪

关键字:立足  性能  模拟  模拟器件

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