显示/联网要求剧增,智能电视芯片多核竞赛

2012-11-01 12:27:55来源: 新电子
    智慧电视晶片迈向多核心设计。由于新一代智慧电视将支援更高阶的作业系统,并增加裸眼3D、4K×2K显示及体感、声控等先进人机介面功能,因此对处理器效能要求迅速攀升,驱动电视晶片商、应用处理器业者争相投入多核心方案研发。
智慧电视(Smart TV)大军今年接二连三登场,壮大发展声势。其中,三星(Samsung)、乐金(LG)与索尼(Sony)走高阶路线,主打全高画质(FHD)、三维(3D)显示,以及具备各式先进人机介面等亮眼规格,并投注大量软体研发资源厚植影音内容及应用程式。  

无独有偶,台湾、中国大陆厂商为加快电视平均7年的换机周期循环,亦积极投入智慧电视研发,并强攻搭载Android作业系统的机种。目前,中国大陆六大电视品牌厂及笔电大厂联想,均有推出Android 2.2/2.3或4.0版智慧电视,明年将以Android 4.0或4.1新机种为主力,引进更多应用程式与软体功能;同时还将升级系统处理器时脉规格,并增加裸眼三3D、4K×2K显示,从而改善联网、视讯体验,激起中国大陆一、二级城市消费者的换机意愿。  

事实上,中国大陆电视出货量已赶上北美,成为全球主要电视消费市场;在当地品牌厂力拱下,势将为智慧电视的发展挹注庞大成长动能。如图1所示,今年第二季中国大陆智慧电视出货量一枝独秀,遥遥领先欧美及日本等国家。  

图1 2012第二季各地区智慧电视出货量与渗透率统计

不过,中国大陆市场竞争激烈,品牌厂无不致力扩充功能,同时还须因应多萤(Multi-screen)视讯串流发展趋势,增强无线区域网路(Wi-Fi)传输速率,势将导致系统单晶片(SoC)效能捉襟见肘。  

优化联网/视讯处理 双核CPU/GPU成标配

为全面优化智慧电视功能设计,晶片商已纷纷启动多核心中央处理器(CPU)加绘图处理器(GPU)设计因应(表1),并将于2013年陆续量产,助力品牌厂改良图形处理与网路浏览效能。资策会MIC资深产业分析师戴鸿钧表示,明年电视品牌厂除积极扩充智慧电视产品阵容外,亦将新增裸眼3D、4K×2K特色视为布局重点。其中,日、韩大厂已开始在高阶机种中配备4K×2K面板;而中国大陆六大品牌业者也一窝蜂在中高阶机种导入裸眼3D,期以结合先进显示功能的策略,提升智慧电视在北美、欧洲及中国大陆的销售成绩。  

此外,智慧电视功能复杂,所以三星、乐金和索尼也致力发展行动装置操控、声控及手势操作等更直觉的人机介面。因应智慧电视规格全面升级计划,电视晶片商、应用处理器开发商及电视品牌旗下晶片研发部门,正加紧投入多核心SoC设计案。  

戴鸿钧认为,明年智慧电视多核心处理器将大举亮相,基本规格包括将CPU升级至双核心、时脉1.2GHz,以满足高速网路浏览及多元人机介面讯号处理需求;而GPU也可望迈向双核等级,提供视讯编解码引擎更强大的图形处理效能,让3D及4K×2K内容播放更加顺畅。  

一般而言,智慧电视SoC包含网路处理及视讯编解码两大区块。网路处理部分偏向行动装置应用处理器功能,负责网页浏览、数位处理及执行应用程式等工作;至于视讯编解码方面则以H.264影像处理引擎为主,搭配符合各国广播讯号标准的演算法,以顺利进行视讯编解码作业。  

戴鸿钧分析,由于智慧电视作业系统架构更趋复杂,加上面板解析度及人机介面升级占用更多SoC效能;因此,双核CPU加双核GPU的SoC方案将逐渐成为新一代智慧电视的标配,协助品牌厂优化联网、视讯串流使用体验。  

锁定Android 4.0智慧电视 晶片商竞逐双核心处理器

继晨星量产业界首颗Android 4.0智慧电视双核心SoC,赢得TCL等中国大陆业者青睐后,其他电视主晶片开发商也开始跟进,包括矽统、联咏、瑞昱及意法半导体(ST)为争抢品牌厂订单,皆加紧研发速度,并可望在2013年陆续补齐双核心晶片阵容。  

其中,矽统预计2013年第一季发布旗下首款双核心方案,并将于第二季量产,期以更强的运算效能与视讯编解码能力,抢攻智慧电视市场商机。  

图2 矽统科技行销业务一处技术行销二部部长李旻翰提到,除Android 4.0智慧电视外,中国大陆业者亦开始研究发展Windows 8智慧电视的可行性。
矽统科技行销业务一处技术行销二部部长李旻翰(图2)表示,中国大陆、台湾、澳洲与印度当地电视品牌商,将从今年底开始竞推Android 4.0智慧电视,为市场注入新的成长动能。由于Android 4.0作业系统定义记忆体至少支援1GB,且对GPU规格要求更加严谨,促使晶片商发展双核心CPU加双核心GPU解决方案,加强软硬体协同运作表现。  

李旻翰指出,随着电视品牌厂陆续将产品升级至Android 4.0,并致力部署独家介面和云端服务,将增加系统复杂度,耗用更多处理器效能。预期2013年起,1GHz双核SoC将成智慧电视标配,甚至部分高阶机种为导入裸眼3D、4K×2K面板或先进人机介面,展现差异化特色,更将采用四核心方案。  

据了解,矽统今年在智慧电视市场上大有斩获,旗下Android 2.2智慧电视SoC--SiS 691,已顺利抢进台湾BenQ、澳洲Soniq及中国大陆京东方等电视品牌供应链。除上述制造商外,包括奇美、和联等液晶电视业者也积极与矽统接洽,着手布局下一代Android 4.0智慧电视合作开发计划。  

李旻翰强调,明年矽统双核心SoC除将支援Android 4.0外,也可透过外挂画面更新率转换(Frame Rate Conversion, FRC)晶片,强化裸眼3D及高解析度影像处理。同时,亦将改良晶片韧体控制功能,强打全球数位电视标准共通平台,以符合欧洲数位视讯广播(DVB)、美国先进电视系统委员会(ATSC)及日本综合数位服务广播(ISDB)等规范,助力客户依不同区域市场需求量身打造产品。  

另一方面,随着Android 4.0、Windows 8作业系统力拱手机、平板及电视多萤影音串流,亦导致智慧电视SoC须在维持低成本的前提下,扩增时脉、视讯编解码转换、Miracast无线显示及资讯安全保护机制,引来更多开发挑战。  

满足智慧电视应用 MIPS祭六核心处理器IP  

为此,美普思(MIPS)已打造六核心矽智财(IP)设计和完整Android开发工具。美普思策略行销总监Kevin Kitagawa表示,Android平台已成横跨智慧型手机、平板装置和数位电视,由于毋须授权金,接受度正日益提升;特别是中国大陆电视品牌厂全力投入Android智慧电视开发,更为智慧家庭多萤影音串流发展大添柴薪。因此,未来智慧电视SoC须提供高整合度的多萤串流解决方案,方能让手机、平板与电视达成更紧密的互动。  

锁定此一趋势,MIPS近期已抢先推出支援六核心设计的proAptiv方案,拥有嵌入式微处理器基准协会(EEMBC)认证超过4.5CoreMark/MHz的顶级效能,将能满足下一代智慧电视完整设计需求。  

不过,Android平台促进多萤串流应用成形,ARM也凭藉其核心在行动市场打响名号的优势,快速往电视领域蔓延;包括晨星、意法半导体与矽统等电视晶片商,以及高通(Qualcomm)、迈威尔(Marvell)等应用处理器业者均相继投入ARM核心智慧电视处理器设计,导致以往拥有数位电视晶片市场大块版图的MIPS正面临市占流失危机。  

对此,Kitagawa认为,MIPS核心与竞争对手相比,可提供更出色的效能,在智慧电视市场的竞争将不会落于下风。新款proAptiv的DMIPS/MHz表现与ARM最高阶Cortex-A15相当,但只需一半的晶粒大小就能达成,并较Cortex-A9高出50%性能。尤其MIPS的Android开发工具和相容性测试套件已取得Google原生支援,相较于ARM方案仍须花工夫优化软硬体协同运作,将拥有加速晶片开发时程的优势。  

Kitagawa也预料,许多未能取得足够Android、ARM核心设计资源的SoC业者,将加紧采用MIPS核心开发产品,方能以更好的价格提供相同或更佳的处理效能,并与ARM核心阵营形成差异化。目前全球主要电视品牌厂均计划采用MIPS架构SoC开发智慧电视,包括索尼、东芝(Toshiba)、夏普(Sharp)、海信及三星等,已开始导入MIPS核心或正密切研拟设计,让终端产品能以低价位快速渗透到家庭娱乐市场中。  

Kitagawa强调,未来几年,智慧电视将升级支援四倍高画质的4K×2K解析度、下世代H.265视讯编解码标准,同时还须增进高速无线联网能力,并优化云端存取反应速度,进而与居家监控、环境控制系统结合。因此,MIPS亦已展开新一代电视SoC核心部署,除将具备更优异的视讯处理与串流性能外,也将纳入可即时转码的编码功能,以便将电视内容快速传送到行动装置中,加速实现由大萤幕传至小萤幕的视讯连结新体验。  

智慧电视市场前景可期,除既有电视晶片与IP供应商加码投注多核方案开发外,也吸引高通、迈威尔等应用处理器大厂挟既有技术积极跨足。其可望藉单一系列IC通吃行动装置、电视及机上盒商机,将以量产经济规模做后盾,强势挑战电视SoC商的市场地位,恐将引发电视晶片产业新变革。

 车拚智慧电视SoC商 高通/迈威尔AP来势汹汹

由于智慧电视与行动装置的晶片发展轨迹愈来愈相近,因而也吸引应用处理器商前来抢分杯羹。 

其中,高通、迈威尔正分头抢攻智慧电视与IP机上盒山头,前者已透过四核心骁龙(Snapdragon)S4晶片,与联想合作开发高阶智慧电视--K91;后者除打进Google TV 2.0供应链外,亦与纬创联手开发机上盒,近期更取得与联想S系列Android智慧电视的合作机会。足见行动处理器业者正快速在电视市场崛起。 

图3 Gartner半导体与电子产业装置研究部门资深分析师Michele Evans Reitz提到,目前除高通、迈威尔外,尚未有其他应用处理器商跨足智慧电视领域。
Gartner半导体与电子产业装置研究部门资深分析师Michele Evans Reitz(图3)分析,初期应用处理器业者因尚未整并视讯编解码器(Decoder),故无法实现单颗智慧电视SoC方案,成本难与联发科、晨星等电视SoC商相比拟。然而,随着电视品牌厂对双核心以上等级的智慧电视处理器需求更加殷切,应用处理器业者势必朝此方向发展,并以相同系列、不同等级的IC切入该领域;如此一来,不仅能节省软硬体研发费用,还能透过以量制价策略,使应用处理器搭配视讯编解码器的性价比,媲美甚至超前SoC整合方案。 

Reitz强调,电视市场已趋向成熟阶段,很难再出现令人惊艳的出货表现,未来,整个消费性电子产品市场主要的成长驱动力,将来自智慧型手机与平板装置,此将连带影响整个半导体产业布局。 

举例而言,由于晶片成本与销售量成反比,因此,行动装置处理器开发商能以行动装置庞大的需求做后盾,进一步沿用设计,开发出适用于电视的产品,一方面补足产品阵容,另一方面更可发挥经济规模优势,吸引严格控管物料清单(BOM)成本的电视品牌厂青睐。 

与此同时,在中国大陆六大品牌厂力拱之下,智慧电视搭载Android作业系统的趋势更加明确,此亦有助应用处理器业者壮大发展。Reitz认为,高通、迈威尔对ARM-based硬体加Android软体平台的设计相当娴熟,将加快旗下Android智慧电视晶片推出时程;相较之下,电视SoC业者则须投入时间优化Android系统操作表现,即使在电视市场身经百战,亦不见得占尽优势。 

根据Gartner定义,只要透过有线或无线达成联网能力的电视,均可称为智慧电视,预估2013年该类产品在整体电视市场的渗透率将达到50%,跃居主流地位;而智慧电视特定应用标准产品(ASSP)晶片产值更将从2012年约11亿美元,快速飙升至2016年约31亿美元,达到接近三倍成长。 

也因此,Reitz分析,在市场商机愈滚愈大之下,应用处理器业者将能在智慧电视领域顺利抢占一席之地。尤其品牌厂为加速传统电视平均7年左右的替换周期,纷纷加码力推智慧电视,更将为相关半导体厂商带来更多营收成长契机。 

考量电视系统成本吃紧,行动晶片商已祭出将手机、平板处理器改良成电视应用方案的策略,抢食智慧电视商机;为防堵新竞争者势力坐大,既有电视晶片商--意法半导体也提出电视、机上盒、手机及汽车通用处理器设计反击,将以电视SoC反向渗透进各种消费性电子、嵌入式应用领域,一方面藉由扩大量产经济规模,使电视晶片价格更亲民;另一方面也能开拓出货量更大的行动市场。 

据悉,意法半导体近期已完成横跨智慧电视、机上盒的双核心系列晶片,大幅降低设计复杂度与成本,并将于今年第四季量产,通吃两块市场商机。 

通吃智慧电视/机上盒 意法半导体通用处理器发功

图4 意法半导体数位电视暨消费性电子行销经理陈锡成强调,未来,意法半导体通用处理器将再并入手机、车用电子应用功能,扩充应用版图。
意法半导体数位电视暨消费性电子行销经理陈锡成(图4)表示,多媒体装置纷纷抢搭Android作业系统、ARM架构核心,让主处理器设计共通点激增;为有效利用软硬体开发资源,减少重复投入成本,意法半导体正积极统合旗下各个多媒体装置IC设计部门,期打造同时具备高效能、架构简易、省电、小尺寸及低成本等特性的通用处理器。 

自今年4月与ST-Ericsson应用处理器部门扩大合作后,意法半导体正不断精进手机、电视、机上盒及汽车电子装置的软硬体通用平台设计,首波产品已先锁定智慧电视、机上盒应用,将分别发布采用Cortex-A9核心的Orly与Newman系列双核心处理器,并各规画于今年第四季及明年第二季量产。 

陈锡成补充,Orly和Newman软硬体设计一脉相承,时脉均达1.5GHz,并支援Android 4.0作业系统、全高画质及3D显示;惟讯号输出介面将因应机上盒与智慧电视应用需求而有不同,前者支援高画质多媒体介面(HDMI),后者则藉由低电压差分讯号(LVDS)连接液晶显示器(LCD)驱动IC。由于两款晶片布局多半雷同,因此仅须微幅修改设计,即可满足不同应用需求,大幅缩减制造成本及时间。 

值此全球景气不甚明朗、电视品牌厂相继陷入毛利保卫战之际,陈锡成预期,通用处理器因应用层面广、效能强且价格亲民,在联网电视热潮中将取得较佳战略位置,赢得电视及机上盒制造商青睐。 

事实上,智慧电视对内容安全管理机制的要求更趋严格,已使电视与机上盒晶片的设计差异大幅缩小。陈锡成分析,以往机上盒供应商注重数位著作权管理(DRM)机制,以免内容遭破解招致损失;传统电视则偏重视讯编解码能力,两者要求迥异。然而,随着智慧电视加入VOD服务后,内容供应商也开始重视编解码管理,以建立完善付费机制,遂带动兼容电视、机上盒功能特性的通用处理器崛起。 

未来,意法半导体除将以通用处理器在智慧电视、机上盒市场开疆辟土外,亦计划于明年打造一款FRC晶片--Lotus。该款方案搭配Newman处理器,可将智慧电视画面更新率调升至120或240Hz,有助品牌厂推出具备4K×2K显示功能的新机种。 

电视品牌厂坚守成本底线 多核心SoC性价比决胜负

多核智慧电视SoC势不可当,但品牌厂在顾及毛利表现的情况下,很难放宽物料清单成本底限,势将选用性价比最突出的晶片方案。戴鸿钧坦言,目前智慧电视晶片主流价位多在20美元左右,除日、韩一线品牌大厂可采用自行开发的晶片,兼顾提升效能与控制成本的效益外,其他二线电视品牌厂能释出的成本空间不大。所以,未来晶片商如何在升级双核心的前提下控制晶片价格,将是在市场上抢下一席之地的致胜关键。   

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编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2012/1101/article_16656.html
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