强化移动运算火力芯片商祭出独家视频/通讯IP

2013-06-07 07:43:26来源: 新电子
   行动装置影像和通讯子系统性能可望全面进化。行动装置导入4G通讯技术后,不论影像或通讯子系统的设计均更加复杂,因此矽智财(IP)与晶片商已分别提出独特的视讯运算及LTE晶片设计IP,协助装置制造商提升产品效能。

行动装置市场正转向显示与通讯规格竞争,牵动晶片商重绘技术发展蓝图。随着行动装置显示、通讯规格不断升级,不仅为系统应用处理器带来庞大运算负担,也加重周边影像和无线连结子系统的设计挑战;因而驱动矽智财(IP)、系统单晶片(SoC)设计服务与制造业者,竭力催生客制化特定标准产品(CSSP)桥接晶片、影像/视讯资料层处理单元(IVP DPU),并积极改良长程演进计划(LTE)软硬体设计平台。  
在2013年电子高峰论坛(Globalpress Electronics Summit)中,包括快辑(QuickLogic)、Tensilica和Algotochip等IP和晶片商均正加速朝此研发方向迈进,期加速晶片、终端装置开发时程,并全面提升系统处理效能。  

手机升级背后功臣 CSSP激发AP超水准实力

随着手机导入LTE、802.11ac通讯技术,并升级全高画质(FHD)显示规格、千万画素相机,已使内部影像处理、无线连结等子系统复杂度倍增,因而也带动手机处理器和品牌厂抢搭各种CSSP方案,以优化应用处理器与各子系统资料连结,全力发挥高速运算价值。  


图1    QuickLogic总裁暨执行长Andy Pease认为,透过CSSP可强化应用处理器与手机各子系统的连结功能。
美商快辑(QuickLogic)总裁暨执行长Andy Pease(图1)表示,CSSP在行动装置子系统设计中的重要性正与日俱增,主要系手机品牌厂考量产品差异化设计,以及快速上市的需求,必须在应用处理器与周边子系统连接架构方面下工夫,才能突显独特功能优势并加速升级至最新通讯、显示规格,以抢占市场先机;因此,具备软硬体可编程能力,且能支援用户独家韧体及驱动程式的CSSP桥接晶片,近来已逐渐受到品牌厂、原始设备制造商(OEM)青睐。  

除产品功能与上市时程考量外,Pease还强调,手机制造商也相当看重产品的设计延伸性、物料清单(BOM)成本,因此在手机各部功能规格快速演进的情况下,多数业者皆倾向导入成本较特定应用积体电路(ASIC)更便宜的CSSP方案,进而降低新一代机种的印刷电路板(PCB)设计变动幅度及研发开支。  

因应市场发展趋势,QuickLogic已锁定行动装置记忆体、无线通讯、显示器传输介面及输入/输出(I/O)四大子系统(图2),全力协助处理器及品牌业者打造专属的CSSP。Pease指出,2013年第四季,QuickLogic将针对上述应用发布三款新的CSSP桥接晶片解决方案,进一步提高子系统资料运算速度,并分摊主处理器的庞大运算负担,以减轻整体系统功耗。  


图2    行动装置处理器与四大子系统的连接架构 资料来源:QuickLogic
值此同时,高通(Qualcomm)、联发科及博通(Broadcom)等一线处理器大厂,亦已对CSSP展现浓厚兴趣,期藉此发挥旗下行动处理器的百分之百运算实力。Pease分析,尽管行动晶片的核心数量、时脉和整合度不断攀升,但与周边子系统的连结方案不能同步升级,还是英雄无用武之地,所以业界近期遂将行动装置研发焦点转移至CSSP桥接晶片上,刺激相关元件需求升温。  

Pease也透露,由于CSSP与应用处理器的连结非常紧密,设计上也息息相关,因此QuickLogic正与多家处理器业者合作,以因应市场脉动而迅速推陈出新。现阶段,该公司针对行动装置各部子系统开发的CSSP桥接解决方案,亦已打进一线晶片商的参考设计建议清单,有助其持续扩张市场渗透率。  

除透过桥接晶片增强行动装置的运算能力外,由于萤幕解析度、镜头画素激增,造成中央处理器(CPU)负荷加剧,因此业界亦掀起在SoC中导入特定影像运算单元的新作法,更进一步推升画素处理速度。其中,Tensilica近期推出新一代IVP DPU,可提供较CPU快十到二十倍的画素处理能力,正大举抢进行动装置、汽车先进驾驶辅助系统(ADAS)。  
比CPU快二十倍 IVP DPU掀画素运算革命

图3    Tensilica创办人暨技术长Chris Rowen认为,随着行动装置SoC的设计益发复杂,特定应用IP的重要性将愈来愈显著。
Tensilica创办人暨技术长Chris Rowen(图3)表示,行动装置及汽车ADAS对高解析、动态影像处理的要求日益严格,单靠系统内部多核心CPU、绘图处理器(GPU)已力有未逮,且将引发大量功耗;因而须导入专门执行多管线(Pipeline)画素运算的IVP DPU,方能有效强化视讯讯号处理、杂讯滤波能力和画面稳定性,协助系统业者开发更先进的影像应用功能。 

Rowen进一步指出,为满足行动装置导入高动态范围(HDR)、脸部辨识、低光照补偿和数位变焦(Digital Zoom)功能,汽车ADAS所需的高速影像侦测、分析机制,以及数位电视的影像后处理、手势控制等新设计需求(图4);已有几家处理器、系统业者研拟采用IVP DPU打造特定影像子系统,藉以协助主处理器分担大量画素运算工作,相关解决方案将于2014年大量出炉。 


图4    各种显示装置对影像应用功能的导入需求 资料来源:Tensilic
据悉,IVP DPU基于数位讯号处理器(DSP)核心架构,采用台积电28奈米(nm)先进制程降低生产成本与占位空间,并内建8、16及32位元画素处理专属指令集,因而具备强大的平行运算能力。 

Rowen分析,由于CPU、GPU各侧重于逻辑运算,以及浮点运算和3D绘图功能,因此在高吞吐量的画素处理方面皆不及IVP DPU;相形之下,IVP DPU最高达到每秒数千亿画素运算效能,可在较低耗能的情况下,比GPU处理速度快上几倍,甚至提供较CPU高十到二十倍的峰值性能(图5)。 


图5    IVP DPU与CPU、GPU画素处理能力比较 资料来源:Tensilica
事实上,不仅行动装置、车用影像子系统设计也亟须改良,其他无线通讯、输入/输出(I/O)和记忆体等子系统架构亦须导入更复杂的管理机制;因应此趋势,电子设计自动化(EDA)工具商--益华电脑(Cadence)已于今年3月购并Tensilica,进而壮大其IP工厂(IP Factory)的发展计划,以提供SoC开发商最佳设计支援,并加快客户产品上市时程。 

无独有偶,来自美国加州的IC设计服务公司Algotochip,亦因应LTE系统设计复杂度大增的情形,开发出一套可编程SoC架构设计平台--蓝盒子(Blue-Box),并与ARM、Tensilica等IP供应商紧密合作,可实现在8?16周内将客户的C程式码转换成可量产SoC架构的创举,进而加速LTE相关产品的上市时程。 

加速4G产品上市 SoC设计平台需求加温


图6    Algotochip创办人暨技术长 Satish Padmanabhan认为,SoC设计挑战益发艰难,IP供应商、IC设计业者已很难再单打独斗。
Algotochip创办人暨技术长Satish Padmanabhan(图6)表示,Algotochip可透过专属的可编程SoC设计平台,整合各种微处理器(MPU)核心、演算法、制程设计套件(PDK)与软体编译器,并计算出最适合的数位SoC微架构、电路布局与软体配置模式;如此一来不仅能加快LTE系统中,DSP、现场可编程闸阵列(FPGA)或ASIC的开发时程,还可透过修改C程式码的方式,快速满足特殊应用功能设计需求。 

Padmanabhan强调,由于LTE强调高传输速率,因此处理器须针对相关讯号快速进行编码及解码,同时须在低功耗的前提下,导入更多软体及IP区块以增强运算功能,导致设计愈来愈复杂;在晶片商、系统厂均面临产品上市时程的压力下,对SoC设计与分析平台的需求已明显涌现,为Algotochip带来新的市场发展契机。 

其中,ARM、Tensilica等IP供应商已相中Algotochip的SoC设计能力,持续与其扩大合作,藉以整合旗下多元IP阵容,并提供全方位参考设计予晶片业者。Padmanabhan指出,Algotochip将与IP、软体、晶圆厂等合作夥伴打造完整的SoC制造生态系统,并将陆续导入台积电40、28奈米先进制程,提供高效能、低功耗的LTE晶片设计方案。目前该公司已启动数个40奈米LTE Turbo Decoder设计案,预计下半年发布成果。 

随着各国电信商加速推进LTE商转,Algotochip主要投资者日东电工(Nitto Denko)也计划在2013年加码投资,以增强该公司的工程研发实力,进一步圈地日本、中国大陆LTE市场商机。 

Padmanabhan更透露,未来Algotochip也将抢进智慧电网(Smart Grid)市场,藉由蓝盒子强大的软硬体整合能力,协助相关业者克服多通讯标准、低功耗的智慧电网晶片设计挑战。

关键字:移动运算火力芯片商  视频  通讯IP

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0607/article_22586.html
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