在Globalpress組織的Asiapress Electronics活動(dòng)中，我對(duì)IDT、Atmel、PCTEL等位于美國硅谷的十幾家公司進(jìn)行了為期5天的采訪，內(nèi)容涉及EDA工具、IP設(shè)計(jì)、通信和網(wǎng)絡(luò)集成電路以及消費(fèi)電子集成電路等許多方面。目前，美國經(jīng)濟(jì)已經(jīng)陷入衰退的境地，通過本文我希望中國的工程師不僅能夠看清未來的發(fā)展趨勢、挑戰(zhàn)和機(jī)遇，而且可以領(lǐng)略他們?cè)诩ち腋偁幍氖袌錾铣銎嬷苿俚牟呗浴?

硅谷是美國加洲陽光最明媚的地方，人們愉快地告訴我，在硅谷工作和生活享受到的是“sunny pay”！今年四月中，我有幸應(yīng)邀訪問硅谷的十幾家高科技公司，硅谷之行最深刻的印象是各公司都非常重視與整機(jī)制造商或協(xié)作廠商建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，特別是建立全球戰(zhàn)略協(xié)作伙伴關(guān)系，共同開發(fā)市場。

硅谷的芯片設(shè)計(jì)和制造商通常不直接參與整機(jī)制造業(yè)的競爭，他們?cè)跒檎麢C(jī)廠家提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的過程中，不斷掌握市場對(duì)現(xiàn)有芯片功能的改進(jìn)要求，從而不斷完善產(chǎn)品系列的定義、開發(fā)和服務(wù)。

重視產(chǎn)品的規(guī)劃(plan)和市場策略，也給我深刻印象。例如視頻數(shù)據(jù)流處理將是未來多媒體處理器的關(guān)鍵技術(shù)。Trimedia公司只出售核心IP，它規(guī)劃市場，讓芯片設(shè)計(jì)商和整機(jī)制造商去沖鋒陷陣。

在硅谷，公司之間存在人才、技術(shù)和市場的全方位競爭，但是我感覺他們通常用技術(shù)手段來將自己的產(chǎn)品與競爭對(duì)手的產(chǎn)品區(qū)分開來，有些產(chǎn)品也存在交叉。因此，為了保護(hù)自己的技術(shù)和市場利益，IP創(chuàng)新和專利技術(shù)保護(hù)就成為安身立命的根本。

每一個(gè)新想法，都有可能創(chuàng)造出一個(gè)專利或IP。在這里，總裁或CEO帶上好的思路(idea)辭職創(chuàng)辦新公司的現(xiàn)象很普遍。除了業(yè)已形成的尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)氣和制度之外，良好的風(fēng)險(xiǎn)投資體系、風(fēng)險(xiǎn)退出機(jī)制、豐富的人才資源、完善的配套服務(wù)系統(tǒng)等等，都為新公司的誕生提供了充足的養(yǎng)分。

本文試圖介紹我所訪問的十幾家公司在集成電路技術(shù)方面的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢。

DPP技術(shù)使功率放大器獲得80%以上效率

放大器的功效和信號(hào)的保真度如圖1所示，線性AB類放大器的失真最小，但是功效最低；D類放大器的功效最高，但是失真******，并且用D類放大器制造的音頻產(chǎn)品體積和功耗很大，為了解決散熱問題，需要安裝巨大的散熱裝置。能否獲得一種失真小、功效大的放大器呢？

Tripath公司將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、混合信號(hào)處理技術(shù)、封裝技術(shù)和功率集成電路技術(shù)融合，提出了數(shù)字功率處理技術(shù)DPP(Digital Power Processing)。該技術(shù)的基本框圖如圖2所示。它由自適應(yīng)信號(hào)處理器、數(shù)字變換功能、靜音控制、過載處理、故障檢測、預(yù)測處理和量化邏輯功能電路等組成。

輸入信號(hào)經(jīng)過處理之后，獲得振幅、頻率等信息，然后確定輸出開關(guān)信號(hào)的占空比，占空比與D類放大器不同，它在600kHz-1.5MHz之間變化，平均為600到700kHz，因而類似于擴(kuò)譜工作方式。

傳統(tǒng)的功率放大器對(duì)模擬信號(hào)直接放大，因而很難解決效率低、失真大、散熱裝置龐大等等一系列問題。新技術(shù)的突破在于：

1. 通過信號(hào)處理技術(shù)，放大器所放大的是開關(guān)信號(hào)，而不是模擬輸入信號(hào)，因而很容易大幅提升開關(guān)信號(hào)輸出的振幅，從而獲得很大的輸出功率、很高的效率(80%-90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬放大器的30%)和動(dòng)態(tài)范圍(100dB)。

2. 由于采用自適應(yīng)信號(hào)處理以及預(yù)測處理技術(shù)，由輸出脈沖信號(hào)恢復(fù)出來的模擬信號(hào)能與輸入模擬信號(hào)頻率和振幅保持高度線性關(guān)系(不存在相位關(guān)系)。通過優(yōu)化開關(guān)頻率，輸出信號(hào)的失真可以做到0.02% THD+N。

3. 在采用新封裝等一系列技術(shù)之后，芯片的體積做得很小，功率卻很大。在高級(jí)音響設(shè)備中，傳統(tǒng)的散熱裝置被極大地縮小或省略(傳統(tǒng)設(shè)備輸出100W的功率要產(chǎn)生225W的熱量，而DPP技術(shù)只產(chǎn)生20W的熱量)。

DPP技術(shù)的應(yīng)用前景包括：xDSL線驅(qū)動(dòng)器、手機(jī)功率放大器、數(shù)字音頻、家庭影院等,超小型、大功率音響設(shè)備將從此走進(jìn)千家萬戶。

融合多種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)處理器芯片創(chuàng)建隨時(shí)隨地的互聯(lián)

隨著無線及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工程師面臨著多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間互通所帶來的新挑戰(zhàn)，不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之間的互通成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

在解決多標(biāo)準(zhǔn)、多協(xié)議問題上，在有線聯(lián)網(wǎng)方面目前存在三個(gè)基本思路。

1. 在通信處理器的周圍中集成ATM、以太網(wǎng)、USB和電話接口，從而構(gòu)成滿足CPE市場需要的單芯片解決方案。相對(duì)于軟件可設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換處理器而言，用硬件實(shí)現(xiàn)的多協(xié)議通信處理器的帶寬和成本有很強(qiáng)的競爭力，它主要面向大型高速通信設(shè)備應(yīng)用。這方面的代表是IDT等公司。

2. 基于軟件的可配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換處理器方案。它采用預(yù)先建立的軟件模塊，并根據(jù)應(yīng)用環(huán)境對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)芯片內(nèi)部協(xié)議棧進(jìn)行設(shè)置來完成協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)人與人、人與設(shè)備以及設(shè)備與設(shè)備之間隨時(shí)隨地的互聯(lián)。Ubicom公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)基于10BaseT以太網(wǎng)、USB、UART、I²C、SPI、TCP/IP等不同協(xié)議設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

通過軟件配置的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器方案在一定程度上解決了通信領(lǐng)域不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之間的互通問題，盡管其通信帶寬尚不算高，但標(biāo)志著嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器的應(yīng)用真正步入實(shí)用階段。

由于采用軟件工具可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行實(shí)時(shí)配置，用戶不必等待專用芯片的開發(fā)和生產(chǎn)，因而產(chǎn)品上市時(shí)間大為縮短。

3. 根據(jù)通信行業(yè)預(yù)測，未來幾年內(nèi)TCP/IP接口將成為芯片必備的功能。為此，業(yè)界的一些公司推出基于VHDL的TCP/IP知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以許可證方式向微控制器設(shè)計(jì)或制造商提供設(shè)計(jì)服務(wù)。這種方式的好處在于，微控制器設(shè)計(jì)過程中有機(jī)會(huì)結(jié)合應(yīng)用環(huán)境的要求進(jìn)一步精簡代碼，從而控制芯片的成本，缺點(diǎn)是靈活性不夠強(qiáng)。

這些新的網(wǎng)絡(luò)芯片的出現(xiàn)，將使未來的工廠加工自動(dòng)化、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)、電力管理、醫(yī)療服務(wù)、智能住宅、智能建筑、交通運(yùn)輸、汽車、酒店和賓館等都通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，人們將享受到更加便利的服務(wù)。

Atmel在WLAN和藍(lán)牙系統(tǒng)方面推出了兩種解決方案。

1. WLAN方案建立在單芯片的基礎(chǔ)上，將以太網(wǎng)MAC處理器、ARM CPU和802.11MAC處理器集成到一個(gè)單芯片之中，從而形成“單芯片橋接(Bridge-on-a-chip)”方案。

2. Pluton單片藍(lán)牙基帶控制器內(nèi)部除了嵌入ARM處理器、藍(lán)牙基帶底層處理器之外，還配備PCMCIA、USB、UART、CVSD等接口，因而可以構(gòu)成滿足多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)要求、基于多種平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案。Atmel產(chǎn)品業(yè)務(wù)總監(jiān)Richard Bisset說：“Pluton方案是鏈路管理器和控制器的融合?！?

各種成熟技術(shù)和模塊融合構(gòu)成單芯片方案是目前通信集成電路發(fā)展的最活潑的領(lǐng)域。單芯片SoC方案需要集成電路設(shè)計(jì)、制造、銷售等全方位的配合，也需要包括設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具的全面創(chuàng)新。中國的通信系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)要解決復(fù)雜、多標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來的各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片，就有必要多參加各種國際交流，國內(nèi)同行業(yè)之間也要加強(qiáng)合作開發(fā)。

多媒體信息家電的發(fā)展促進(jìn)CPU的發(fā)展

據(jù)美國經(jīng)濟(jì)專家預(yù)測，與因特網(wǎng)相聯(lián)的家電數(shù)量將在2005年達(dá)到2.6億，未來社會(huì)信息電器將取代PC成為隨時(shí)隨地可接入因特網(wǎng)的主要工具。常見的信息電器包括：PDA、掌上PC、手持PC、智能電話、GPS、個(gè)人通信裝置等等。其核心控制器就是CPU。

據(jù)調(diào)查，用戶對(duì)信息電器CPU的六大要求包括：

1. 低功耗：低噪聲、低熱損耗；

2. 高集成度：使整機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜度更低；

3. 豐富的多媒體功能；

4. 與x86架構(gòu)兼容；

5. 兼容多種操作系統(tǒng)，如Windows CE、Windows NT、Linux、QNX、BeOS等。據(jù)此，Rise公司推出了“低功耗多媒體x86信息電器CPU核(IA-500/600 x86 CPU core)”，該CPU核能夠滿足網(wǎng)絡(luò)、無線和消費(fèi)等產(chǎn)品的要求。

Rise公司總裁David Lin說：“PC并沒有消亡，只是深深根植到信息電器之中而已?！边x擇x86架構(gòu)是因?yàn)榉莤86架構(gòu)的軟件接口復(fù)雜、速度不夠高。為了滿足信息電器對(duì)功耗的要求，Rise采用了精簡指令集、利用先進(jìn)IC制造工藝和優(yōu)化內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)等手段。

同時(shí)，通過采用三個(gè)整數(shù)和三個(gè)MMX超級(jí)標(biāo)量結(jié)構(gòu)、全管線FPU和高級(jí)片上電源管理系統(tǒng)，Rise CPU核具備很強(qiáng)的Java編程能力、多媒體和因特網(wǎng)瀏覽能力、高效的MPEG4視頻數(shù)據(jù)流處理能力以及大幅提高系統(tǒng)可靠性的熱管理能力。

VLIW(超長指令字)方法與超級(jí)標(biāo)量方法相比數(shù)據(jù)處理吞吐量更大，因而在視頻數(shù)據(jù)流處理方面擁有許多優(yōu)勢。Trimedia公司展現(xiàn)了Trimedia架購，它采用新的VLIW方法。

如圖3所示Trimedia VLIW處理的概念圖。在指令系統(tǒng)中，它消除了傳統(tǒng)的VLIW架構(gòu)中許多空(nop)操作軟件指令；在硬件上，將ALU、除法器、乘法器和支持架構(gòu)進(jìn)行了精簡和重新組合。

采用這種架構(gòu)的CPU，能夠完成繁重的控制和數(shù)字圖像信號(hào)處理任務(wù)，靈活性大，多媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本低。其目標(biāo)應(yīng)用是與圖像處理有關(guān)的產(chǎn)品，如視頻回放、數(shù)字相冊(cè)、視頻電子郵件、可視電話、互動(dòng)電視等等。VLIW處理器核是構(gòu)成多媒體SoC的核心，鑒于市場前景廣闊，該公司只出售配備VLIW核的“Trimedia VLIW媒體處理器核”。

在實(shí)際應(yīng)用中，SoC的重要特點(diǎn)是包含許多功能模塊，其系統(tǒng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)部各功能模塊之間需要通過總線連接，這對(duì)EDA和SoC設(shè)計(jì)方法提出了挑戰(zhàn)。

SoC引發(fā)EDA驗(yàn)證和設(shè)計(jì)方法的深刻變化

業(yè)界認(rèn)為，集成電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度遵循莫爾定律以每18-24個(gè)月的速度翻番，而驗(yàn)證的復(fù)雜性卻以兩倍的速度增加，完成驗(yàn)證占用的時(shí)間每9-12個(gè)月翻番。驗(yàn)證過程由于不能滿足產(chǎn)品面市時(shí)間的需要。其延遲造成的影響引出了“驗(yàn)證斷層”問題。隨著SoC應(yīng)用的普及，驗(yàn)證占據(jù)設(shè)計(jì)總時(shí)間的比重已經(jīng)上升到75%以上，驗(yàn)證困難已經(jīng)越來越尖銳地?cái)[在SoC設(shè)計(jì)工作的首位。

目前，基于仿真的驗(yàn)證需要數(shù)百萬的測試向量來驗(yàn)證一個(gè)行為，因而已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)需要，主要表現(xiàn)在仿真一般都處于系統(tǒng)集成完成之后，因而設(shè)計(jì)返工次數(shù)多，項(xiàng)目進(jìn)度不能保證，驗(yàn)證的可靠性降低，更為嚴(yán)重是人們難以通過仿真方法突破現(xiàn)有的驗(yàn)證斷層。

Averant公司推出基于靜態(tài)功能驗(yàn)證SFV(static functional verification)方法的驗(yàn)證工具Solidify，SFV方法采用類似于數(shù)學(xué)上的窮舉法來揭示設(shè)計(jì)中所有的行為特性，從而驗(yàn)證各種模塊中可預(yù)測或不可預(yù)測的功能。如圖4(a)所示為Solidify HDL驗(yàn)證工具的流程。在模塊設(shè)計(jì)完成的同時(shí)，利用SFV方法進(jìn)行代碼檢查，從而改進(jìn)模塊設(shè)計(jì)的質(zhì)量，進(jìn)而將問題消除在系統(tǒng)集成之前。圖4(b)為發(fā)現(xiàn)故障和故障定位所花費(fèi)時(shí)間的比較。SFV在模塊級(jí)進(jìn)行HDL代碼檢查，從而極大地縮短了故障查找和定位的時(shí)間。

遺憾的是這種工具只具備了Averant開發(fā)的VHDL和Verilog編譯器，還需要與其他公司的設(shè)計(jì)輸入、項(xiàng)目管理、波形分析和Debug工具結(jié)合起來，才能構(gòu)成完整的驗(yàn)證系統(tǒng)。此外，待驗(yàn)證的模塊門數(shù)目前只達(dá)到了100K，因而僅適合門規(guī)模適中的驗(yàn)證需要。

Novas公司從團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)角度提出了解決驗(yàn)證問題的一體化方案。他們認(rèn)為：1. 驗(yàn)證過程首先要排除人為的干預(yù)；2. 并行計(jì)算和硬件加速方法并不能解決SoC設(shè)計(jì)和IP復(fù)用過程中多功能、多設(shè)計(jì)人員、復(fù)雜驗(yàn)證環(huán)境所帶來的挑戰(zhàn)；3. 新的Debug系統(tǒng)具備的特性應(yīng)包括：加速設(shè)計(jì)注視的理解；自動(dòng)定位并隔離故障；俘獲和記憶所有故障的數(shù)據(jù)，分享對(duì)故障注視的理解以及集成所有Debug結(jié)果的能力。

如圖5所示為Debussy故障診斷工具的原理圖。該系統(tǒng)直接從原始的Verilog和VHDL源代碼對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯，編譯內(nèi)容包括測試基準(zhǔn)、行為代碼、可綜合邏輯和門/開關(guān)級(jí)網(wǎng)表。在編譯的過程中，系統(tǒng)檢查基本句法錯(cuò)誤，采用綜合技術(shù)來識(shí)別電路的單元，并將詳細(xì)的設(shè)計(jì)信息存儲(chǔ)在知識(shí)庫(KDB)中。利用KDB，系統(tǒng)可以校正設(shè)計(jì)的仿真和驗(yàn)證結(jié)果并生成電路圖。

這樣的系統(tǒng)為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作提供了極大方便，其配備的nTrace、nSchema、nState、nWave、nCompare和nLint等模塊系統(tǒng)，可以根據(jù)