对于正在苦苦寻找下一个大应用的电子工业来说,数字视频看上去不错。这个宽泛定义的市场有望为半导体行业带来巨额销量,并迅速创造巨额收入。
但这不同于上一代半导体市场。数字视频和成像市场不是一个单一的庞大行业,而是一系列小的、截然不同且充满风险的零散机会。这个市场将不会由成熟的大型集成系统供应商提供服务,而是由一些相对稚嫩的设备供应商来提供服务,虽然这些供应商可能对H.264、信号处理或互联网协议的工作原理了解甚少。
这种深刻的差异正在呼唤IC生产商提供各种面向平台的全新方法。这些战略的走势可以从最近发布的两则消息中看出苗头。
首先是德州仪器公司(TI)计划为数字视频开发提供一个集硬件、软件和工具于一体的可扩展平台。这个名为达芬奇(DaVinci)的平台是围绕着TI公司最近公布的C64x+数字信号处理器开发的,并得到一个ARM或MIPS CPU、加速器和存储器的支持。
另一则消息是东芝公司同视频芯片开发商Sigma Designs同意联合创建参考设计,把东芝的MIPS CPU与Sigma的视频编解码器结合在一起。
TI公司的总裁兼首席执行官Richard Templeton以这样的话语表达了该机会带来的积极意义:“就象在过去的25年中语音很重要一样,今后的10年我们将把视频看成是下一个重要的舞台。”
但这条道路充满着荆棘和曲折。视频和成像市场是变化和分散的。“数字视频平台常常需要按照每家运营商、每个区域市场和每种服务/应用的要求有一种不同的实现方式,”意法半导体(ST)公司家庭和个人通信部的行销总监Bob Krysiak说,“不管是从硬件的定制还是从软件的定制来看,它都需要巨量的开发工作。”
平台的类型繁多是另一个问题。视频预期将出现在任何地方,包括从衬衣口袋大小的移动设备到不断蔓延的家庭娱乐网络。运行带宽将从刷新手掌大小LCD所需的涓涓位流到多通道、同步的高清晰度视频流。处理负载包括从几乎微不足道的QCIF MPEG-2解码到极度的广播质量级实时H.264编码任务。类似地,功率限制和预算约束也会随应用的不同而变化。
从德州仪器和东芝这样的大型公司到无晶圆厂芯片公司、小型系统集成商和初创公司都看到了这个市场的潜在回报。单就现有技术来说,TI公司估计,数字视频设备的销量在2008年将达到四亿台。但它估计达芬奇平台的问世将加速开发和应用进程,从而有望把同一时期的销售数字快速提升到几乎七亿台。
在重量级的芯片厂商中,飞利浦半导体公司一直在力推其Nexperia平台,它基于飞利浦专有的TriMedia DSP和MIPS内核。与此类似,ST公司正在推广一种可重用的架构。该公司用于数字视频产品的STB7100系列芯片包括基于SuperH 架构的32位RISC系列处理器ST40、一个VLIW内核、硬件加速器以及一套软件。
类似Broadcom公司和科胜讯系统等大型无晶圆厂设计公司的追逐目标非常相象,Sigma和数不清的小公司的情况也是这样。这里将不存在没有竞争的机会。
但是分析师们指出,这个新机会对IC生产商来说将另有一番滋味。这不再是销售芯片的问题了。“瞄准这些市场的系统制造商和原始设备制造商不象过去那些常见的大型垂直集成公司,”东芝美国电子元件公司嵌入式处理器业务部的副总裁Shardul Kazi说,“他们不了解全貌。他们或许对内部的硬件架构、低级软件或视频编解码工作方式也不很在行。这是一个你不得不提供参考平台的市场。参考平台包括CPU、DSP、加速器及其它已经集成好的芯片,并连同操作系统、中间件和应用程序一起工作。”
这简直就是TI公司对付语音市场的方法,其Omap平台因此获得广泛成功,现在该公司希望利用达芬奇平台重演这种历史。“Omap是一个良好的开端,”市场分析公司Forward Concepts的总裁Will Strauss说。Omap使得维持一个一致的开发用户界面和顶层软件环境成为可能,同时又可以对底层硬件和中间件做出重大改变,这对于新的视频市场以及语音市场来说都至关重要。部分原因是可伸缩性:随着用户从大屏幕高清晰度电视跨越到汽车仪表盘、手持设备,他们将使用相同的功能,但是在不同的数据流上执行这些功能,而且功率的约束也变化很大。然而,这些独立的系统是多个分散的市场,每个市场都太小以致于不值得冒险单独进行一项开发努力。
与此类似,架构必须保持演进。“实现方案不得不随时间而改变,这是一个很大的两难问题,”东芝的Kazi说,“起初,在算法固定之前,你需要为一个计算任务找一种可编程的解决方案。但你不能停留在这种方法,因为这些设备许多是由服务提供商交付给客户使用的,他们不可能承担300美元的设备价格。你不得不转向单芯片的解决方案,使用专用硬件来取代可编程的DSP。”
TI表示,达芬奇平台专为满足这些需要而设计,并试图覆盖C64x+ DSP内核的许多应用。“对每种应用,我们不会只采用一个C64+核,”TI的首席研究员Gene Frantz说,“C64+将是基础,但我们将依据客户的要求,用特殊的硬件加速器和外设来增强它以满足特定的市场。”
哪些任务将在一个C64+核上运行(或者在多个C64+核之间进行分配)、哪些任务将被分配给硬件加速器均取决于性能和功率的要求,以及完成这些任务的算法的成本和稳定性。“当我们沿着这些计算簇的路径前进时,我们发现了在C64+和加速器之间分配工作的多种不同模式,”他说。
图:TI相信其达芬奇平台将加速视频应用开发,如车载夜视系统。
在这个广阔的领域,甚至TI也不可能针对每一个潜在应用推出一种新型系统级芯片(SoC)。“我们的意图是使用尽可能少的SoC,”Frantz说,“我们将用一小类灵活的部件做到这一点,因为这些芯片内的各个模块是尽可能可编程的。随后我们将研制专门的、经过优化的芯片以便抓住市场正在变得巨大的各种特定机会。”实现所有这一切的必备前提是不改变系统集成者的开发环境,Frantz强调说。
良好的基础
Berkeley设计技术公司(BDTI)的独立测试专家表示,C64+是这类基础的一个良好选择。“根据我们的通用DSP基准测试,C64+的性能大约是其他公司竞争产品的两倍,”BDTI的总经理Jeff Bier说,“它大概是目前市面上能效最高的可编程DSP。尽管在两个月内我们还无法对该芯片提供与视频相关的基准测试,但我估计一个C64+核大概能够应对一个标准清晰度的视频流解码和相关的视频后处理,而且无需加速器的帮助。”
与此同时,“这仍不可能在性能、成本或能效方面击败为特定目的研制的硬件,”Bier说。
事实上,在许多应用中TI将面对一些专用硬件供应商的竞争。“例如,在收费卫星和有线电视中,ST公司、Broadcom公司和科胜讯公司已经很好地锁定市场,”数字电视咨询公司的执行董事Chris Carter说。而且对达芬奇平台来说,DVD也不会是一片“沃土”。“这些设备目前是如此便宜,以致于没有给基于DSP的平台留下太多空间,”飞利浦半导体公司的多媒体处理行销总监Jan Koene说。
飞利浦半导体公司认为在硬连线解决方案可以工作得更好的应用与DSP平台可以大显身手的应用之间存在一个清晰的界线。事实上,飞利浦公司现有的DVD系统解决方案当中没有一个是基于飞利浦的TriMedia平台,而且Koene预言它们将保持硬连线形式。
“不过,当你为系统添加视频质量级的特色功能时,你就会需要强大得多的可编程处理器,”他说,“类似视频后处理或预处理的功能仍然是一个变化的目标,在算法开发方面仍在进行持续的创新。”
Koene表示,TriMedia在改进视频质量方面可以同其它基于DSP的平台(包括DaVinci)进行有效竞争,因为飞利浦在该领域业已确立了专业优势。“飞利浦的视频研究和半导体小组正在携手工作,目的是为TriMedia的VLIW内核增加新的指令集以便运行一种新的视频解交织算法,”Koene说。
“我们有可能把一个应用分解成计算密集型的固定任务(由硬件执行),以及不太稳定的任务(仍然由软件来完成),”BDTI的Bier说,“但这需要三个前提。首先是深刻理解所用算法。不然的话,你将把某些会变化的东西放到硬件之中。其次,你必须在硬件模块中保留某些灵活性的参数。第三,你必须非常注意可编程控制器和硬件加速器之间的接口,以避免瓶颈效应和额外负担。不然的话,你也许会丧失加速器本可带来的所有性能。”
TI希望在其巨大的内部工程资源框架内全面研究这个领域,并对用户公开研究成果。相比之下,东芝公司将通过与其它公司的联盟追求相同的平台概念。
“我们正在寻求同视频芯片供应商合作,如Sigma公司和VWeb公司,而且要同提供RF前端等模块的其他供应商合作,”Kazi说。其结果是在现有市场上将出现一种可工作的板级解决方案,它带有软件和操作系统。
“但单芯片解决方案必须有一个发展路线图,”Kazi承认道,“我们将同合作伙伴携手研究,以便把一个应用需要的各种模块集成入单一的芯片之内,不管是东芝还是我们的伙伴方之一来做这种集成。”
东芝计划把基于合作伙伴的参考设计策略推广到许多视频市场上,包括家庭网关和数字电视。其结果将是一系列带有公共元素的平台,从内部看可能比TI的达芬奇平台更分散,但对系统集成商来说它提供了相同的应用层接口。
作者:张国勇、吉田顺子
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