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潜心技术创新 把握行业主脉

德州仪器的不老传说

记者:胥京宇


2005年底,德州仪器(TI)以134亿美元的销售业绩继续稳居全球半导体市场出货量第三位。这个具有75年悠久历史的老牌半导体公司,在经过了不少的跌宕起伏之后,重又确立了它在业界的泰斗级地位。在市场竞争极其残酷的今天,这样的成绩是多么来之不易。在TI总部达拉斯采访,是和TI近距离全方位接触的好机会。在TI如园林般的办公楼里参观采访,我们并未感到TI有半点受制于传统和历史带来的思想桎梏,相反,在历史积淀的雄厚基础上,他们孜孜不倦不断创新,为人们带来一个个至新至酷的解决方案。

从技术角度来看,数字技术和模拟技术是TI所有产品技术的基础,也是TI技术发展的重点。从市场角度来看,通信和娱乐市场是TI的主要目标市场,也是未来几年驱动整个半导体市场的主要力量。将自己的技术优势和主流市场密切契合起来,这是TI的解决方案覆盖了各个热点市场的主要原因。


数字技术的先锋

一直以来,TI都代表着数字处理技术(DSP)的先锋和潮流。自二十世纪80年代TI推出了单芯片的数字信号处理器到现在,TI在DSP和以DSP为基础针对各种应用的解决方案的创新层出不穷。C5000和C6000是TI的两大DSP处理器系列,分别针对低端和高端市场。低功耗、低成本的C5000系列非常适合手持终端、数码相机、VoIP等消费类产品,而高性能的C6000系列是适合宽带、视频、通信基础设施的理想产品。以这两大DSP产品为基础,TI推出了针对手持设备、视频处理、通信架构等应用的标志性解决方案。

OMAP:手机多媒体处理专家

TI 的 OMAP 平台是针对个人手持设备语音应用的解决方案。它将C5000系列DSP与RISC 处理器集成在一起组成一个双核结构。在用于个人手持设备时,DSP 和 RISC 核心的结合提供了出色的性能和功耗优势。RISC 很适合处理控制代码,如:用户界面、OS 和高级应用。另一方面,DSP 更适合语音应用所需要的实时信号处理功能。随着手机市场在中国的不断增长以及3G发展带来的巨大推动力,从低端到高端的手机都有大量需求,不同的通信标准也要求能够共存。OMAP开放式的架构可以面向多种标准和所有细分市场。开发商可以基于一个平台开发出不同层次以及支持不同标准的手机,而不用在软件设计上花费过多的精力,同时还可以从2.5G从容升级到3G。

OMAP2系列是针对3G的一体化娱乐架构,它将数码相机中的图形加速器移植进来,增强了对手机图像处理能力,因此非常适合3G的高端多媒体手机。多核、具并行处理能力的OMAP2系列基于90nm工艺,甚至可以支持H.264的高性能视频标准。

图(略)

刚刚在巴塞罗那的3G大会上推出的OMAP3系列则具备了更高的多媒体处理能力,它采用 65 nm工艺技术,集成拍摄、游戏、便携式视频和音乐播放、便携式电脑及PDA等各项功能,将移动电话升级成为消费者的贴身专业助理。

OMAP平台是TI为手机度身定做的一套解决方案,它基于TI的DSP技术,同时也包含了TI在通信、网络、模拟、软件、工艺等系统方面的全面技术优势。

达芬奇:视频艺术大师

在大多数人眼里,达芬奇是一位著名画家。但事实上,他更是一位杰出的科学家。他当年的很多设计草图用今天的科学理论来衡量依然非常完美。他是一位科学和艺术完美结合的天才。我想这就是TI将自己推出的视频处理平台命名为“达芬奇”的目的所在。

数字视频市场的增长早已超过PC,成为主导整个市场的决定性力量。而TI达芬奇平台的推出可将数字视频市场的增速进一步提升。TI的达芬奇平台基于它的DSP产品C6000系列,它针对数字视频应用进行了系统级的高度集成。这个平台包括一个基于数字信号处理器 (DSP) 的片上系统 (SoC) 、一个基于ARM926的SoC、一个视频处理子系统和众多的视频应用编程接口 (API)、框架与开发工具等。简单地说,达芬奇将视频应用需要的编解码、视频处理、接口、框架和开发工具全面集成到一个系统芯片上,并作了特别优化,并且整个平台是完全开放的,做视频应用的任何一个客户都能够在这一个平台上进行自己有特殊要求的视频产品开发,并且在成本和产品上市速度上得到更多获益。可以说达芬奇平台是DSP技术和软件技术的融合,是视频应用开发者自由驰骋的天堂。

图(略)

DRP与单芯片方案

去年,TI宣布它的第一款单芯片手机方案“LoCosto”正式量产。这是手机芯片发展史上的一次重大突破。因为一直以来,手机芯片无法完全集成为单芯片的原因是数字电路和模拟电路在工艺上的巨大差异难以解决。TI的单芯片方案采用了它的数字射频处理器技术,即DRP技术。DRP技术将数字基带、存储器、射频、电源管理、模拟基带完全集成到一个芯片上,芯片面积、电路板面积和功耗都减小到原来的一半。仅有无线方面的知识是创造不出DRP技术的,它是结合系统架构、电路设计、硅片工艺和制造技术各方面的专业优势的产物。

TI还将DRP技术应用到蓝牙、WLAN等无线连接应用中。基于90nm CMOS工艺的单芯片蓝牙方案集成了逻辑、存储器、模拟、电源管理和射频,尺寸还不到0.5cm2。而采用同样工艺的单芯片WLAN方案能够支持稳定的WLAN语音,并能与蓝牙和蜂窝网共存。

DRP技术还把数字电视功能带到手机当中。TI采用DRP技术开发的数字电视单芯片接收器Hollywood,将调谐器、解调器和ARM处理器合而为一,用数字CMOS处理射频功能,支持DVB-H和ISDB-T标准。它和作为图像处理器的OMAP密切配合,为手机接收数字电视广播提供完整的解决方案。
面向多种移动连接的DRP单芯片方案未来将有更多高性能的版本,采用更先进的65nm和45nm技术,并不断向3G、3.5G和3.9G升级。

嵌入式SoC:控制专家

嵌入式MCU系统也算是是TI数字处理技术的一部分,但主要面向控制应用。 MSP430、TMS470和TMS320C2000是TI嵌入式微控制器系列的主要产品。 MSP430系列产品因其功耗极低、应用灵活的特性,已经风靡在表类、便携式测量等应用里。就在最近,TI又推出针对MSP430的一套超小型完整的开发工具,只有U盘大小,售价20美元,它的目标板可从仿真板上拆卸,用户完成设计后可直接连到目标应用,十分灵活方便。此开发工具的推出为MSP430的更广泛应用起到了推波助澜的作用。

TMS470是基于ARM7的32位MCU,特别适合汽车以及通用的领域里,目前这款产品已经占领了汽车底盘和刹车市场的65%的份额和汽车安全气囊40%的份额。TMS320C2000同时具备DSP的性能和MCU的灵活性,在较低端的应用如马达控制和数字电源等中十分适合。

DLP:彻底创新的数字显示技术

DLP技术是TI分外耀眼的一项独创性的数字显示技术。正是DLP将TI从产业最底层推到消费者眼前。DLP意为数字光处理,它的原理是由无数个数字微镜通过旋转反射出不同灰度的光来形成图像,每一个数字微镜代表一个象素。TI的一个DMD(数字微镜晶片)芯片上有许多数字微镜。这种创新性的显示技术有很多优点:图像细节更逼真传神,噪音小,可靠性高。

TI从1977年就组建团队开始研发这项完全创新性的显示技术,一直到90年代初才初步将其定位在数字应用领域。DLP技术先是应用在投影机上。如今,DLP技术在蓬勃发展的数字电视产业中找到广阔的发展空间,全球100%的数字影院都使用DLP技术。由于数字视频与普通消费者的距离如此之近,TI的DLP技术已经如同Intel的“Intel Inside”概念一样渐渐深入人心了。

除了上面几个代表性的解决方案以外,TI基于它的DSP产品开发出来的平台方案还有应用于宽带的小区网关方案、无线连接的UWB平台等。这些都是高度集成的系统级芯片,面向宽带、VoIP、数字电视、无线连接等热门应用。


模拟技术专家

相对于数字技术的发展,模拟市场的发展更加平稳。据Databeans预测,2004年到2010年,全球模拟市场几乎成线性增长,平均增长速度为12%。而高性能模拟产品其市场特征更加明显:它的产品生命周期较长,利润丰厚,种类丰富,市场广泛,投资巨大。作为数字处理技术先锋的TI并未放弃对模拟技术的研发创新,相反,TI进行了更大的长期的全面投入。因为TI早已意识到,模拟技术是连接真实世界与数字世界的唯一桥梁。要想让数字技术发挥更出色的性能,就必须拥有尖端的模拟技术和产品。只有这两者密切配合起来,才能建立一个完整、全面、可靠、高性能的系统解决方案,为客户以及最终消费者提供最好的产品和服务。

通过收购Unitrode、Toccata、Burr Brown、Power Trends等模拟技术公司,TI建立起了自己一套从信号接收前端到处理后端的完整的信号处理链路与电源架构。它的高速放大器、数据转换器、电池电量监测计以及数字电源方案都处在业界领先水平。

电源管理

电源管理是模拟市场里一大热点。尤其是随着便携式消费类电子产品的日益火热,业界对电源管理技术的要求愈加严格。功耗更低,尺寸更小,寿命更长,电源管理技术在攀越一个又一个高峰。TI的电源管理集中于电源转换和电池管理,方案涵盖DC/DC、LDO、以太网供电、数字电源、电池电路监控、电池充电、显示驱动、插入式模块等。

其中,数字电源方案是尤其值得一提的。它是数字技术与模拟技术完美结合的一个最好的例子。电源技术一向都是彻头彻尾的模拟技术。但随着终端产品系统功能越来越复杂多变,对电源管理和监控的要求也越来越高,系统里各个部分的供电子系统之间需要通信和全面的控制。这是传统的模拟技术无法实现的。而新兴的数字电源方案,是在系统中加入DSP或MCU进行系统电源的全面监控和调节。此外,一个专门用于电源子系统之间通信的协议标准PMBus也诞生了。Artesyn、Intersil、IR、TI和Maxim等18个公司都是该标准的共同创立者。

图(略)

无线基础设施

TI有完整的无线基础设施系统链,从底层的生产工艺到上层软件库和第三方网络,其中,广泛的模拟产品包括电源、接口、定时、放大器、转换器、RF等等,和TI的DSP技术一起,为3G基站和手机厂商提供全面解决方案。


制造工艺是坚固的铺路石

生产和制造工艺是所有创新技术的基础。TI目前共有3个自己的晶圆工厂,分别是DMOS5、DMOS6和KFAB,另一个300mm晶圆厂RFAB正在建设当中,它是TI投资30亿美元、采用65nm CMOS工艺技术的制造厂,即将于2006年12月投入运营。它是全球唯一一家通过了LEED认证的制造厂。同时,TI还有几个代工厂,以便增加制造的灵活性和保证工厂的高度利用性。

在制造策略上,TI首先要与其他领导厂商一起增产先进的CMOS产品。在继续增加130nm产品产量的同时,不断成熟90nm技术,提高良品率。

65nm的产品样品也已经推出,即将投产。其次,进一步提高在模拟与混合信号产品上的领导力,广泛使用高性能模拟半导体技术,提高BiCMOS的集成与功率能力,并推出用于无线及RFID的130nm及基于铜互连的模拟技术。与此同时,最大限度地利用产品与工艺的共同设计,如针对65nm及其它工艺可制造性要素的设计和针对射频集成与电源管理的架构与电路创新。

仅用有限的文字想要全面涵盖TI的技术和产品恐怕是不可能的。我是想借此和大家分享此次TI总部采访的最大感受,要想在竞争激烈的半导体市场上赢得自己的位置,一方面要具有高瞻远瞩的市场前瞻性,紧紧抓住未来市场发展的主流;另一方面要根据市场发展趋势不断完善和突出自己的技术优势,要当机立断,快速作出应对。TI在发展自己的道路上,将数字技术和模拟技术和谐融为一体,针对热点市场推解决方案,积极快速响应市场变化,同时又很好地将历史沉淀的技术积累变成技术创新的基石,这就是TI能够赢得自己位置的主要原因。

《世界电子元器件》2006.3
         
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