1. 德州仪器(TI)中国华东区总经理王剑
2007年将快速增长并具备很大增长潜力的主要应用包括:可集成到PMP、智能手机和汽车上的GPS导航系统、3G终端和基站、PDP和液晶平板电视。目前中国系统制造商面临的最大技术挑战是快速的产品上市周期,特别是消费电子类产品,其上市周期基本上只有3个月左右,这迫使他们必须依靠芯片供应商和分销商的参考设计方案来完成新产品的开发。这虽然使得他们没有实现方面的技术压力,但其设计工程师缺乏足够的时间去把所用的技术吃透,只能在供应商的全套参考设计方案上做一些小改动来完成客户定制化工作,如对PCB布板做一些改进或修改一下用户界面,有的甚至只能依靠第三方设计服务公司来完成软硬件客户定制化工作。从长远来看,这会影响到中国系统厂商和工程设计人员的技术积累,个人认为这会对它们未来的技术竞争力造成非常不利的影响。
中国系统设计工程师目前对芯片供应商提出的最大技术挑战大都源自于其比较恶劣的独特应用环境,如国内有些地方播送的PAL电视制式信号是非标准的,有些大型电厂受到的外界噪声和电磁干扰问题比较严重,在这些特殊情况下,芯片供应商针对常规应用环境开发的芯片解决方案可能就无法满足这些特殊客户的应用需要,必须根据客户的独特应用需求开发定制产品来解决,而这就需要芯片供应商与客户的充分沟通和密切合作。
2. 飞兆半导体公司亚太区总裁兼董事总经理郭裕亮
今后几年中国系统工程师面临的设计挑战将集中在两个主要领域。一个是不断发展中的系统功能集成,另一个将是高级平台工具的开发。
在过去的十年中,中国大多数系统设计人员主要注重的是控制成本。但是,在今后几年中,设计人员将需要针对节能应用提供更多的集成功能。智能功率管理的实例包括:用于高速显示器的3D图形加速器、高效LED背光转换器、OTG (直接传输) 多功能接口、用于电池组的充电器加保护功能,以及数字功率系统等。
为了开发当今电子设备所要求的高级集成功能,系统设计人员需要使用高级平台工具来加速系统集成。设计工具对于先进系统集成的成功起着非常重要的作用。这些工具可以分类为硬件平台和软件平台。对于硬件平台,大多数设计人员都采用创建积木块的方式。通过使用这些工具,设计人员了解系统集成和未来数代电子设备的高价值功能扩展。这些工具提供了高成本效益的途径,以满足上市时间和缩短设计过程的要求。
有效的软件平台通过提供性能和效率特性,为设计过程带来价值,以满足未来电子产品设计中的任何新标准和新要求。
3. 安森美半导体亚太区电源管理产品经理蒋家亮
目前中国的系统设计工程师主要面临着两方面的技术挑战:降低能耗和环保。首先,在强调节能的今天,世界各国纷纷制定高效能源的标准和规范以减小能源的损耗,中国政府"十一五计划"也对降低能耗做了明确规定。如何提高电源效率、降低待机功耗成为众多企业面临的重要技术挑战。其次,环保已成为各个领域不能忽略的课题,所有半导体必须实现无铅化,且不含其它禁用物质。因此,无铅化在工艺、兼容性以及强度、可靠性等多方面给设计工程师带来诸多挑战。
通过与制订行业标准的机构和全球客户在新产品和系统解决方案紧密合作,安森美开发了一系列GreenPoint参考设计和电源解决方案,不但解决了电源的所有功能区块,并且符合国际低待机能耗的规范,以确保提供绿色和高效的节能解决方案,满足现在和未来对高效电源的需要,如针对用于90瓦笔记本电脑电源适配器、220瓦平板液晶电视机电源、及CRT电视机电源。
除了GreenPoint系列电源解决方案,安森美还提供不同的设计方法,以达到降低待机能耗和提高电源能效。如跳周期待机模式、PWM控制器主控PFC(轻载时关断PFC以降低待机能耗)。除此之外,将诸多新技术和功能集成到芯片内部,如DSS(动态自供电)、频率抖动、Soxyless (无线圈去磁检测)等,可起到简化外围电路设计作用,也相应减少了功率损耗。
在提高电源工作状态的效率方面,安森美利用先进的拓扑技术,如有源钳位、同步整流、半桥谐振模式等来达到高能效。在降低待机能耗方面,安森美半导体与中国节能产品认证机构中标认证中心(CSC)持续合作,更发起了"1瓦论坛"。这每年举行的论坛旨在探讨和交流影响1瓦行动的构思、方案、技术和问题。国际能源署发起1瓦计划,敦促所有参与该计划的世界各国在2010年将所有产品的待机能耗降到1瓦。
4. Atmel公司ARM微控制器市场经理Jacko Wilbrink
中国和世界其它地区的系统设计人员都面临着同样的技术问题,包括:1)应用越来越精密成熟,故系统越来越复杂;2)设计工作不断增加,而尖端技术的成本也较高,所以设计成本不断攀升;3)要求产品投放市场所需时间缩短,因此设计周期越来越短,压力越来越大,需要软/硬件并行开发。
我们认为一种具有高成本效益的方法,是采用基于微控制器的平台来实现器件的标准功能,而采用片上可配置的构件模块来实现特定的应用功能。这种微控制器可以采用业界标准的架构(如ARM),并带有片上存储器、外设和标准接口(如以太网、USB、CAN等接口)。整个器件具有很高的系统集成度。
业界标准的ARM处理器具有极佳的支持,而且已有许多现成的应用代码模块可供使用。可配置的构件模块以HDL语言来编程,从而定义特定的应用功能。同时,也要为特定应用功能编写软件。然后,再将软件与已针对MCU平台开发并移植好的器件驱动程序和操作系统集成在一起。
布局布线限于金属层,这是配置特定应用构件的要求;此外,半导体制造也限于金属层,并采用预制好的平台用晶圆。这种方法大大减小了设计时间、成本和风险。对于个别的特定应用产品来说,这样便可在高成本效益的情况下进行中量生产。Atmel公司将在2007年推出一系列基于ARM 微控制器并内置了可配置逻辑构件的产品。
5. Altera技术服务部总监Eric Deng
随着半导体工业的发展,工程师所设计的系统的复杂度在过去的十年中增加了百倍以上。如何在有限的市场时间窗口内,设计出符合客户需求的产品,有效地控制设计的技术风险和成本,以及保证设计的灵活性和可重用性是目前许多走在技术前沿的系统工程师们所面临的共同挑战。近年来,产品到市场的时间和产品在市场的时间越来越短。这对系统工程师提出了相当高的要求。
市场的需求随着时间的推移发生不断的变化,竞争对手可能会从意想不到的角度,降低成本,增加新的功能推出新产品。因此研发人员必须在给定的时间内完成设计,并且保留在研发周期内进行个性化改进的灵活性,同时又预留产品量产后大幅降低成本的简单途径。简而言之,工程师需要技术手段的帮助,用最少的投入,设计出符合市场的成本,功能要求的产品。
好的系统工程师在规划新产品时,必须专注于本企业的核心竞争力(如知识产权,流程,渠道...),善于运用本企业以前的设计,同时借助第三方公司的知识产权以及提高工作效率的设计平台。对于走在技术前沿的公司来说,往往产品国际标准还未最后定稿,公司为了抢占进入市场的先机,研发工作就已经启动了。那么在系统架构设计时,就需要留有因对未来标准修改和市场需求更改的余量,并且控制好成本。
Altera的FPGA给了现在的系统工程师有力的工具面对这些挑战。FPGA是标准化的产品,可以给工程师一个成熟的软硬件平台,实现创新的设计。同时允许工程师根据市场和最新标准修改设计,用几乎为零的硬件增加满足快速变化的市场需求。工程师可以在产品出货的最后时刻改进设计。甚至可以在用户收到产品后提供自动升级。避免AISC和ASSP的规格限制。FPGA 所支持的大量IP核,可以使工程师有效地缩短研发周期,加速进入市场的时间。而Altera独一无二的FPGA到Hardcopy的无缝移植可以让工程师在不修改电路板的情况下,降低高达85%的芯片成本,以面对激烈的成本竟争。
6. Skyworks公司大中国区高级销售总监Vincent Wang
随着今天的手机制造商努力在最小、最高性价比和最高功率转换效率的平台上集成越来越多的功能,系统设计挑战也持续在增强。对3G(包括中国开发的TD-SCDMA标准)手机来说,这要求对手机设计的RF和基带部分采取最好的方法,因为每种3G标准的RF和基带部分都非常不一样,因此它们也面临非常不同的设计挑战。
随着基带供应商将精力集中在关键的新应用议题上,RF和前端子系统供应商(如Skyworks)继续帮助客户降低手机设计中非基带部分的总尺寸、成本和功耗。手机设计RF部分的创新为寻求应用创新的基带处理器供应商提供了额外的性能空间。此外,手机元件开发工程师面临的最大挑战是:如何在不增加芯片面积的情况下,不仅降低总成本,而且增加更多的功能。应用工程师则将需要开发可最小化成本和面积的设计技术,而且不影响性能、服务覆盖或客户满意度,它们均是下一代手机设计的关键推动力。
在考虑换机率和新兴市场的增长后,我们期望继续看到手机市场对IC元器件保持强大需求。我们也正在看到很多第一流手机OEM外购核心的RF功能模块。所有这些市场机会均预示着Skyworks的全面RF解决方案产品线将有一个很好的市场前景,它们可帮助手机制造商在减少板空间的情况下实现更多多媒体功能,如相机手机、高清晰度视频、MP3音频和音乐下载等。
7. 美国国家半导体南中国区业务总经理何贤斌先生
视频监控正在成为一个新的应用热点。目前国内已普遍采用监控系统监控路面情况以至仓库和建筑物等地的活动。不同的应用对监控系统有不同的要求,对于长距离传送来说,采用IP协议传输技术或光纤系统会有更好的效果,但短距离的传送则较宜采用模拟传输技术。
市场上的监控系统不能缺少模拟器件。系统中的模拟器件如模拟放大器负责驱动较长的同轴电缆,以便将数据传送出去;而系统中的数字电路也需要模/数转换器及以太网接口产品的支持,由这些模拟器件先将模拟数据转为数字信息,然后利用CAT5电缆将内含相关数据的IP协议信息包传送出去。换言之,由摄影镜头到主机到监视器的整条"信号路径"都需要模拟器件的支持。虽然数字信号处理器及FPGA等数字电路可以处理大量数据,但负责调节输入及输出信号的电路都是模拟器件。信号若得不到适当的调节,系统的整体性能也会受到影响。
美国国家半导体致力为客户提供全方位的信号路径解决方案。美国国家半导体开发的数据转换器、放大器和接口解决方案,具有高精度、高速及功耗低等优点,而且可以轻易融入客户的系统设计之中。此外,美国国家半导体的PoE(Power over Ethernet)电源管理产品系列,把直流/直流转换器集成电路与连接用电设备的接口集成在一个单芯片里,并适用于多种大小不同的交流电适配器电压,精简以太网电源系统设计之余,更让设计工程师灵活控制系统的整体成本。
8. Silicon Labs微控制器营销总监Ross Bannatyne
从消费电子到汽车应用,电子制造商必须能够迅速设计低成本、高效能和拥有许多诱人特色的产品。目前世界各地的客户都在依赖硅供应商帮助他们迅速开发复杂的混合信号设计,这种现象在亚洲尤其明显。我们必须能为这些客户提供低成本、易于使用和缩短设计时间的高效能混合信号解决方案。
随着微控制器变得更小和整合度更高,维持或提高效能就变得很重要。功能密集的微控制器协助设计人员减少用料成本与加速产品上市。我们的微控制器设计可将效能与功能结合于精巧体积。随着消费电子产品持续缩小,高效能与功能密度将是在这些竞争激烈的市场上独占鳌头的重要关键。
提供完整易用的开发工具是减少设计困难的另一重要方法。微控制器供应商必须继续提供便携式、高效能和易于使用的开发工具。由于OEM厂商需要缩短设计周期,这些产品须能迅速展开软件开发工作。ICE仿真器等传统开发工具的体积庞大、价格昂贵和不易使用,但我们将在2007年看到一种全新类型的微控制器开发工具。我们采用USB Stick设计的开发平台ToolStickSK就是例子。ToolStickSK能插入设计人员的笔记本电脑,提供移动开发环境。设计人员还能利用它与终端设备通讯,直接在现场进行诊断、调试和软件更新。此趋势将在2007年持续成长,我们将提供功能密集的高效能产品和完整开发工具支持这项需求。
汽车电子市场是精巧、高整合度与高效能微控制器解决方案的另一热门市场,尤其负载点控制应用更是热门。汽车电子应用占8位微控制器销售额的三分之一,而且市场每年还以大约7%的速度成长。汽车制造商希望提供油箱监测器、座椅调整传感器和防夹车窗等更方便舒适和安全的功能,使得每款汽车都能够独特不同。功能密度最大的高效能解决方案将是达成这项要求的关键。
为了满足市场需求,C8051F52x和C8051F53x微控制器系列都内置可编程比较器、稳压器和温度传感器等其它模拟功能,进一步降低设计的复杂性。这种高整合架构让汽车电子设计人员简化设计流程和减少元器件用料。
9. Broadcom公司首席技术官Henry Samueli博士
2007年中国系统设计工程师面临的最大技术挑战包括:理解复杂的SoC芯片架构和充分利用SoC的全部性能;在众多能提供非常有竞争力技术的硅芯片供应商中发现最佳解决方案;通过选择恰当的技术合作伙伴和保持领导地位确保ROI(投资回报率)。
中国系统设计工程师要求硅供应商提供这样的解决方案,它们不仅具备最佳性能和低成本,而且能够满足市场需求。此外,应该使硅供应商在你的系统产品定义阶段就参与进来以尽早获得技术。今天,由于技术的复杂性,基于技术领导地位(性能集和工艺)、上市时间、总体成本、财政稳定性、持续技术支持能力和产品家族来选择恰当的硅合作伙伴已变得非常重要。
今天,我们在有线和无线通信领域提供最完整的产品线,从ADSL2+、VDSL2、100M/1G/10G物理层和开关、802.11n WLAN、蓝牙、GPRS移动基带和HSDPA、DTV和IPTV、一直到有线HD和SD机顶盒解决方案。
我们并不只是为客户提供数据手册,我们还与客户和合作伙伴紧密工作,一起基于市场需要开发新的产品规范和定义产品架构。我们确保我们的客户拥有最好的成本性能比。我们也参与到客户产品开发周期的各个阶段中以帮助客户满足上市时间要求。
10. PMC-Sierra 公司首席技术官Robert Yung博士
中国工程师面临的最大技术挑战是:1)在集成度需求、摩尔定律和混合信号电路推动下不断上升的设计复杂度为今天的CAD工具的性能和可用性带来了严峻的挑战。这些技术挑战覆盖VLSI设计的整个流程:架构、RTL、电路、验证、测试和制造。我们需要能够将半导体芯片的规划、设计和验证集成在一起的EDA工具,最重要的是,它们必须能够在一起无缝工作。
2)以越来越细的CMOS工艺设计一个复杂SoC的不断增长的成本正为设计时间和设计正确性带来更多的约束。随着65nm CMOS芯片的设计和出带成本分别超过2千万和1百万美元,设计工作的重点已是如何将IC产品的出带次数降至最小和降低设计时间以使产品能更快推向市场。我们需要这样一种集成工具,它不仅能够设计,而且能够确保设计无错误和产生可接受的良率。这些目标的实现将减少设计成本和加快产品创收时间。
3)目前IC设计业界的趋势是越来越多的设计团队在不同的地方合作开发一款IC设计,而且这些团队可能分布在全球的不同城市中。一个能够使这些团队在不同的时区和地区有效和高效地工作的设计流程和设计数据库对这些IC开发项目的成功是至关重要的。
11. Microchip安全、微控制器和技术发展部副总裁Steve Drehobl
今天的系统设计工程师非常关注低功耗和小外形。这些技术挑战可在设计时借助Microchip公司的产品来实现。例如,MCP98242温度传感器主要瞄准DIMM市场,它易于设计和使用,其片上串行EEPROM器件允许保存测量数据。MCP6G0X增益可选运算放大器可针对不同应用场合从外部轻松地设定其增益。由于采用如SOT-23/DFN般小型封装的完全集成的MCP7383X锂离子/锂聚合物电池充电器的出现,现在工程师们能够把它们放到一个非常小空间中,而这使得他们能够设计出更为小巧的终端产品。最后,MCP3421 ADC可以很小的SOT-23封装提供非常高(18位)分辨率,它也使得工程师能够设计出更为小巧的终端产品。
12. Actel公司半导体产品市务总监Martin Mason
系统设计人员越来越重视功率问题。原因之一是:系统整体功耗现在受制于各种更严格的功率限制规定、技术指标和标准。对于下一代设计来说,功耗预算一般都有减无增,而设计需求中的功能却越来越多,要求的处理能力也越来越高。此外,不断减小工艺尺度的摩尔定律效应以及晶体管的大漏电流引起的静态损耗的副作用,造成市场期望与半导体技术相背离。
随着产品的使用周期越来越短,市场竞争越来越激烈,上市时间对产品的成功越来越重要,可编程的半导体平台因此成为人们优先选择的解决方案。使用可编程方案可快速和简易地将产品推出市场并获得赢利,但这些可编程平台必须能满足所有其它设计要求,如成本、性能、尺寸、安全性,以及特别是功耗。
此外,采用电池供电的应用(如无线手持式设备和多媒体播放器)的增长刺激了低功耗半导体的需求,而且,这个趋势将继续推动半导体技术向毫微安级发展。
以Flash为基础的Actel IGLOO 系列是业界功耗最低的FPGA产品,提供的静态功耗仅为5μW,是竞争对手最低功耗PLD的四分之一,并且跟他们相比可延长最多5倍长的电池供电时间,因而奠定了低功耗的新标准。 此外,由于便携式产品的生命周期短及市场竞争激烈,设计人员必需不断增加新的功能和复杂性,但却不能耗用更多的电池能量。这种需使得具有可重复编程以及丰富资源的Actel IGLOO别具吸引力,足以取代便携式产品应用中的ASIC和CPLD。市场调研机构iSuppli预测,在约为200亿美元的ASIC市场中,高达30亿美元的份额将会转向低功耗FPGA解决方案。
针对低功耗的便携式应用,我们结合了领先的Flash工艺可重编程ProASIC3 FPGA架构固有的低功耗优势以及灵活的功率优化技术,包括独特的Flash*Freeze模式,构建出创新的解决方案。因此,全新的Actel IGLOO系列和传统的用于智能电话和便携式媒体播放器的低功耗ASIC和CPLD解决方案相比,处于更有利的位置。展望未来,预计Actel IGLOO系列将刺激市场对具有高密度和低功耗特性多功能可编程解决方案的需求。
作者:陈路,执行主编,《电子系统设计》
