Electronics 版 (精华区)

发信人: higirl (水调歌头), 信区: Electronics
标  题: 数字家电产品的单芯片化
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年03月21日10:45:42 星期三), 站内信件

一、半导体产品集成规模的提高
     随着电脑高性能化、小型化、复合化和网络化,半导体产品在从模拟转向数字化并
从集成化走向单芯片化。近年来,从DRAM的晶体管数量来看,在三年内提高了4倍。随着半
导体与电脑MPU的进步,多媒体时代正在来临。全世界的多媒体市场很大,在1997年为10万
亿日元,在1999年为14万亿日元。估计2001年为20万亿日元,2002年为26万亿日元,即以2
0%的年增长率增长。
    半导体集成度的提高可以从各装置所需的逻辑电路的晶体管规模和可实现的ASIC集
成度的提高趋势来分析。按照容纳在1cm2的面积上的晶体管数目,各种装置所需要的集成
规模和可实现的ASIC集成度提高的趋势,如图1所示。
    1999年用于单芯片机顶盒(STB)系统的LSI达到1000万个晶体管的规模。按此规模水
平来看,今后,几乎所有家电产品都可以容纳在一个芯片上。例如,在2001年用于DVD播放
机的系统LSI将实现单芯片化。为了实现这种技术,低功率技术、存储器和模拟器的混装
化以及缩短开发周期化将成为三个重要的因素。
二、为什么需要单芯片数字系统LSI
    彩色电视广播开始以来已达40年,经历了从模拟向数字化变迁的过程,并且各种新功
能在不断引入电视接收机。从电子学角度上看,电视机经过了真空管、晶体管和LSI三个
阶段,元器件数目由于技术革新得到了削减。但是,从1985年起,由于多功能化,元器件数
反而增加,随之耗电也增加。价格上却从当初20多万日元跌至几万日元。由于海外生产的
降价,电视机经营状况处于困难境地。为了在今后的数字广播时代开辟新的途径,寻找一
种新的解决方案,于是商家开始开发用于机顶盒的单芯片系统LSI。
三、用单芯片解决方案实现机顶盒
     关于数字广播,美国在1994年就开始了Direc TV广播,日本从1996年起开始了CS卫星
广播。日本的Direc TV、Sky Perfec TV广播是通过通信卫星发射,用抛物面天线和机顶
盒接收来自卫星的电波信号从而实现数字电视的。数字电视特点:可以多频道播送,可以
象电话似的对话型播送,也可以进行图像和数据的播送。在数字广播中,美国、欧洲、日
本各地的方式各不相同。在美国数字地面波也开始播送,有线TV的广播也在积极开展。日
本在2000年末也将开发BS数字广播。这些数字广播方式各不相同,制造厂要根据不同用途
,相应开发。
    图2是数字广播的机顶盒概略图。信号通过天线进入高频头,然后经过多重分离、压
缩数据复原的AV图像再生处理,进而输入控制全体的处理器。这样,通过把大部分功能进
行单芯片化,可以提供系统解决方案。
    (1)装载两种机头
    电脑(PC)具有通用CPU,其上有图像板。松下的数字 TV系统LSI(相当于通用CPU部分
),通过装载新颖的AM33微处理器和媒体内核处理器(MCP)。从面形成性能非常高的LSI。
AM33是一种32位的RISC处理器。其特点是:(1)最适合数字网络家电产品;(2)通过装DSP命
令可以实现软件调制解调器; (3)利用很小的一段程序,可以实现低耗电和高性能。
    电脑处理器开发中,一般是处理能力增大后,当然耗电就增大。但是AM33却相反,采用
的是处理能力增加而耗电减少的办法。因此,32位“AM33 MPU微计算机”的耗电降低,而
且有个人计算机那样的高功能。用121MHz工作,处理能力是121MIPS(每秒机器指令)。
    另外,媒体内核处理器方面,有如下特点:(1)它是对AV处理特殊化的并列处理器;(2)
先进而强有力的图像处理;(3)用微代码可以对应各种音频方式。
    (2)在软件中也有特点
    在硬件中,固化着专有知识的软件。AM33处理器支持利用软件调制解调器和电话传送
的数字声频的伸展压缩及信号分离技术。还有媒体内核处理器支持先进的每象素32位的
全彩色图像处理,而且支持使用精细图像的漂亮电子节目表、各种声频MPEG方式和杜比方
式等。
    (3)交叉总线开关电路和系统的高性能化
    今后,需要应用很多的软件,而且必须具有越来越大的扩张性,才能提高系统的综合性
能。有人认为“要分析实际的应用,如何解决总线的瓶颈,这是应该改进的地方”。
    作为民品,首次把交叉总线开关电路混装在LSI上,这是特征。过去的总线只能把各种
信息搭载在一个通道上,顺序排队通过,这是缺点。现在这种交叉总线开关电路,利用LSI
的集成度,使之分成许多通道,这样,就能使得必要的信息在必要的时候仅仅在必要的通道
中通过。结果,与过去相比,性能提高3.5倍(传送速度为800兆字节/秒)。
四、使机顶盒易与世界方式对应
     现在数字系统LSI,由于所有电路可单芯片化,因此组成面积可以削减为现有线路板
的40%。而且通过变换程序,可以灵活适应各国的广播方式。过去美国、欧洲、日本各自
硬件不同,因而花3倍时间,现在利用改变程序,就可短时间内实现对应。例如,AC-3、杜比
等各种声音方式也可简单对应;节目中的语言变换也可以用软件对应。
     在系统LSI中,与过去的集成电路不同,仅使选出个人信息的电路工作,剩下的电路停
止工作。这样,待机耗电大幅减少(产业界最小为0.6W),与过去相比,降为1/5待机电力,对
省电作出了贡献。
    此外,系统LSI还有很多优点。利用系统LSI可以使产品实现单芯片化,它在各种数字
家电产品中得到广泛应用。目前半导体厂商已把注意力集中到系统LSI上,不过目前尚处
于市场开拓阶段,不久将来这种先进的数字化技术产生的家电产品将会迅速占领市场。

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.235.229]