硅谷半導體企業(yè)技術探秘：從汽車電子到EDA

　　筆者再次來到美國加州硅谷，開始為期一周的***總部技術探秘之旅。5天內(nèi)共采訪了Maxim（美信）、Analogix（硅谷數(shù)模）、Arteris、Lattice（萊迪斯）、Mentor Graphics（明導）、Silego、Silicon Image和GEO等8家半導體廠商，并聆聽了一場Gartner關于物聯(lián)網(wǎng)市場和技術的演講。

　　首先還是看看筆者每次來硅谷時用以判斷半導體行業(yè)發(fā)展狀態(tài)的“汽車數(shù)量指數(shù)”晴雨表吧。所到幾家廠商總部的停車場內(nèi)，基本都停滿了員工們的各種座駕。之前在國內(nèi)從多種渠道了解到，美國經(jīng)濟已經(jīng)恢復上升趨勢，半導體行業(yè)景氣指數(shù)也在不斷攀升。這次親眼驗證了上述說法。

　　下面將分篇介紹本次硅谷技術探秘的所見所聞

　　汽車電子篇

　　老牌Maxim模數(shù)全能

　　第一天采訪的Maxim和最后一天采訪的GEO都有汽車電子業(yè)務。不同的是，Maxim是一家有著30年歷史的老牌半導體廠商，年營收達24億美元，每年研發(fā)資金約5億美元。汽車電子業(yè)務主要是電源管理、ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）和信息娛樂系統(tǒng)等的模擬、混合信號解決方案。而GEO只有5歲，汽車電子主要關注幾何圖形處理和視頻處理。由于是初創(chuàng)型公司，所以年收入沒有對外公布，不過，據(jù)了解，這幾年的研發(fā)投入共約1億美元。巧的是，兩家公司還有些淵源。2012年，剛成立3年的GEO***了Maxim的數(shù)字視頻IC部門。

　　Maxim汽車電子解決方案部門執(zhí)行總監(jiān)Kent Robinett（見圖1）指出，未來5年內(nèi)，車載CD播放器將會落伍，駕乘者的車內(nèi)信息娛樂體驗將會趕上移動互聯(lián)終端那樣的體驗；駕駛輔助功能將成為所有乘用車的標配，這有助于把交通事故率減少50%。此外，美國交通管理部門要求，2018年，乘用車必須安裝倒車影像監(jiān)控系統(tǒng)；LED車燈將繼續(xù)實現(xiàn)品牌差異化，這對環(huán)境和安全有著積極意義。

　　圖1 Maxim汽車電子解決方案部門管理團隊成員。執(zhí)行總監(jiān)Kent Robinett（左二）、執(zhí)行總監(jiān)Jon Horner（左一）、總監(jiān)Farhad Farahbakhshian（右一）、高級業(yè)務經(jīng)理Ben Landen（右二）。

　　對于汽車信息娛樂系統(tǒng)，1997年之前第一代的成本只有幾美元，1998~2006年第二代的成本曾飆升到了上千美元，2007~2010年第三代的成本回落到了幾百美元。隨著顯示、射頻前端、ECU、3G/4G無線通信及云計算的發(fā)展，2011年之后第四代汽車信息娛樂系統(tǒng)的成本將進一步下降到幾十美元甚至更低。

　　另據(jù)Strategy Analytics對英美車主的一項調(diào)查結果，消費者非?？释麚碛熊嚿涎b有ADAS系統(tǒng)，不過，他們認為ADAS目前的價格太高而不愿購買。預計2017年，各種不同類型ADAS產(chǎn)品的市場規(guī)模將增長到近9000萬套?，F(xiàn)在面臨的技術挑戰(zhàn)是，要能在低成本線纜上無壓縮地傳送百萬像素的數(shù)據(jù)，而且有很好的EMC性能。

　　Robinett透露，針對高清中控和后排顯示，及ADAS等車載信息娛樂系統(tǒng)，他所領導的汽車電子方案部門最新推出了3.12Gbps多媒體串行鏈路（GMSL）SerDes芯片組。其特點是，可使屏蔽雙絞線和同軸電纜兼容，并降低同軸電纜50%的成本和重量；線纜傳輸距離為15m；采用專利的全雙工串行傳輸架構；片上擴頻時鐘，可降低EMI，因而不需要外部擴頻時鐘。

　　對車載顯示器、LED背光燈及抬頭顯示系統(tǒng)（HUD），帶高壓DC/DC控制器和電池分離功能的四通道LED驅(qū)動器MAX16813，最多可驅(qū)動4串高亮度LED燈。其特點是，減少了EMI噪聲，拓寬了動態(tài)范圍，同時，在關斷時，可使電池漏電流降到最低。

　　汽車儀表盤和信息娛樂系統(tǒng)的電源管理方面，含有3個大電流DC/DC轉(zhuǎn)換器的MAX16993，可節(jié)省50%以上的電路板面積，并減少AM頻段噪聲，降低EMI輻射。

　　對于喜歡在車上用USB為智能手機和平板電腦等移動終端充電的人們，DC/DC轉(zhuǎn)換器MAX16984可用汽車電池進行安全可靠的充電。在移動終端剩余電量40%的情況下，充電30分鐘，MAX16984方案比市場現(xiàn)有的標準方案可多充8%（見圖2）。據(jù)了解，目前針對的是USB2.0，正在開發(fā)支持USB3.0的方案。

　　圖2 采用MAX16984的充電方案與市場現(xiàn)有標準方案的比較

　　新兵GEO專攻視頻處理

　　筆者本次采訪的其他廠商都有自己的一座或幾座辦公樓，其中Lattice的辦公樓旁還有一個長條狀、蜿蜒曲折的水池，環(huán)境甚好。

　　而GEO由于是初創(chuàng)型公司，與那些財大氣粗的豪門或準豪門不能攀比，現(xiàn)在過日子還得算計著花，錢要用到研發(fā)的刀刃上，所以只能暫時蝸居在合用辦公樓的半層。因為面積小，不帶大會議室，在演講和接受采訪時，也是在臨時租的公用會議室里。不過，這并沒有妨礙它擁有世界級的獨創(chuàng)技術。

　　GEO董事長兼CEO Paul M.Russo（見圖3）表示：“視頻所在之處就有我們的機會?！睋?jù)他介紹，公司現(xiàn)有2個芯片平臺：不帶CODEC的eWarp，適于攝像、抬頭顯示系統(tǒng)和投影系統(tǒng)應用；eWarp+CODEC的CloudGEO，適于云、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備上的攝像機。

　　圖3 GEO董事長兼CEO Paul M.Russo

　　Russo透露，2款40nm工藝的芯片已出樣片，并將在2014年3季度量產(chǎn)。

　　GEO現(xiàn)有的50個客戶中，不乏像索尼、夏普、松下、日立、飛利浦、博世、霍尼韋爾等全球知名品牌，中國的海信也位列其中。據(jù)悉，比亞迪很可能成為其在汽車領域的客戶。目前，云攝像機、安防監(jiān)控、智能電視和投影儀客戶的產(chǎn)品都已上市，汽車類客戶的產(chǎn)品將在2014年稍晚時間上市。

　　市場研究機構Techno Systems Reserch的報告顯示，未來5年，每輛汽車中可能會有多達8個攝像頭。2014年，車用攝像頭和抬頭顯示芯片的市場規(guī)模約為3億美元，2018年將達到9.4億美元。

　　該報告認為，美國高速公路安全管理局（NHTSA）和歐洲新車碰撞測試（EuroNCAP）的汽車安全法規(guī)將推動車用攝像頭市場快速增長。預計2014年，車用攝像頭的市場規(guī)模約為5290萬個；2018年，總數(shù)約1.077億個。這期間的年平均復合增長率約為24.4%。

　　2014年，所有本田和Acura車型將全部安裝攝像頭單元。日本松下、索尼、韓國現(xiàn)代摩比斯（Hyundai Mobis）和加拿大麥格納（Magna）4家一級供應商在車用攝像頭市場占了近半壁江山，其中松下占全部市場的1/5。

　　GEO的可編程eWarp處理器平臺支持任意尺寸圖形像素實時變換，可起到多個獨立幾何校正的作用，如鏡頭畸變校正，全景拼合圖像，取代物理調(diào)節(jié)的校準，及ePTZ的實時潘傾斜和變焦（pan tilt and zoom）。還有，對于180°以上的超廣角魚眼鏡頭，GEO的無內(nèi)容損耗（Zero Content Loss）1080p全高清60fps視頻畸變校正專利技術，可進行實時圖像變換計算。上述技術分別如圖4~6所示。

　　圖4 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應用（1）

　　圖5 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應用（2）

　　圖6 GEO可編程eWarp處理器在汽車攝像頭系統(tǒng)中的應用（3）

　　目前汽車中的前后左右4個VGA攝像頭系統(tǒng)，可被一塊eWarp處理器芯片的圖像變換功能取代（見圖7）。例如，可用于自動泊車系統(tǒng)。該技術最開始被用于高端SUV車型，現(xiàn)在已逐步進入轎車中。

　　圖7 采用一塊eWarp處理器芯片的全景俯視系統(tǒng)

　　抬頭顯示技術最初用在美國和法國的軍用和民航飛機上。后來，通用汽車擁有了該技術在汽車上的專利，目前，專利已經(jīng)公開。1988年，該技術首次選裝在通用汽車的Cutlass Supreme（超級短劍）車型上。

　　GEO和Techno Systems Reserch預計，2014年，抬頭顯示系統(tǒng)的市場規(guī)模約為350萬套。2016年將出現(xiàn)快速增長，約860萬套。2018年將上升到1510萬套。這期間的年平均復合增長率約為22.7%。

　　2014年，寶馬將在大部分車型中配置抬頭顯示系統(tǒng)。通用汽車也將擴大裝配的車型種類。奔馳將調(diào)整市場戰(zhàn)略，2014年秋季，在S和C級車型中配置抬頭顯示系統(tǒng)。日本精機（Nippon Seiki）、矢崎（Yazaki）、美國江森自控（Johnson Controls）、德國大陸（Continental）和日本電裝（Denso）分別占據(jù)了抬頭顯示系統(tǒng)傳統(tǒng)一級供應商的前五位。由于需求大，市場前景極為看好，松下、博世和現(xiàn)代摩比斯也正在擠入一級供應商陣營。

　　抬頭顯示系統(tǒng)目前面臨的挑戰(zhàn)包括：成本非常高，每套約1200~1500美元，這限制了它的市場普及度，因此只能用在部分高檔汽車里。用于投影顯示的前風擋玻璃較特殊，這使抬頭顯示系統(tǒng)的成本又增加了上百美元。此外，高清顯示和投影面積的擴大使圖像畸變問題更加凸顯。

　　前面提到的GEO可編程eWarp處理器和視頻畸變校正專利技術，能同時校正風擋玻璃和短距光學微投影器產(chǎn)生的各種圖形畸變。還可以電子調(diào)節(jié)風擋上的圖像位置，這樣就不會因為駕駛員的身高而影響水平視角。如圖8~10所示。

　　圖8 GEO的自動校準技術

　　圖9 可編程eWarp處理器的幾何處理

　　圖10 可編程eWarp處理器和視頻畸變校正專利技術，能同時校正風擋玻璃和短距光學微投影器產(chǎn)生的各種圖形畸變，不會因為駕駛員的身高而影響水平視角。

　　另外，針對云、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備上的攝像機，GEO的GC6500（Raptor2）解決方案可提供eWarp實時像素處理引擎；支持最多8個獨立視頻流的編解碼，每個感興趣區(qū)域（ROI）都是獨立的；高動態(tài)范圍影像信號處理器（ISP），壓縮與視頻處理流水線等，及硬件參考設計和軟件架構。

　　同時，GC6500和GW3xx方案均支持180°和360°魚眼鏡頭；可編程eWarp引擎支持多視角流，畫中畫，多個鏡頭的影像合成；單獨流的獨立視角等。優(yōu)勢是，消費者或用戶只用一個攝像頭即可，而沒必要再用多個攝像頭。