硅谷半导体企业技术探秘：从汽车电子到EDA
笔者再次来到美国加州硅谷，开始为期一周的半导体企业总部技术探秘之旅。5天内共采访了maxim（美信）、analogix（硅谷数模）、arteris、lattice（莱迪斯）、mentor graphics（明导）、silego、silicon image和geo等8家半导体厂商，并聆听了一场gartner关于物联网市场和技术的演讲。
首先还是看看笔者每次来硅谷时用以判断半导体行业发展状态的“汽车数量指数”晴雨表吧。所到几家厂商总部的停车场内，基本都停满了员工们的各种座驾。之前在国内从多种渠道了解到，美国经济已经恢复上升趋势，半导体行业景气指数也在不断攀升。这次亲眼验证了上述说法。
下面将分篇介绍本次硅谷技术探秘的所见所闻
汽车电子篇
老牌maxim模数全能
第一天采访的maxim和最后一天采访的geo都有汽车电子业务。不同的是，maxim是一家有着30年历史的老牌半导体厂商，年营收达24亿美元，每年研发资金约5亿美元。汽车电子业务主要是电源管理、adas（高级驾驶辅助系统）和信息娱乐系统等的模拟、混合信号解决方案。而geo只有5岁，汽车电子主要关注几何图形处理和视频处理。由于是初创型公司，所以年收入没有对外公布，不过，据了解，这几年的研发投入共约1亿美元。巧的是，两家公司还有些渊源。2012年，刚成立3年的geo收购了maxim的数字视频ic部门。
maxim汽车电子解决方案部门执行总监kent robinett（见图1）指出，未来5年内，车载cd播放器将会落伍，驾乘者的车内信息娱乐体验将会赶上移动互联终端那样的体验；驾驶辅助功能将成为所有乘用车的标配，这有助于把交通事故率减少50%。此外，美国交通管理部门要求，2018年，乘用车必须安装倒车影像监控系统；led车灯将继续实现品牌差异化，这对环境和安全有着积极意义。
图1 maxim汽车电子解决方案部门管理团队成员。执行总监kent robinett（左二）、执行总监jon horner（左一）、总监farhad farahbakhshian（右一）、高级业务经理ben landen（右二）。
对于汽车信息娱乐系统，1997年之前第一代的成本只有几美元，1998~2006年第二代的成本曾飙升到了上千美元，2007~2010年第三代的成本回落到了几百美元。随着显示、射频前端、ecu、3g/4g无线通信及云计算的发展，2011年之后第四代汽车信息娱乐系统的成本将进一步下降到几十美元甚至更低。
另据strategy analytics对英美车主的一项调查结果，消费者非常渴望拥有车上装有adas系统，不过，他们认为adas目前的价格太高而不愿购买。预计2017年，各种不同类型adas产品的市场规模将增长到近9000万套。现在面临的技术挑战是，要能在低成本线缆上无压缩地传送百万像素的数据，而且有很好的emc性能。
robinett透露，针对高清中控和后排显示，及adas等车载信息娱乐系统，他所领导的汽车电子方案部门最新推出了3.12gbps多媒体串行链路（gmsl）serdes芯片组。其特点是，可使屏蔽双绞线和同轴电缆兼容，并降低同轴电缆50%的成本和重量；线缆传输距离为15m；采用专利的全双工串行传输架构；片上扩频时钟，可降低emi，因而不需要外部扩频时钟。
对车载显示器、led背光灯及抬头显示系统（hud），带高压dc/dc控制器和电池分离功能的四通道led驱动器max16813，最多可驱动4串高亮度led灯。其特点是，减少了emi噪声，拓宽了动态范围，同时，在关断时，可使电池漏电流降到最低。
汽车仪表盘和信息娱乐系统的电源管理方面，含有3个大电流dc/dc转换器的max16993，可节省50%以上的电路板面积，并减少am频段噪声，降低emi辐射。
对于喜欢在车上用usb为智能手机和平板电脑等移动终端充电的人们，dc/dc转换器max16984可用汽车电池进行安全可靠的充电。在移动终端剩余电量40%的情况下，充电30分钟，max16984方案比市场现有的标准方案可多充8%（见图2）。据了解，目前针对的是usb2.0，正在开发支持usb3.0的方案。
图2 采用max16984的充电方案与市场现有标准方案的比较
新兵geo专攻视频处理
笔者本次采访的其他厂商都有自己的一座或几座办公楼，其中lattice的办公楼旁还有一个长条状、蜿蜒曲折的水池，环境甚好。
而geo由于是初创型公司，与那些财大气粗的豪门或准豪门不能攀比，现在过日子还得算计着花，钱要用到研发的刀刃上，所以只能暂时蜗居在合用办公楼的半层。因为面积小，不带大会议室，在演讲和接受采访时，也是在临时租的公用会议室里。不过，这并没有妨碍它拥有世界级的独创技术。
geo董事长兼ceo paul m.russo（见图3）表示：“视频所在之处就有我们的机会。”据他介绍，公司现有2个芯片平台：不带codec的ewarp，适于摄像、抬头显示系统和投影系统应用；ewarp+codec的cloudgeo，适于云、物联网、可穿戴设备上的摄像机。
图3 geo董事长兼ceo paul m.russo
russo透露，2款40nm工艺的芯片已出样片，并将在2014年3季度量产。
geo现有的50个客户中，不乏像索尼、夏普、松下、日立、飞利浦、博世、霍尼韦尔等全球知名品牌，中国的海信也位列其中。据悉，比亚迪很可能成为其在汽车领域的客户。目前，云摄像机、安防监控、智能电视和投影仪客户的产品都已上市，汽车类客户的产品将在2014年稍晚时间上市。
市场研究机构techno systems reserch的报告显示，未来5年，每辆汽车中可能会有多达8个摄像头。2014年，车用摄像头和抬头显示芯片的市场规模约为3亿美元，2018年将达到9.4亿美元。
该报告认为，美国高速公路安全管理局（nhtsa）和欧洲新车碰撞测试（euroncap）的汽车安全法规将推动车用摄像头市场快速增长。预计2014年，车用摄像头的市场规模约为5290万个；2018年，总数约1.077亿个。这期间的年平均复合增长率约为24.4%。
2014年，所有本田和acura车型将全部安装摄像头单元。日本松下、索尼、韩国现代摩比斯（hyundai mobis）和加拿大麦格纳（magna）4家一级供应商在车用摄像头市场占了近半壁江山，其中松下占全部市场的1/5。
geo的可编程ewarp处理器平台支持任意尺寸图形像素实时变换，可起到多个独立几何校正的作用，如镜头畸变校正，全景拼合图像，取代物理调节的校准，及eptz的实时潘倾斜和变焦（pan tilt and zoom）。还有，对于180°以上的超广角鱼眼镜头，geo的无内容损耗（zero content loss）1080p全高清60fps视频畸变校正专利技术，可进行实时图像变换计算。上述技术分别如图4~6所示。
图4 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（1）
图5 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（2）
图6 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（3）
目前汽车中的前后左右4个vga摄像头系统，可被一块ewarp处理器芯片的图像变换功能取代（见图7）。例如，可用于自动泊车系统。该技术最开始被用于高端suv车型，现在已逐步进入轿车中。
图7 采用一块ewarp处理器芯片的全景俯视系统
抬头显示技术最初用在美国和法国的军用和民航飞机上。后来，通用汽车拥有了该技术在汽车上的专利，目前，专利已经公开。1988年，该技术首次选装在通用汽车的cutlass supreme（超级短剑）车型上。
geo和techno systems reserch预计，2014年，抬头显示系统的市场规模约为350万套。2016年将出现快速增长，约860万套。2018年将上升到1510万套。这期间的年平均复合增长率约为22.7%。
2014年，宝马将在大部分车型中配置抬头显示系统。通用汽车也将扩大装配的车型种类。奔驰将调整市场战略，2014年秋季，在s和c级车型中配置抬头显示系统。日本精机（nippon seiki）、矢崎（yazaki）、美国江森自控（johnson controls）、德国大陆（continental）和日本电装（denso）分别占据了抬头显示系统传统一级供应商的前五位。由于需求大，市场前景极为看好，松下、博世和现代摩比斯也正在挤入一级供应商阵营。
抬头显示系统目前面临的挑战包括：成本非常高，每套约1200~1500美元，这限制了它的市场普及度，因此只能用在部分高档汽车里。用于投影显示的前风挡玻璃较特殊，这使抬头显示系统的成本又增加了上百美元。此外，高清显示和投影面积的扩大使图像畸变问题更加凸显。
前面提到的geo可编程ewarp处理器和视频畸变校正专利技术，能同时校正风挡玻璃和短距光学微投影器产生的各种图形畸变。还可以电子调节风挡上的图像位置，这样就不会因为驾驶员的身高而影响水平视角。如图8~10所示。
图8 geo的自动校准技术
图9 可编程ewarp处理器的几何处理
图10 可编程ewarp处理器和视频畸变校正专利技术，能同时校正风挡玻璃和短距光学微投影器产生的各种图形畸变，不会因为驾驶员的身高而影响水平视角。
另外，针对云、物联网、可穿戴设备上的摄像机，geo的gc6500（raptor2）解决方案可提供ewarp实时像素处理引擎；支持最多8个独立视频流的编解码，每个感兴趣区域（roi）都是独立的；高动态范围影像信号处理器（isp），压缩与视频处理流水线等，及硬件参考设计和软件架构。
同时，gc6500和gw3xx方案均支持180°和360°鱼眼镜头；可编程ewarp引擎支持多视角流，画中画，多个镜头的影像合成；单独流的独立视角等。优势是，消费者或用户只用一个摄像头即可，而没必要再用多个摄像头。
移动高清连接篇
mhl广泛的生态系统
mhl技术标准由诺基亚、三星、silicon image、索尼和东芝，于2010年4月发起制定。主要面向小屏移动终端与大屏高清显示设备之间的连接，如智能手机、平板电脑、数字电视等消费电子产品及pc。
现在采用mhl技术的产品市场规模约5亿台。全球前5个智能手机品牌中，有4家采用了mhl标准；前10家数字电视制造商中，有9家有4家采用了mhl标准。该阵营的厂商及成员近200个，如三星、索尼、东芝、夏普、联想、海尔、海信、tcl、创维、htc、华为、中兴、小米、魅族等。此外，还有现代、jvc-kenwood、先锋等汽车配件厂商。
图1 silicon image业务开发高级总监兼首席宣传官（chief evangelist）jim chase
silicon image业务开发高级总监兼首席宣传官（chief evangelist）jim chase（见图1）表示，2014年，采用mhl技术的智能手机、pc显示器和数字电视的市场规模分别为22%、25%和28%，预计数字电视的这一比例将在2014年增加到40%以上。
除了中高端市场，面向新兴市场的低端产品也在mhl的版图之内。例如，一套采用mhl收发器的智能手机和笔记本电脑的套餐价在300美元左右（见图2）。
图2 采用mhl收发器的智能手机和笔记本电脑的套餐价在300美元左右
针对4k超高清显示的布局也进行的如火如荼。2013年发布的mhl3.0版本可支持4k超高清显示和高速数据传输。多屏显示与移动设备充电可同时进行，充电功率在4.5w~10w（见图3）。
图3 mhl3.0标准特性
目前了解到的行业情况是，simplay labs已经制定了设备之间安全传输4k超高清内容的认证计划。相关厂商提交的设备需要通过4k视频、多信道音频和hdcp 2.2链路保护支持及增强的互操作性测试。
netflix已于2014年1月开始提供4k超高清视频内容，索尼、youtube、mgo也将在年内适当时间提供4k内容。
同时，高通、三星和nvidia的应用处理器，及三星、诺基亚和索尼等智能手机已为4k准备就绪。
采用mhl3.0、符合内容保护协议hdcp 2.2的三星智能电视，索尼智能手机和智能电视也正在迎接4k时代的到来。
silicon image为mhl 3.0、4k超高清生态系统开发的产品包括发射器，及mhl3.0到hdmi2.0的桥片等。
人无我有的60ghz无线高清连接
对于60ghz无线高清连接，silicon image同时是wirelesshd和wigig标准组织的成员。
该公司负责标准业务工作的高级总监rob tobias表示，60ghz wirelesshd连接技术可把移动终端上的全高清视频内容几乎没有延迟地传输到大屏上观看（见图4），并实现了大小屏的互动。智能天线确保了传输的稳定性，可与有线电缆传输的质量媲美。频谱带宽比wifi高10~100倍，也不存在wifi方案面临的干扰问题。
图4 60ghz wirelesshd连接技术可把移动终端上的全高清视频内容几乎没有延迟地传输到大屏上观看。
目前，集成了基带、射频和天线的单芯片ultragig6400发射器的pcb面积为10mmx10mm，比第二代方案减小了10倍以上（见图5）。ultragig6400既可嵌入在智能手机和平板电脑里，也可作为外设插入。
图5 60ghz无线高清（wirelesshd）连接方案的pcb改进比较
在高速数据传输方面，wigig技术可作为wirelesshd的有力补充。
此外，silicon image面向4g/lte小蜂窝无线回传市场，开发了单芯片cmos工艺的波束导向型60ghz射频收发器。第三代60ghz射频波束导向技术简化了天线设计和安装。工程样本和评估板将于2014年第二季度提供。
硅谷数模图谋8k
针对mhl的竞争，硅谷数模营销副总裁andre bouwer（见图6）称，基于displayport标准的slimport收发器，同样可将智能手机、平板电脑和笔记本电脑等移动终端，与电视、监视器、投影仪等大屏显示设备连接。（详见《2013年暮春硅谷纪行（五））
图6 硅谷数模营销副总裁andre bouwe
他还表示，slimport4k产品也支持4k超高清、多屏幕、影音和usb数据及企业安全应用。支持音视频和数据传输的slimport pro版本（见图7）正在开发中，准备提交给视频电子标准协会（vesa）。
图7 支持音视频和数据传输的slimport pro框图和特性
用slimport给移动终端进行快速充电时的功率最高为9w。随着采用slimport的移动终端及附件支持高通快速充电qc2.0技术，2014年，充电功率将提升至18w。
目前，lg、谷歌、富士通等原有合作伙伴已开发出采用slimport功能的新移动终端，而且，惠普和中兴努比亚也加入了该阵营。例如，努比亚智能手机采用了slimport 4k解决方案，支持4k超高清内容。
同时，硅谷数模与瑞芯微合作开发了适于主流智能手机和平板电脑的基于slimport的参考设计，以进一步扩大slimport生态系统。
尺有所短寸有所长
至于mhl与slimport孰优孰劣，两个对手给出了各自的评价（见表1、表2和图10）。由于技术开发和市场一直在不断变化，其中的某些性能对比和数据与现在的实际情况肯定会有偏差。例如，slimport的4k方案已经符合内容保护协议hdcp 2.2等。这些图表比较仅供读者们参考。
表1 mhl、hdmi、displayport及slimport的标准比较（silicon image提供）
表2 mhl、hdmi与slimport的性能参数比较（silicon image提供）
图10 displayport与hdmi和mhl的技术特点比较（硅谷数模提供）
正所谓：尺有所短寸有所长。从上面的标准与技术比较，还不好说谁会笑到最后。终端开发商也需要根据自身能力、市场需求、整体设计难易和总成本来考虑应该采用哪种技术。
研究机构display search预计，2014年，中国4k电视市场规模约为1000万台，是全球其他地区总量的3倍。由于目前市场上主要的移动超高清连接技术就是mhl和slimport，所以，silicon image和硅谷数模势必会为此展开激烈的搏杀。
不过，由于4k的生态系统比对手弱，硅谷数模在继续巩固4k“篱笆”的同时，已开始觊觎8k市场。bouwer特别指出：“不要说8k离我们还很远，其实消费者已对4k超高清非常感兴趣，他们对8k也会是同样的态度。”
slimport的8k技术路线图如图8所示。与之前版本的displayport标准相比，将要公布的displayport1.3版本增加了hbr3，即传输速率为 8.1gbps，可以支持dsc（display stream compression）标准的60fps8k×4k视频。dsc由vesa在2014年3月刚公布。
图8 slimport的8k技术路线图
displayport1.3可在无压缩情况下实现60fps8k×4k视频传输，而slimport目前在压缩情况下实现了30fps8k×4k的视频传输（见图9）。
图9 displayport1.3与slimport在压缩和未压缩情况下实现8k视频传输的技术参数对比
可编程、可配置与ip篇
ecp5“打破陈规” 挑战fpga巨头
在fpga领域，与赛灵思（xilinx）和altera这两个追求极致密度、超高传输速率、巨量晶体管数、最新工艺技术的巨头不同，lattice（莱迪思）走的是低成本、低功耗和小形状因数之路。
lattice总裁兼ceo darin billerbeck形容自身优势时，用了快速和敏捷（agility）这两个词，目的就是使用户争取到足够快的上市时间。
他特别提到了两个“最”产品。一个是号称全球最小fpga的ice40，价格不到50美分，功耗最低25μw，1.4x1.48mmbga封装。
另一个是面向视频安全监控、人机接口和移动终端的machxo3，其每个i/o接口的成本不到1美分，2.5x2.5和3.8x3.8mm2的wlcs封装。
lattice方面表示，除了上面差异化技术外，将以最新开发出的ecp5 fpga系列，在小型蜂窝网络、微型服务器、宽带接入、工业视频等大批量应用中，向两大巨头的中低端产品发起挑战。
一段时期以来，赛灵思和altera一直宣称要用fpga取代asic和assp。而lattice则表示要让ecp5在10万lut以下的设计中，成为asic和assp的辅助设计伙伴，以弥补asic的成本问题和assp不够灵活的缺陷。
darin billerbeck称，ecp5系列在成本、功耗和密度3个方面“打破了陈规”：
①2.5万~8.5万lut在提高提高设计灵活性的同时，比市场上其他竞争产品的成本最多降低了40%。在小型蜂窝基站中的应用如图1所示。
图1 ecp5系列在小型蜂窝基站中作为asic和assp的辅助设计
②使用单通道3.25gpbs serdes，即一路pcie时，最低功耗约为0.25w（见图2）。若采用4路pcie，功耗也不到0.5w。静态功耗在64~78mw。在150mhz典型应用中的功耗，比竞争产品最多降低30%。
图2 ecp5系列在安防监控摄像机方案中，使用单通道3.25gpbs serdes，即一路pcie时，功耗约0.25w。
在现场演示中，用diamond软件工具测得8.5万lut设计的典型功耗约315mw；2.5万lut时为264mw。
③8.5万lut和serdes封装在10x10mm2bga内（见图3），功能密度，即每平方毫米的lut数量，比竞争产品高2倍以上。40nm工艺的ecp5系列比竞争产品28nm工艺的芯片尺寸还小。
图3 ecp5系列采用10x10mm2bga封装，适于宽带接入设备的智能小型可插拔（sfp）收发器方案。
据悉，ecp5预计将于2014年8月上市，并在2016年进入28nm工艺。
另外，市场方面，目前亚太地区营收占lattice全球的60%，其中，中国占亚太区的70%。
神秘又熟悉的ip商
本次硅谷之旅第二天采访的arteris，是一家网络芯片（network-on-chip）互连ip和工具供应商。尽管已有10多年的历史了，但是它并不像处理器ip商arm、mips、tensilica、ceva或cadence、synopsys那样有很高的知名度，因而对于大多数电子工程师可能显得有些神秘。
不过在半导体设计界，三星、高通、ti、飞思卡尔、st、瑞萨电子、东芝和altera等大牌都是arteris的用户。而且，中国大陆半导体设计三剑客海思、展讯、锐迪科，及全志科技、瑞芯微、珠海炬力和虹晶科技等不少公司，也采用了arteris的flexnoc互连ip进行soc设计。据ihs isuppli的调查报告，中国大陆多数半导体公司都得到了flexnoc互连ip的授权。
最近，***创意电子（guc）也得到了flexnoc互连ip的授权，用于16nm移动设备应用处理器soc ip验证平台的设计。
对于arteris这样既神秘又熟悉的厂商，在介绍其独特技术之前，笔者觉得有必要对各位看官先普及一下它的历史。
arteris在2003年由3位法国人创立，总部设在巴黎。次年收到第一笔风险投资。2005年，现任董事长、总裁兼ceo k. charlie janac加盟，担任ceo一职。2006年，第一个互连ip产品nocsolution问世，并马上就拿到了100万美元的授权许可收入。
2007年，在得到由synopsys领头的新一轮投资后，把公司总部从巴黎搬到了硅谷。同年，ti的omap4应用处理器采用了nocsolution的ip。2009年，第二代技术flexnoc上市。随后，得到了高通风险投资（欧洲）、arm、日本innotech等的第三轮投资。2010年，与三星和高通合作推出flexlli interchip link ip技术。
2011年，即公司成立的第8年，才开始盈利。2012年，全球60%的移动设计都采用了flexnoc互连ip。2013年，在智能手机市场收获颇丰。同年底，被高通以独特的交易方式收购了ip和工程团队。2014年，arteris宣布雇佣新的工程领导团队。
下面就来看看arteris的flexnoc互连ip的独到之处。
从事芯片设计的工程师都知道，高效的互连是soc盈利的关键。同时，在竞争激烈的市场上，灵活的拓扑架构对产品差异化非常重要。
arteris营销副总裁kurt shuler幽默地表示：“arteris is switzerland。”对这句话，不只是笔者，就连一位来自欧洲的资深媒体同行也大惑不解：“你们不是美国公司吗？怎么又是瑞士的了？”
shuler解释道：“大家知道，瑞士是中立国。实际上我的意思是，arteris是中立的。也就是说，我们自己不设计生产任何芯片，而是为所有的网络芯片设计公司提供互联ip，且与任何协议无关。虽然他们是竞争关系，但我们是中立的。”
这时，现场响起一片会意的笑声。
他强调，arteris的noc互连ip技术可把用户通常12~18个月的设计周期缩短到9~12个月（见图4）。同时，noc互连工具还可提升soc的生产力（见图5）。
图4 arteris的noc互连ip技术可将设计周期缩短为9~12个月
图5 noc互连工具可提升soc的生产力
具体地，noc互连ip技术的工作频率可达1ghz以上（见图6），支持cpu到存储器的高速数据传输；极低的连接延迟（见图7）；易于布局布线等。
图6 noc互连ip技术支持1ghz以上的工作频率和高传输带宽
图7 noc互连ip技术具有极低的连接延迟特性
此外，与传统的混合总线互连架构比，nocip架构的线路量少了50%，最高工作频率也高于后者，带宽提高了1倍，可连接上百个ip块，功耗不到1w，延迟特性相当甚至更好。
shuler表示，目前有56个用户，85项流片及44个完整的芯片设计，用户的芯片发货量已达1亿多片。
开辟一个崭新的半导体市场
相比模拟、电源和分立器件300亿美元以上的市场，fpga和可编程微控制器分别有50多亿和90多亿美元的市场，silego所在的可配置混合信号芯片（cmic）市场潜在容量只有30亿美元左右。
不过，silego营销副总裁john mcdonald（见图8）表示，可配置混合信号芯片或称“可编程模拟技术”开辟了一个崭新的半导体“蓝海”市场，正因为如此，这个市场的竞争不像前几个市场那样激烈。消费类、计算、通信和工业领域的广泛应用需求正推动这个市场呈现出爆炸式增长的态势。
图8 silego营销副总裁john mcdonald
silego包括混合信号阵列greenpak、电源管理芯片greenfet、定时产品greenclk和接口assp在内的4类芯片，近4年内的总出货量已过10亿，2012和2013年的出货量更是分别达到了2.7亿和4.2亿。
目前最小的greenpak3采用1.6 mm x1.6 mm x0.55mm，12引脚stqfn封装，其厚度比1美分硬币还薄（见图9）。在这样小的芯片内，集成了模拟元件、数字逻辑、可编程互连架构、i/o及非易失性存储器等。主要可用于替代4~8位mcu、胶合逻辑、电平转换器和电压监控器等。“工程师用所提供的gpak开发工具，在几分钟内就可搞定所需的配置和编程。”mcdonald表示。
图9 greenpak3采用1.6x1.6mm212引脚stqfn封装，厚度比1美分硬币还薄。
greenpak3低成本、低功耗的特点，有助于在可穿戴设备、移动终端及pc市场上，实现差异化设计和产品快速上市。
另外，mcdonald透露，silego在中国设有一个研发中心。计划在2014年推出8款新产品，同时，将进一步加强与英特尔和nvidia的合作关系。
eda篇
本次硅谷之行的第三天，笔者又见到了老朋友，mentor董事会主席兼ceo walden c. rhines（见图1）。这次，有着数十年资深技术背景的walden既没有谈具体eda技术，也没有讲市场，而是回顾了eda验证的历史变迁。
图1 mentor董事局主席兼ceo walden c. rhines（右），副总裁兼设计验证技术部总经理john lenyo（左）
迈入验证3.0时代
在早期的中小规模（ssi/msi）集成电路设计和验证中，基本靠设计师手工设计和布局，然后是架构、测试、重复设计，直至项目完成。
1973年4月12日，美国加州大学伯克利分校电子工程系电工实验室的l.w.nagel和d.o.pederson，开发出了电路仿真软件spice。借助这款软件，设计师可快速可靠地验证电路设计并预测电路性能。
随着10万门以上大型设计对仿真的需求，1982年，mentor开发出了基于idea工作站的qiuicksim数字电路仿真器。
walden把这个时期称为“验证0.0时代”。
此后，便进入了寄存器传输级描述的“验证1.0时代”。这个时期的设计特点是，更加关注描述语言及性能提升。
代表性语言是vhdl。1981年，美国国防部提出了vhsic语言。1983年，ibm、ti及intermetrics获得了相关开发合同。1987年，vhdl被确定为ieee1076标准语言。
1984年，gateway设计自动化公司的phil moorby创建了verilog hdl语言。1989年，gateway被cadence收购。1995年，verilog成为ieee1364标准语言。
另外，rtl加速仿真提升了硬件性能。
接着，芯片设计又进入了更加关注方法学的测试平台（testbench）自动化“验证2.0时代”。2002年，systemverilog语言出现。
walden称，他曾在2004年设计自动化大会（dac）的ceo圆桌论坛上与新思（synopsys）ceo aart de geus的激辩中，力挺systemverilog，并提出业界应该创建一个systemverilog的设计环境。令他欣慰的是，同年，systemverilog被批准为ieee1800标准语言。
目前，在10多亿美元的验证市场上，systemverilog已成为测试平台主流验证语言，且远高于vhdl、system和c/c++等。
企业级验证平台
mentor副总裁兼设计验证技术部总经理john lenyo（见图1）对2014年6月即将上市的企业验证平台（evp）进行了详细阐述。evp结构示意图如图2所示。
图2 mentor的企业级验证平台（evp）
该验证平台包括：①仿真加速操作系统veloce os3、②统一的硬件调试环境visualizer、③软件调试器codelink，④支持questa和veloce的验证ip。因此，可形成全球范围的资源数据中心（见图3）。
图3 mentor数据中心里的容纳几十台veloce仿真加速器的机柜
①veloce os3支持低功耗的upf验证；systemverilog功能覆盖率和基于断言的验证；及systemverilog、uvm和c/c++测试平台。具有高覆盖率收敛流程，并进行应用程序软件关键的soc子系统的流片前性能分析。为了最大程度地复用验证平台，按照uvm/rtl标准，为仿真和加速模式专门设计了验证ip。在保证功能的前提下，可比单独仿真性能提高1000倍（见图4）。
图4 veloce os3可加速现有的仿真验证环境
可用虚拟环境取代实际硬件。pcie、以太网和usb等标准接口，都可在工作站中实现虚拟化。
随着复杂度更高的soc设计项目的增加，例如，系统中含有多个嵌入式内核、异构处理器、复杂的系统内部互连、存储器共享、片上网络及多级缓存，“芯片开始验证转向系统级验证，侧重于软硬件协同验证的设计终于迈入了‘验证3.0时代’”。 walden指出。
随着工艺节点的发展，嵌入式软件工程师激增，16nm工艺时代是90nm时的17倍。同时，处理器的工作频率也达3ghz以上。
对于系统及验证，仿真更是必须。而验证的关键是软硬件协同。仿真也需从设计师的实验室转向数据中心。
walden表示，验证3.0时代需要企业级的解决方案，包括调试、验证ip、用户接口、测试平台仿真、断言及覆盖。
veloce os3 virtualab外围设备是立即可重配的，可支持世界各地的多个项目团队。os3企业服务器能够有效地管理全球硬件仿真加速器资源，并将其导入商业队列管理器中，形成单一的高容量实体。企业服务器决定着每项工作的优先顺序，迅速切换优先项目。
②有了soc设计软件，设计团队就可将大部分验证时间用于调试。因此，提高从模块到系统的调试效率十分重要。visualizer调试器、仿真和硬件加速器具备处理现有最大soc的容量和性能。visualizer调试器提供了高效的rtl、门级和测试平台的调试，包括自动追踪以快速精确定位出错误的根本原因，协议和事务级调试，自带的uvm和systemverilog基于类的调试功能，及低功耗upf调试。仿真和硬件加速的交互模式和后仿真模式也具有上述功能。
③在具备启动os的功能后，soc签发（signoff）解决方案才得以完善。软件调试操作系统时，往往需要较多的思考时间，而硬件加速器处于空闲状态。os3将思考时间转移到codelink工具上，codelink工具最多可同时支持10个设计师进行jtag调试，且回放软件执行速度为100mhz。借助os3，硬件加速器可以全速执行各任务，而软件进行离线调试。上述功能可在设计周期中最大程度地提高调试效率，并尽可能早地启动os。
④验证ip支持questa和veloce，具有共同的仿真验证和测试平台特性，软件可移植，测试环境可重用（见图5）。
图5 验证ip具有测试平台可移植性
许多 soc项目的验证数据有多个来源，需对验证数据合并与综合分析，以评估实际项目的完成情况。veloce os3 和questa 10.3可将所有断言、覆盖率和运行时间数据，包括硬件仿真、形式验证、仿真、混合信号和低功耗等，写入共同数据库。借助共同数据库、questa验证管理工具和测试计划，验证小组能够立即查看覆盖率情况，准确查出无效测试，缩短数据合并时间，提高回归测试的吞吐率，减少调试时间，从总体上提高产品质量和生产率。
evp 统一覆盖数据库 （ucdb）支持统一覆盖互通性标准（ucis），在了解其它验证引擎已取得的覆盖率的情况下，优化下载到硬件加速器的逻辑的覆盖率，缩短编译时间，节约硬件仿真资源，创建更智能的覆盖率收敛流程。
最后，lenyo总结指出，实际上，企业验证平台就是把虚拟原型、架构分析和软硬件加速仿真结合在一起，使从最初设计创意、硅片制造到成品的整个验证过程均从基本验证引擎中提取出来。
COMWIN智能传感器自动检测、自动识别、自动计算功能的传感器 直接显示物理量的振弦传感器DSensor
2.4寸旋钮智能屏在扫地机上的应用
分布式存储的技术原理
华为P10最新消息：华为P10闪存门和疏油层事件之后，如何看待骄傲的华为？
英特尔处理器漏洞引关注_intel处理器漏洞检测_处理器漏洞怎么修复
硅谷半导体企业技术探秘：从汽车电子到EDA
从新松机器人、埃斯顿等集体定增募投计划看机器人未来布局
教你快速看懂手机屏幕的真实门道
开放嵌入式：建构嵌入式Linux的另一途径
小米新机曝光：使用双面屏 再叫“屌丝”小米要动真格了
光刻机的难度在哪里
功率放大器的阻抗匹配、防护措施、使用技巧及特点
蓝牙芯片认证观察：市场趋向单芯片路线
美国毅力号已成功部署风力传感器
智能视频分析技术应用研究
Xposed的测试版可以在安卓Oreo（8.0/8.1）支持下使用
多功能食品安全检测仪的标准方法是什么
关于汽车电子电气架构的开发工具及学习
光控语音电路
元件温度计算方法：瞬态热阻
首先还是看看笔者每次来硅谷时用以判断半导体行业发展状态的“汽车数量指数”晴雨表吧。所到几家厂商总部的停车场内，基本都停满了员工们的各种座驾。之前在国内从多种渠道了解到，美国经济已经恢复上升趋势，半导体行业景气指数也在不断攀升。这次亲眼验证了上述说法。
下面将分篇介绍本次硅谷技术探秘的所见所闻
汽车电子篇
老牌maxim模数全能
第一天采访的maxim和最后一天采访的geo都有汽车电子业务。不同的是，maxim是一家有着30年历史的老牌半导体厂商，年营收达24亿美元，每年研发资金约5亿美元。汽车电子业务主要是电源管理、adas（高级驾驶辅助系统）和信息娱乐系统等的模拟、混合信号解决方案。而geo只有5岁，汽车电子主要关注几何图形处理和视频处理。由于是初创型公司，所以年收入没有对外公布，不过，据了解，这几年的研发投入共约1亿美元。巧的是，两家公司还有些渊源。2012年，刚成立3年的geo收购了maxim的数字视频ic部门。
maxim汽车电子解决方案部门执行总监kent robinett（见图1）指出，未来5年内，车载cd播放器将会落伍，驾乘者的车内信息娱乐体验将会赶上移动互联终端那样的体验；驾驶辅助功能将成为所有乘用车的标配，这有助于把交通事故率减少50%。此外，美国交通管理部门要求，2018年，乘用车必须安装倒车影像监控系统；led车灯将继续实现品牌差异化，这对环境和安全有着积极意义。
图1 maxim汽车电子解决方案部门管理团队成员。执行总监kent robinett（左二）、执行总监jon horner（左一）、总监farhad farahbakhshian（右一）、高级业务经理ben landen（右二）。
对于汽车信息娱乐系统，1997年之前第一代的成本只有几美元，1998~2006年第二代的成本曾飙升到了上千美元，2007~2010年第三代的成本回落到了几百美元。随着显示、射频前端、ecu、3g/4g无线通信及云计算的发展，2011年之后第四代汽车信息娱乐系统的成本将进一步下降到几十美元甚至更低。
另据strategy analytics对英美车主的一项调查结果，消费者非常渴望拥有车上装有adas系统，不过，他们认为adas目前的价格太高而不愿购买。预计2017年，各种不同类型adas产品的市场规模将增长到近9000万套。现在面临的技术挑战是，要能在低成本线缆上无压缩地传送百万像素的数据，而且有很好的emc性能。
robinett透露，针对高清中控和后排显示，及adas等车载信息娱乐系统，他所领导的汽车电子方案部门最新推出了3.12gbps多媒体串行链路（gmsl）serdes芯片组。其特点是，可使屏蔽双绞线和同轴电缆兼容，并降低同轴电缆50%的成本和重量；线缆传输距离为15m；采用专利的全双工串行传输架构；片上扩频时钟，可降低emi，因而不需要外部扩频时钟。
对车载显示器、led背光灯及抬头显示系统（hud），带高压dc/dc控制器和电池分离功能的四通道led驱动器max16813，最多可驱动4串高亮度led灯。其特点是，减少了emi噪声，拓宽了动态范围，同时，在关断时，可使电池漏电流降到最低。
汽车仪表盘和信息娱乐系统的电源管理方面，含有3个大电流dc/dc转换器的max16993，可节省50%以上的电路板面积，并减少am频段噪声，降低emi辐射。
对于喜欢在车上用usb为智能手机和平板电脑等移动终端充电的人们，dc/dc转换器max16984可用汽车电池进行安全可靠的充电。在移动终端剩余电量40%的情况下，充电30分钟，max16984方案比市场现有的标准方案可多充8%（见图2）。据了解，目前针对的是usb2.0，正在开发支持usb3.0的方案。
图2 采用max16984的充电方案与市场现有标准方案的比较
新兵geo专攻视频处理
笔者本次采访的其他厂商都有自己的一座或几座办公楼，其中lattice的办公楼旁还有一个长条状、蜿蜒曲折的水池，环境甚好。
而geo由于是初创型公司，与那些财大气粗的豪门或准豪门不能攀比，现在过日子还得算计着花，钱要用到研发的刀刃上，所以只能暂时蜗居在合用办公楼的半层。因为面积小，不带大会议室，在演讲和接受采访时，也是在临时租的公用会议室里。不过，这并没有妨碍它拥有世界级的独创技术。
geo董事长兼ceo paul m.russo（见图3）表示：“视频所在之处就有我们的机会。”据他介绍，公司现有2个芯片平台：不带codec的ewarp，适于摄像、抬头显示系统和投影系统应用；ewarp+codec的cloudgeo，适于云、物联网、可穿戴设备上的摄像机。
图3 geo董事长兼ceo paul m.russo
russo透露，2款40nm工艺的芯片已出样片，并将在2014年3季度量产。
geo现有的50个客户中，不乏像索尼、夏普、松下、日立、飞利浦、博世、霍尼韦尔等全球知名品牌，中国的海信也位列其中。据悉，比亚迪很可能成为其在汽车领域的客户。目前，云摄像机、安防监控、智能电视和投影仪客户的产品都已上市，汽车类客户的产品将在2014年稍晚时间上市。
市场研究机构techno systems reserch的报告显示，未来5年，每辆汽车中可能会有多达8个摄像头。2014年，车用摄像头和抬头显示芯片的市场规模约为3亿美元，2018年将达到9.4亿美元。
该报告认为，美国高速公路安全管理局（nhtsa）和欧洲新车碰撞测试（euroncap）的汽车安全法规将推动车用摄像头市场快速增长。预计2014年，车用摄像头的市场规模约为5290万个；2018年，总数约1.077亿个。这期间的年平均复合增长率约为24.4%。
2014年，所有本田和acura车型将全部安装摄像头单元。日本松下、索尼、韩国现代摩比斯（hyundai mobis）和加拿大麦格纳（magna）4家一级供应商在车用摄像头市场占了近半壁江山，其中松下占全部市场的1/5。
geo的可编程ewarp处理器平台支持任意尺寸图形像素实时变换，可起到多个独立几何校正的作用，如镜头畸变校正，全景拼合图像，取代物理调节的校准，及eptz的实时潘倾斜和变焦（pan tilt and zoom）。还有，对于180°以上的超广角鱼眼镜头，geo的无内容损耗（zero content loss）1080p全高清60fps视频畸变校正专利技术，可进行实时图像变换计算。上述技术分别如图4~6所示。
图4 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（1）
图5 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（2）
图6 geo可编程ewarp处理器在汽车摄像头系统中的应用（3）
目前汽车中的前后左右4个vga摄像头系统，可被一块ewarp处理器芯片的图像变换功能取代（见图7）。例如，可用于自动泊车系统。该技术最开始被用于高端suv车型，现在已逐步进入轿车中。
图7 采用一块ewarp处理器芯片的全景俯视系统
抬头显示技术最初用在美国和法国的军用和民航飞机上。后来，通用汽车拥有了该技术在汽车上的专利，目前，专利已经公开。1988年，该技术首次选装在通用汽车的cutlass supreme（超级短剑）车型上。
geo和techno systems reserch预计，2014年，抬头显示系统的市场规模约为350万套。2016年将出现快速增长，约860万套。2018年将上升到1510万套。这期间的年平均复合增长率约为22.7%。
2014年，宝马将在大部分车型中配置抬头显示系统。通用汽车也将扩大装配的车型种类。奔驰将调整市场战略，2014年秋季，在s和c级车型中配置抬头显示系统。日本精机（nippon seiki）、矢崎（yazaki）、美国江森自控（johnson controls）、德国大陆（continental）和日本电装（denso）分别占据了抬头显示系统传统一级供应商的前五位。由于需求大，市场前景极为看好，松下、博世和现代摩比斯也正在挤入一级供应商阵营。
抬头显示系统目前面临的挑战包括：成本非常高，每套约1200~1500美元，这限制了它的市场普及度，因此只能用在部分高档汽车里。用于投影显示的前风挡玻璃较特殊，这使抬头显示系统的成本又增加了上百美元。此外，高清显示和投影面积的扩大使图像畸变问题更加凸显。
前面提到的geo可编程ewarp处理器和视频畸变校正专利技术，能同时校正风挡玻璃和短距光学微投影器产生的各种图形畸变。还可以电子调节风挡上的图像位置，这样就不会因为驾驶员的身高而影响水平视角。如图8~10所示。
图8 geo的自动校准技术
图9 可编程ewarp处理器的几何处理
图10 可编程ewarp处理器和视频畸变校正专利技术，能同时校正风挡玻璃和短距光学微投影器产生的各种图形畸变，不会因为驾驶员的身高而影响水平视角。
另外，针对云、物联网、可穿戴设备上的摄像机，geo的gc6500（raptor2）解决方案可提供ewarp实时像素处理引擎；支持最多8个独立视频流的编解码，每个感兴趣区域（roi）都是独立的；高动态范围影像信号处理器（isp），压缩与视频处理流水线等，及硬件参考设计和软件架构。
同时，gc6500和gw3xx方案均支持180°和360°鱼眼镜头；可编程ewarp引擎支持多视角流，画中画，多个镜头的影像合成；单独流的独立视角等。优势是，消费者或用户只用一个摄像头即可，而没必要再用多个摄像头。
移动高清连接篇
mhl广泛的生态系统
mhl技术标准由诺基亚、三星、silicon image、索尼和东芝，于2010年4月发起制定。主要面向小屏移动终端与大屏高清显示设备之间的连接，如智能手机、平板电脑、数字电视等消费电子产品及pc。
现在采用mhl技术的产品市场规模约5亿台。全球前5个智能手机品牌中，有4家采用了mhl标准；前10家数字电视制造商中，有9家有4家采用了mhl标准。该阵营的厂商及成员近200个，如三星、索尼、东芝、夏普、联想、海尔、海信、tcl、创维、htc、华为、中兴、小米、魅族等。此外，还有现代、jvc-kenwood、先锋等汽车配件厂商。
图1 silicon image业务开发高级总监兼首席宣传官（chief evangelist）jim chase
silicon image业务开发高级总监兼首席宣传官（chief evangelist）jim chase（见图1）表示，2014年，采用mhl技术的智能手机、pc显示器和数字电视的市场规模分别为22%、25%和28%，预计数字电视的这一比例将在2014年增加到40%以上。
除了中高端市场，面向新兴市场的低端产品也在mhl的版图之内。例如，一套采用mhl收发器的智能手机和笔记本电脑的套餐价在300美元左右（见图2）。
图2 采用mhl收发器的智能手机和笔记本电脑的套餐价在300美元左右
针对4k超高清显示的布局也进行的如火如荼。2013年发布的mhl3.0版本可支持4k超高清显示和高速数据传输。多屏显示与移动设备充电可同时进行，充电功率在4.5w~10w（见图3）。
图3 mhl3.0标准特性
目前了解到的行业情况是，simplay labs已经制定了设备之间安全传输4k超高清内容的认证计划。相关厂商提交的设备需要通过4k视频、多信道音频和hdcp 2.2链路保护支持及增强的互操作性测试。
netflix已于2014年1月开始提供4k超高清视频内容，索尼、youtube、mgo也将在年内适当时间提供4k内容。
同时，高通、三星和nvidia的应用处理器，及三星、诺基亚和索尼等智能手机已为4k准备就绪。
采用mhl3.0、符合内容保护协议hdcp 2.2的三星智能电视，索尼智能手机和智能电视也正在迎接4k时代的到来。
silicon image为mhl 3.0、4k超高清生态系统开发的产品包括发射器，及mhl3.0到hdmi2.0的桥片等。
人无我有的60ghz无线高清连接
对于60ghz无线高清连接，silicon image同时是wirelesshd和wigig标准组织的成员。
该公司负责标准业务工作的高级总监rob tobias表示，60ghz wirelesshd连接技术可把移动终端上的全高清视频内容几乎没有延迟地传输到大屏上观看（见图4），并实现了大小屏的互动。智能天线确保了传输的稳定性，可与有线电缆传输的质量媲美。频谱带宽比wifi高10~100倍，也不存在wifi方案面临的干扰问题。
图4 60ghz wirelesshd连接技术可把移动终端上的全高清视频内容几乎没有延迟地传输到大屏上观看。
目前，集成了基带、射频和天线的单芯片ultragig6400发射器的pcb面积为10mmx10mm，比第二代方案减小了10倍以上（见图5）。ultragig6400既可嵌入在智能手机和平板电脑里，也可作为外设插入。
图5 60ghz无线高清（wirelesshd）连接方案的pcb改进比较
在高速数据传输方面，wigig技术可作为wirelesshd的有力补充。
此外，silicon image面向4g/lte小蜂窝无线回传市场，开发了单芯片cmos工艺的波束导向型60ghz射频收发器。第三代60ghz射频波束导向技术简化了天线设计和安装。工程样本和评估板将于2014年第二季度提供。
硅谷数模图谋8k
针对mhl的竞争，硅谷数模营销副总裁andre bouwer（见图6）称，基于displayport标准的slimport收发器，同样可将智能手机、平板电脑和笔记本电脑等移动终端，与电视、监视器、投影仪等大屏显示设备连接。（详见《2013年暮春硅谷纪行（五））
图6 硅谷数模营销副总裁andre bouwe
他还表示，slimport4k产品也支持4k超高清、多屏幕、影音和usb数据及企业安全应用。支持音视频和数据传输的slimport pro版本（见图7）正在开发中，准备提交给视频电子标准协会（vesa）。
图7 支持音视频和数据传输的slimport pro框图和特性
用slimport给移动终端进行快速充电时的功率最高为9w。随着采用slimport的移动终端及附件支持高通快速充电qc2.0技术，2014年，充电功率将提升至18w。
目前，lg、谷歌、富士通等原有合作伙伴已开发出采用slimport功能的新移动终端，而且，惠普和中兴努比亚也加入了该阵营。例如，努比亚智能手机采用了slimport 4k解决方案，支持4k超高清内容。
同时，硅谷数模与瑞芯微合作开发了适于主流智能手机和平板电脑的基于slimport的参考设计，以进一步扩大slimport生态系统。
尺有所短寸有所长
至于mhl与slimport孰优孰劣，两个对手给出了各自的评价（见表1、表2和图10）。由于技术开发和市场一直在不断变化，其中的某些性能对比和数据与现在的实际情况肯定会有偏差。例如，slimport的4k方案已经符合内容保护协议hdcp 2.2等。这些图表比较仅供读者们参考。
表1 mhl、hdmi、displayport及slimport的标准比较（silicon image提供）
表2 mhl、hdmi与slimport的性能参数比较（silicon image提供）
图10 displayport与hdmi和mhl的技术特点比较（硅谷数模提供）
正所谓：尺有所短寸有所长。从上面的标准与技术比较，还不好说谁会笑到最后。终端开发商也需要根据自身能力、市场需求、整体设计难易和总成本来考虑应该采用哪种技术。
研究机构display search预计，2014年，中国4k电视市场规模约为1000万台，是全球其他地区总量的3倍。由于目前市场上主要的移动超高清连接技术就是mhl和slimport，所以，silicon image和硅谷数模势必会为此展开激烈的搏杀。
不过，由于4k的生态系统比对手弱，硅谷数模在继续巩固4k“篱笆”的同时，已开始觊觎8k市场。bouwer特别指出：“不要说8k离我们还很远，其实消费者已对4k超高清非常感兴趣，他们对8k也会是同样的态度。”
slimport的8k技术路线图如图8所示。与之前版本的displayport标准相比，将要公布的displayport1.3版本增加了hbr3，即传输速率为 8.1gbps，可以支持dsc（display stream compression）标准的60fps8k×4k视频。dsc由vesa在2014年3月刚公布。
图8 slimport的8k技术路线图
displayport1.3可在无压缩情况下实现60fps8k×4k视频传输，而slimport目前在压缩情况下实现了30fps8k×4k的视频传输（见图9）。
图9 displayport1.3与slimport在压缩和未压缩情况下实现8k视频传输的技术参数对比
可编程、可配置与ip篇
ecp5“打破陈规” 挑战fpga巨头
在fpga领域，与赛灵思（xilinx）和altera这两个追求极致密度、超高传输速率、巨量晶体管数、最新工艺技术的巨头不同，lattice（莱迪思）走的是低成本、低功耗和小形状因数之路。
lattice总裁兼ceo darin billerbeck形容自身优势时，用了快速和敏捷（agility）这两个词，目的就是使用户争取到足够快的上市时间。
他特别提到了两个“最”产品。一个是号称全球最小fpga的ice40，价格不到50美分，功耗最低25μw，1.4x1.48mmbga封装。
另一个是面向视频安全监控、人机接口和移动终端的machxo3，其每个i/o接口的成本不到1美分，2.5x2.5和3.8x3.8mm2的wlcs封装。
lattice方面表示，除了上面差异化技术外，将以最新开发出的ecp5 fpga系列，在小型蜂窝网络、微型服务器、宽带接入、工业视频等大批量应用中，向两大巨头的中低端产品发起挑战。
一段时期以来，赛灵思和altera一直宣称要用fpga取代asic和assp。而lattice则表示要让ecp5在10万lut以下的设计中，成为asic和assp的辅助设计伙伴，以弥补asic的成本问题和assp不够灵活的缺陷。
darin billerbeck称，ecp5系列在成本、功耗和密度3个方面“打破了陈规”：
①2.5万~8.5万lut在提高提高设计灵活性的同时，比市场上其他竞争产品的成本最多降低了40%。在小型蜂窝基站中的应用如图1所示。
图1 ecp5系列在小型蜂窝基站中作为asic和assp的辅助设计
②使用单通道3.25gpbs serdes，即一路pcie时，最低功耗约为0.25w（见图2）。若采用4路pcie，功耗也不到0.5w。静态功耗在64~78mw。在150mhz典型应用中的功耗，比竞争产品最多降低30%。
图2 ecp5系列在安防监控摄像机方案中，使用单通道3.25gpbs serdes，即一路pcie时，功耗约0.25w。
在现场演示中，用diamond软件工具测得8.5万lut设计的典型功耗约315mw；2.5万lut时为264mw。
③8.5万lut和serdes封装在10x10mm2bga内（见图3），功能密度，即每平方毫米的lut数量，比竞争产品高2倍以上。40nm工艺的ecp5系列比竞争产品28nm工艺的芯片尺寸还小。
图3 ecp5系列采用10x10mm2bga封装，适于宽带接入设备的智能小型可插拔（sfp）收发器方案。
据悉，ecp5预计将于2014年8月上市，并在2016年进入28nm工艺。
另外，市场方面，目前亚太地区营收占lattice全球的60%，其中，中国占亚太区的70%。
神秘又熟悉的ip商
本次硅谷之旅第二天采访的arteris，是一家网络芯片（network-on-chip）互连ip和工具供应商。尽管已有10多年的历史了，但是它并不像处理器ip商arm、mips、tensilica、ceva或cadence、synopsys那样有很高的知名度，因而对于大多数电子工程师可能显得有些神秘。
不过在半导体设计界，三星、高通、ti、飞思卡尔、st、瑞萨电子、东芝和altera等大牌都是arteris的用户。而且，中国大陆半导体设计三剑客海思、展讯、锐迪科，及全志科技、瑞芯微、珠海炬力和虹晶科技等不少公司，也采用了arteris的flexnoc互连ip进行soc设计。据ihs isuppli的调查报告，中国大陆多数半导体公司都得到了flexnoc互连ip的授权。
最近，***创意电子（guc）也得到了flexnoc互连ip的授权，用于16nm移动设备应用处理器soc ip验证平台的设计。
对于arteris这样既神秘又熟悉的厂商，在介绍其独特技术之前，笔者觉得有必要对各位看官先普及一下它的历史。
arteris在2003年由3位法国人创立，总部设在巴黎。次年收到第一笔风险投资。2005年，现任董事长、总裁兼ceo k. charlie janac加盟，担任ceo一职。2006年，第一个互连ip产品nocsolution问世，并马上就拿到了100万美元的授权许可收入。
2007年，在得到由synopsys领头的新一轮投资后，把公司总部从巴黎搬到了硅谷。同年，ti的omap4应用处理器采用了nocsolution的ip。2009年，第二代技术flexnoc上市。随后，得到了高通风险投资（欧洲）、arm、日本innotech等的第三轮投资。2010年，与三星和高通合作推出flexlli interchip link ip技术。
2011年，即公司成立的第8年，才开始盈利。2012年，全球60%的移动设计都采用了flexnoc互连ip。2013年，在智能手机市场收获颇丰。同年底，被高通以独特的交易方式收购了ip和工程团队。2014年，arteris宣布雇佣新的工程领导团队。
下面就来看看arteris的flexnoc互连ip的独到之处。
从事芯片设计的工程师都知道，高效的互连是soc盈利的关键。同时，在竞争激烈的市场上，灵活的拓扑架构对产品差异化非常重要。
arteris营销副总裁kurt shuler幽默地表示：“arteris is switzerland。”对这句话，不只是笔者，就连一位来自欧洲的资深媒体同行也大惑不解：“你们不是美国公司吗？怎么又是瑞士的了？”
shuler解释道：“大家知道，瑞士是中立国。实际上我的意思是，arteris是中立的。也就是说，我们自己不设计生产任何芯片，而是为所有的网络芯片设计公司提供互联ip，且与任何协议无关。虽然他们是竞争关系，但我们是中立的。”
这时，现场响起一片会意的笑声。
他强调，arteris的noc互连ip技术可把用户通常12~18个月的设计周期缩短到9~12个月（见图4）。同时，noc互连工具还可提升soc的生产力（见图5）。
图4 arteris的noc互连ip技术可将设计周期缩短为9~12个月
图5 noc互连工具可提升soc的生产力
具体地，noc互连ip技术的工作频率可达1ghz以上（见图6），支持cpu到存储器的高速数据传输；极低的连接延迟（见图7）；易于布局布线等。
图6 noc互连ip技术支持1ghz以上的工作频率和高传输带宽
图7 noc互连ip技术具有极低的连接延迟特性
此外，与传统的混合总线互连架构比，nocip架构的线路量少了50%，最高工作频率也高于后者，带宽提高了1倍，可连接上百个ip块，功耗不到1w，延迟特性相当甚至更好。
shuler表示，目前有56个用户，85项流片及44个完整的芯片设计，用户的芯片发货量已达1亿多片。
开辟一个崭新的半导体市场
相比模拟、电源和分立器件300亿美元以上的市场，fpga和可编程微控制器分别有50多亿和90多亿美元的市场，silego所在的可配置混合信号芯片（cmic）市场潜在容量只有30亿美元左右。
不过，silego营销副总裁john mcdonald（见图8）表示，可配置混合信号芯片或称“可编程模拟技术”开辟了一个崭新的半导体“蓝海”市场，正因为如此，这个市场的竞争不像前几个市场那样激烈。消费类、计算、通信和工业领域的广泛应用需求正推动这个市场呈现出爆炸式增长的态势。
图8 silego营销副总裁john mcdonald
silego包括混合信号阵列greenpak、电源管理芯片greenfet、定时产品greenclk和接口assp在内的4类芯片，近4年内的总出货量已过10亿，2012和2013年的出货量更是分别达到了2.7亿和4.2亿。
目前最小的greenpak3采用1.6 mm x1.6 mm x0.55mm，12引脚stqfn封装，其厚度比1美分硬币还薄（见图9）。在这样小的芯片内，集成了模拟元件、数字逻辑、可编程互连架构、i/o及非易失性存储器等。主要可用于替代4~8位mcu、胶合逻辑、电平转换器和电压监控器等。“工程师用所提供的gpak开发工具，在几分钟内就可搞定所需的配置和编程。”mcdonald表示。
图9 greenpak3采用1.6x1.6mm212引脚stqfn封装，厚度比1美分硬币还薄。
greenpak3低成本、低功耗的特点，有助于在可穿戴设备、移动终端及pc市场上，实现差异化设计和产品快速上市。
另外，mcdonald透露，silego在中国设有一个研发中心。计划在2014年推出8款新产品，同时，将进一步加强与英特尔和nvidia的合作关系。
eda篇
本次硅谷之行的第三天，笔者又见到了老朋友，mentor董事会主席兼ceo walden c. rhines（见图1）。这次，有着数十年资深技术背景的walden既没有谈具体eda技术，也没有讲市场，而是回顾了eda验证的历史变迁。
图1 mentor董事局主席兼ceo walden c. rhines（右），副总裁兼设计验证技术部总经理john lenyo（左）
迈入验证3.0时代
在早期的中小规模（ssi/msi）集成电路设计和验证中，基本靠设计师手工设计和布局，然后是架构、测试、重复设计，直至项目完成。
1973年4月12日，美国加州大学伯克利分校电子工程系电工实验室的l.w.nagel和d.o.pederson，开发出了电路仿真软件spice。借助这款软件，设计师可快速可靠地验证电路设计并预测电路性能。
随着10万门以上大型设计对仿真的需求，1982年，mentor开发出了基于idea工作站的qiuicksim数字电路仿真器。
walden把这个时期称为“验证0.0时代”。
此后，便进入了寄存器传输级描述的“验证1.0时代”。这个时期的设计特点是，更加关注描述语言及性能提升。
代表性语言是vhdl。1981年，美国国防部提出了vhsic语言。1983年，ibm、ti及intermetrics获得了相关开发合同。1987年，vhdl被确定为ieee1076标准语言。
1984年，gateway设计自动化公司的phil moorby创建了verilog hdl语言。1989年，gateway被cadence收购。1995年，verilog成为ieee1364标准语言。
另外，rtl加速仿真提升了硬件性能。
接着，芯片设计又进入了更加关注方法学的测试平台（testbench）自动化“验证2.0时代”。2002年，systemverilog语言出现。
walden称，他曾在2004年设计自动化大会（dac）的ceo圆桌论坛上与新思（synopsys）ceo aart de geus的激辩中，力挺systemverilog，并提出业界应该创建一个systemverilog的设计环境。令他欣慰的是，同年，systemverilog被批准为ieee1800标准语言。
目前，在10多亿美元的验证市场上，systemverilog已成为测试平台主流验证语言，且远高于vhdl、system和c/c++等。
企业级验证平台
mentor副总裁兼设计验证技术部总经理john lenyo（见图1）对2014年6月即将上市的企业验证平台（evp）进行了详细阐述。evp结构示意图如图2所示。
图2 mentor的企业级验证平台（evp）
该验证平台包括：①仿真加速操作系统veloce os3、②统一的硬件调试环境visualizer、③软件调试器codelink，④支持questa和veloce的验证ip。因此，可形成全球范围的资源数据中心（见图3）。
图3 mentor数据中心里的容纳几十台veloce仿真加速器的机柜
①veloce os3支持低功耗的upf验证；systemverilog功能覆盖率和基于断言的验证；及systemverilog、uvm和c/c++测试平台。具有高覆盖率收敛流程，并进行应用程序软件关键的soc子系统的流片前性能分析。为了最大程度地复用验证平台，按照uvm/rtl标准，为仿真和加速模式专门设计了验证ip。在保证功能的前提下，可比单独仿真性能提高1000倍（见图4）。
图4 veloce os3可加速现有的仿真验证环境
可用虚拟环境取代实际硬件。pcie、以太网和usb等标准接口，都可在工作站中实现虚拟化。
随着复杂度更高的soc设计项目的增加，例如，系统中含有多个嵌入式内核、异构处理器、复杂的系统内部互连、存储器共享、片上网络及多级缓存，“芯片开始验证转向系统级验证，侧重于软硬件协同验证的设计终于迈入了‘验证3.0时代’”。 walden指出。
随着工艺节点的发展，嵌入式软件工程师激增，16nm工艺时代是90nm时的17倍。同时，处理器的工作频率也达3ghz以上。
对于系统及验证，仿真更是必须。而验证的关键是软硬件协同。仿真也需从设计师的实验室转向数据中心。
walden表示，验证3.0时代需要企业级的解决方案，包括调试、验证ip、用户接口、测试平台仿真、断言及覆盖。
veloce os3 virtualab外围设备是立即可重配的，可支持世界各地的多个项目团队。os3企业服务器能够有效地管理全球硬件仿真加速器资源，并将其导入商业队列管理器中，形成单一的高容量实体。企业服务器决定着每项工作的优先顺序，迅速切换优先项目。
②有了soc设计软件，设计团队就可将大部分验证时间用于调试。因此，提高从模块到系统的调试效率十分重要。visualizer调试器、仿真和硬件加速器具备处理现有最大soc的容量和性能。visualizer调试器提供了高效的rtl、门级和测试平台的调试，包括自动追踪以快速精确定位出错误的根本原因，协议和事务级调试，自带的uvm和systemverilog基于类的调试功能，及低功耗upf调试。仿真和硬件加速的交互模式和后仿真模式也具有上述功能。
③在具备启动os的功能后，soc签发（signoff）解决方案才得以完善。软件调试操作系统时，往往需要较多的思考时间，而硬件加速器处于空闲状态。os3将思考时间转移到codelink工具上，codelink工具最多可同时支持10个设计师进行jtag调试，且回放软件执行速度为100mhz。借助os3，硬件加速器可以全速执行各任务，而软件进行离线调试。上述功能可在设计周期中最大程度地提高调试效率，并尽可能早地启动os。
④验证ip支持questa和veloce，具有共同的仿真验证和测试平台特性，软件可移植，测试环境可重用（见图5）。
图5 验证ip具有测试平台可移植性
许多 soc项目的验证数据有多个来源，需对验证数据合并与综合分析，以评估实际项目的完成情况。veloce os3 和questa 10.3可将所有断言、覆盖率和运行时间数据，包括硬件仿真、形式验证、仿真、混合信号和低功耗等，写入共同数据库。借助共同数据库、questa验证管理工具和测试计划，验证小组能够立即查看覆盖率情况，准确查出无效测试，缩短数据合并时间，提高回归测试的吞吐率，减少调试时间，从总体上提高产品质量和生产率。
evp 统一覆盖数据库 （ucdb）支持统一覆盖互通性标准（ucis），在了解其它验证引擎已取得的覆盖率的情况下，优化下载到硬件加速器的逻辑的覆盖率，缩短编译时间，节约硬件仿真资源，创建更智能的覆盖率收敛流程。
最后，lenyo总结指出，实际上，企业验证平台就是把虚拟原型、架构分析和软硬件加速仿真结合在一起，使从最初设计创意、硅片制造到成品的整个验证过程均从基本验证引擎中提取出来。
COMWIN智能传感器自动检测、自动识别、自动计算功能的传感器 直接显示物理量的振弦传感器DSensor
2.4寸旋钮智能屏在扫地机上的应用
分布式存储的技术原理
华为P10最新消息：华为P10闪存门和疏油层事件之后，如何看待骄傲的华为？
英特尔处理器漏洞引关注_intel处理器漏洞检测_处理器漏洞怎么修复
硅谷半导体企业技术探秘：从汽车电子到EDA
从新松机器人、埃斯顿等集体定增募投计划看机器人未来布局
教你快速看懂手机屏幕的真实门道
开放嵌入式：建构嵌入式Linux的另一途径
小米新机曝光：使用双面屏 再叫“屌丝”小米要动真格了
光刻机的难度在哪里
功率放大器的阻抗匹配、防护措施、使用技巧及特点
蓝牙芯片认证观察：市场趋向单芯片路线
美国毅力号已成功部署风力传感器
智能视频分析技术应用研究
Xposed的测试版可以在安卓Oreo（8.0/8.1）支持下使用
多功能食品安全检测仪的标准方法是什么
关于汽车电子电气架构的开发工具及学习
光控语音电路
元件温度计算方法：瞬态热阻