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。