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預見2020年關鍵科技發展
德州儀器開發商大會揭示DSP創新應用與技術

【作者: 王岫晨】   2008年06月10日 星期二

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德州儀器開發商大會(TI Developer Conference;TIDC)是半導體大廠德州儀器(TI)的年度盛事。今年盛會主題鎖定了「視訊影像」、「工業與控制應用」、「數位媒體應用及解決方案」等三大主軸,揭示豐富的創新應用與技術分享,並邀請許多TI的開發商共襄盛舉,實機展示各家先進的產品應用,為2020年的產業發展榮景揭開序幕。


特地來台參與這場盛會的德州儀器首席科學家方進(Gene Frantz),針對這次活動的主題也發表了「預見2020年科技大未來」主題演說,分享TI所預見2020年的市場成長、科技發展及應用的趨勢。方進說明,德州儀器所定義的2020年,代表的是一個榮景,只要產業各部份條件的配合相得益彰,許多應用與市場在2020年這個時間點都會成熟並大放光明。


2020年技術發展趨勢

目前大部分的消費者都不知道未來科技將如何演變,儘管整日埋首努力,卻不知道這樣的發展方向是否正確。方進認為,科技的進展和旅行有異曲同工之妙,一開始必須先知道目的地(知道科技發展的目的)、了解自己目前的所在位置(了解目前科技發展的進度),才能朝正確的方向邁進。


到了2020年,科技將產生許多巨大的變化,以下是方進對於2020年科技發展的見解。


  • (1)處理元件將採用單一時脈域。長期以來,產業都以摩爾定律為基礎,並假設時脈速度會越來越快,但最終的結論是,時脈速度已經無法再提升。事實上,早在15年前就應該要意識到這個問題了。而未來,處理元件的尺寸,將能讓CPU在單一時脈週期內,完成所有資源的溝通。


  • (2)系統將包含多重處理元件。整合系統將包含許多異質的處理元件,每個元件都是「單一時脈域」的處理器。


  • (3)處理元件的排列架構將類似今日的FPGA。


  • (4)未來將更善用第三度空間。因此,晶片堆疊技術(或稱系統級封裝技術;SiP)整合將會和完全整合的系統單晶片(SoC)一樣普及。


  • (5)一律使用高階語言進行程式設計。未來開發環境的功能,可將系統內所有資源納入考量,包括微處理器、DSP、加速器、周邊裝置、類比訊號處理器、類比週邊裝置和RF等。


  • (6)IC設計團隊將更精簡(約只需要5~10位的設計人員),且也將在更短的時間內(僅約6~12個月)完成硬體的設計工作。方進認為在未來,「重複使用」將成為常態,也就是採用以下兩種途徑:一是盡可能建構今後所有人都能使用的最佳設計平台;二是沒有時間重新開發,因此需要找到立即可用的類似設計,才能趕上進度。雖然當小型設計團隊在趕進度時需採用第二個途徑,但第一個途徑仍較常被採用。目前為止,重複使用的概念已被不少企業所採用。


  • (7)軟體也將以硬體為基礎大幅創新。硬體將會是設計師發揮創意構思時的一部份平台。



2020年技術發展願景

推動市場發展的動力

針對2020年的技術發展願景,方進首先針對推動市場發展的動力發表看法。方進指出,隨著視訊影像、車用電子、通訊設備、工業應用及醫療電子等各種市場驅動,全球數位訊號處理器、微控制器和類比元件的需求持續以驚人速度攀升,到了2020年,全球嵌入式處理器市場將擁有突破300億美元的市場商機,複合年成長率高達22%。而德州儀器高度專注的嵌入式處理技術包括DSP、MCU等產品領域,不緊前景廣闊,且超過20000的市場機會,德州儀器更可提供客戶一次購足所有解決方案的優勢。


此外在類比市場,則有超越1000億美元的市場規模,複合年成長率大約8%。快速成長的多樣化市場包括視訊影像、車載應用、基礎設備、工業、醫療與更多未來的創新設計。而包括綠色環保、機器人技術、醫療科技及科技與生活的結合等相關應用,則將成為2020年驅動市場成長的主要動力。


先進IC技術

關於2020年的科技發展趨勢,方進也進一步針對尖端技術下了定義。方進說明,摩爾定律在經過了近40年的發展歷史,從第一個CMOS製程到目前45奈米製程的正式量產,其間每一代技術的特徵尺寸約縮小70%,而大約每格2~3年便會推出新一代的技術。未來高效能與低功耗對科技產業的影響將更為顯著;在整合的風潮下,堆疊晶片技術(System in Package;SiP)將成為IC設計主流之一;使用高階語言、結合數位、類比技術以及完整的系統知識,進而重新定義開發環境亦是發展重點之一。此外,節能與可程式化設計能力、能提供完整產品開發的系統專家,以及軟體運用與開發環境的結合,可協助客戶搶先掌握科技發展方向,達到市場差異化並佔有最佳市場利基。


針對性能提升的議題,方進指出,目前已經開始藉由並行技術提高運算性能。例如更多的多核DSP與高靈活度的輔助運算器等。這樣的發展趨勢仍將繼續,在需要確保高度通用性的場合可提供更多可編程DSP內核、添加最佳化的可編程輔助運算器、或在功能比較固定的情況下採用加速器。而可編程DSP內核的數量未來也可望進一步增加,並藉由晶片堆疊的方式來大幅提高整合度。


而對於晶片最重要的功耗問題,方進也提出了自己的一套方進定律。方進說明,每經過18個月晶片功耗便會降低一半。此外,隨著半導體製程的演進,元件功耗也逐漸減少。在降低單位功能功耗的情況下,將可使整體元件的功耗大幅降低。而在某些情況下,電池將可能被能量採集與能量儲存元件給取代。


而開發環境的重新定義也是很重要的。透過SoC技術可獲得架構平衡、高整合度、高靈活性、高擴展性與更快的上市時程等優勢。軟體與開發工具則必須維持其開放性、可升級性與特定應用的最佳化特性。在系統及軟體需注意其差異化與可擴展性等。針對功能整合,設計人員需瞭解高階語言、類比技術與數位技術的搭配、全面熟悉系統元件、並了解哪些零件可以採用並行技術,哪些零件不行。


實現產品差異化

今年的開發商大會,在視訊影像方面,TI與協力廠商展出以DaVinci平台為基礎開發的IP攝影機與高畫質影音平台等參考設計。針對目前市場最熱門的視訊監控系統,TI亦於現場展出一系列完整的解決方案,包括智慧型視訊監控系統,以及TI在2007年底發表、可協助客戶由傳統類比監控系統轉換為數位系統的DM355參考設計,協助客戶針對需求,選擇合適、且具成本效益的解決方案。


在工業與控制應用方面,現場也展出TI與協力廠商開發的ZigBee應用,讓客戶實際體驗ZigBee為工業監測、醫療電子、家庭自動化等短距無線傳輸帶來的無限可能。


在數位媒體應用及解決方案上,TI將OMAP系列由無線領域擴展到各類手持式多媒體裝置。今年TIDC揭示了多款基於OMAP35x開發的先進產品與技術,未來將可協助客戶推出更多操作簡易、具備更高階先進繪圖技術、並同時具備上網功能的可攜式多媒體裝置。


透過德州儀器的技術,可幫客戶實現產品的差異化。如產品的低功耗與可編程性。產品功耗降低一半,意味著電池使用壽命延長一倍,或電池重量可減輕一半。其最重目標則是希望能實現可不間斷運作的元件。而系統的專業技能也可實現完整產品開發,半導體廠商將支援整體系統,促使客戶能專注於更具附加價值的應用差異化上。


方進認為,未來軟體元件將隨時可用,開源技術也將成為主流標準。方進認為,軟體的價值在於如何應用,而非軟體本身。而全新的系統感知開發環境也將簡化實現的過程。


技術的創新是無止盡的,而創新也正是未來的成功關鍵。方進指出,目前的技術都已經成熟,好似一盤盤的菜色。而廚師如何將這些菜色拼成一桌完美的佳餚,正如同設計人員透過現有的技術,創造出令人經驗的新應用與新產品一樣令人期待。


《圖一 方進認為,科技的進展和旅行有異曲同工之妙,一開始必須先知道目的地(知道科技發展的目的)、了解自己目前的所在位置(了解目前科技發展的進度),才能朝正確的方向邁進。》
《圖一 方進認為,科技的進展和旅行有異曲同工之妙,一開始必須先知道目的地(知道科技發展的目的)、了解自己目前的所在位置(了解目前科技發展的進度),才能朝正確的方向邁進。》
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