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数位汇流趋势明显 低功耗与高整合主导晶片设计
2010年产业趋势观察-IC设计篇

【作者: 籃貫銘】2010年01月21日 星期四

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行动领域交锋白热化 ARM正面对决英特尔


持续了近两年多的隔空交火后,ARM与英特尔的竞争将在2010年全面白热化。预期双方会在行动运算、数位家庭以及嵌入式市场上火热交锋,并在低功耗技术以及系统优化的议题上彼此攻防。其中最激烈的领域将会是新一代行动运算产品。 (如MID、Smartbook、Netbook和平板电脑)



首先在行动运算领域上,至少在2011年之前,英特尔仍会以「类PC」的产品为主,并不会跨足智慧型手机,因此,手机市场仍会是ARM的天下。但在PC领域上,搭载ARM处理核心的产品能见度将明显提高,并在2010年形成一股势力,加上Google Chrome OS和云端运算的加持,新一代的行动运算终端概念将逐渐成形,并与传统的Wintel阵营出现区隔。明显的标地产品将会是Netbook和Smartbook。不过,整体而言,明年ARM抢进PC市场的规模仍十分有限,尤其是在消费者的PC使用经验尚未转变之前,因此,Windows和高性能(High performance)仍会是2010年主流的PC需求。



至于数位家庭与嵌入式应用,则是ARM与英特尔另一个激烈竞争的市场。就这两个市场而言,英特尔将是以挑战者的姿态,抢食ARM既有的地盘。在数位家庭方面,ARM已有相当的市占率,其处理器已被广泛运用在包括DTV、STB、录影机及游戏机等产品上。而在数位汇流与新媒体的带动下,该市场未来的发展潜力庞大,ARM也正加大在该市场的布局;同一时间,英特尔也欲以其Atom为基础的整合型晶片切入该市场,特别是在STB与数位电视产品上。也因此,这两阵营的竞争,将会从笔电端,延烧到数位家庭上。



整体而言,就技术上,ARM架构在电耗与设计弹性上都较为优异,客制化的优势明显;英特尔则在标准化与处理性能上有绝对的赢面。然而,市场的竞争不单只看技术面,整体生态系与使用者经验也是重要的一环,双方阵营如何整合各自的软硬体实力,将成为关键所在。






《图一 在PC领域上,搭载ARM处理核心的产品能见度将明显提高,并在2010年形成一股势力。图为采用ARM核心的小笔电展示机。 》

《图二 在数位家庭方面,ARM已有相当的市占率,其处理器已被广泛运用在包括DTV、STB、录影机及游戏机等产品上。图为使用ARM处理器的嵌入式应用。 》


高效、可编程风潮 MCU、FPGA、DSP互相踩线


在智慧型应用与数位内容汇流的带动下,传统的电子系统设计已出现改变,尤其是网路与数位多媒体的普及,让电子产品对于系统效能、扩充性、网路控制以及I/O的支援有了更进一步的需求,再加上成本与上市时程的考量,让系统业者对于多功、高效及可编程的电子元的需求逐渐提升。在此之时,当单一元件的性能与用途提升时,对于性质相仿的元件就会出现取代效应,而这样的取代效应将会明显出现在DSP、MCU与FPGA的应用上。



在FPGA方面,该元件在验证、网通与军事应用的市场地位稳固,由于这类产品的区隔鲜明,是FPGA的主要目标市场。但为了扩大FPGA的市场规模,FPGA早已开始运用在一些中低阶的电子产品和消费性电子上,特别是对DSP与MCU应用进行取代,尤其是FPGA在电耗与尺寸上逐步改良,已明显的侵蚀到相关的应用市场。以机器人的机电控制为例,传统的多马达控制以采MCU方案为多,但若透过FPGA来设计,则可减少MC​​U的使用数量。



而在MCU方面,性能与可扩充性大幅提升是明显的趋势,尤其是在32位元的MCU产品上。目前已有数款的32位元MCU整合了基础的DSP,并具备可编程的功能,其运用特性就宛如FPGA一般,这也让两者的市场渐趋重叠;至于DSP,面对上述两者的夹击,似乎未来的发展相当险峻。但由于数位内容全面普及与HD品质的影音渐居主流,让DSP有了难以撼动的地位。为了因应大量、高品质的影音处理需求,DSP的效能开始三级跳,不仅处理性能持续提升,更增加部分的控制功能,但也因此,让一些低阶的MCU开始无用武之地。



《图三 Cypress PSoC可编程MCU解决方案具备良好的扩充性能与设计弹性,不但给FPGA带来压力,也重新诠释了MCU的地位。图为PSoC 3 LCD Segment开发平套件。 》


USB 3.0/SATA3接棒世代高速传输介面


即使晶片老大英特尔不表态,采用USB 3.0介面的产品,仍将在2010年如雨后春笋般的进入市场;而已在工业与网通先探出路的SATA 3.0,也将呼应USB 3.0的推出,连袂进入高量产市场,并掀起高速传输介面汰旧换新的热潮。



目前具备USB 3.0和SATA 3.0介面的主机板已陆续上市,至2010年第一季时,预计所有的机板供应商都将会出推同时具备USB 3.0和SATA 3.0的产品,并刺激终端的系统产品与转接器产品快速转入USB 3.0规格。而在终端产品方面,目前主要品牌商仅希捷(Seagate)推出了采SATA 3.0的高阶硬碟产品,其余则是以小厂牌的USB 3.0转接盒为多,仍未有具指标性的产品推出。虽然如此,所有的储存方案与电脑周边供应商早已着手USB 3.0和SATA 3.0产品的开发,预料2010年第二季起,采用USB 3.0和SATA 3.0的终端产品能见度将大幅提高,但初期仍以储存产品与转接器为主。至于SATA 3.0则在企业端与SSD产品有较多的成长空间。



值得注意的是,USB 3.0的普及速度端看PC制造商的态度,只要PC品牌商开始推出搭载USB 3.0的产品(如笔电或DT)时,该标准的成长力道将大大增加。但这又将与英特尔的决策息息相关。



此外,即将举行的美国消费性电子展CES 2010也将汇聚焦USB 3.0应用,包含随身碟、硬碟机(HDD)、SSD及蓝光光碟机等新一代高容量储存装置皆会陆续​​曝光,并为USB 3.0的介面变更潮吹响第一声号角。而此次CES展中,硬碟厂和记忆体供应商将会是USB 3.0应用的主角,如希捷、东芝、​​日立等、金士顿、SanDisk、威刚、劲永及创见等预料都会推出USB 3.0新品。



(表一) USB 3.0与SATA 3.0的市场应用现况





















标准

最高传输速度

前代速度

应用状况

USB 3.0

5.0GB/s

480MB/s


  • 桥接器晶片已上市

  • 主机板已上市

  • 硬碟外接盒已上市

  • PCI扩充卡已上市

  • 创见预计明年第一季推出USB 3.0行动硬碟与记忆卡

  • 创惟科技将于CES 2010展出解决方案

SATA 3.0


 

6.0GB/s

3.0GB/s


  • 桥接晶片已推出

  • 主机板已上市

  • 希捷推出SATA 3.0硬碟

  • 美光宣布推出 SATA 3.0 SSD,预计2010年第一季量产

  • 创惟科技将于CES 2010展出解决方案




感应器话题无所不在 MEMS Sensor持续火红


受成本下滑以及应用逐渐成熟的带动,MEMS感测器在2010年将持续受关注,同时该市场的规模也将进一步扩大。其中加速度感测器将会是MEMS市场最热门的产品,而陀螺仪的应用也会更加广泛,两者的目标市场也会从汽车电子为主的方向,逐渐转往消费性电子领域,特别是在中低阶的产品上。



根据市场研究公司iSuppli的预测,至2013年,加速度感测器将成为MEMS市场最热门的产品。预计2010年将成长14.1%,2011至2013年间,也将维持10%的成长速度。该机构指出,近几年,全球加速度感测器的出货量快速成长,并带动了全球MEMS市场的成长,预计至2013年,全球加速度计市场将取代喷墨头与DLP,成为MEMS市场发展的主要动力。



在应用市场方面,加速度感测器将会广泛的运用在手机及游戏机市场上,未来不只高阶的智慧型手机会使用,一般特色手机也都会采用MEMS加速度感测器。而全球加速度感测器在消费电子和手机的销售收入,将首度超过汽车电子的销售收入。至于陀螺仪,也将在2010年逐渐进入手机与消费性电子中,但数量十分有限。



iSuppli并指出,2009年全球出货的手机中,将有五分之一具备加速度感应器,而明年更将提高至三分之一。预计2008至2013年,手机的MEMS感测器市场将成长两倍以上,营收达16亿美元。而除了加速计,其他MEMS元件也开始应用在手机上,包括MEMS麦克风、BAW双工器和滤波器、MEMS自动对焦器、压力感测器以及MEMS微型投影机等。



至于汽车电子方面,虽受金融风暴的冲击,让MEMS感测器在汽车的应用规模出现下滑,但随着景气逐渐复苏、智慧车与电动车话题延烧,及各式汽车电子安全配备法规的陆续实施(如ECS车身稳定性统),MEMS感测器在汽车电子上的应用规模将逐明显提升。



《图四 LG在其电视遥控器上加了陀螺仪,替家用影音操作介面带来了崭新的视野,同时也敲开了陀螺仪的新应用大门。 》


HD输出成标准需求 GPU应用全面普及


行动应用的兴起及金融风暴的冲击,让GPU市场在2009年经历了一次大衰退。但随着新GPU技术推出、数位汇流趋势加速,以及HD与3D数位影音内容大规模的普及,将带动GPU应用重新获得市场的青睐,其中数位家庭应用(数位电视、STB与蓝光DVD播放器等)和可携式装置将会是主要的成长趋力。特别是在可携式装置领域,整合型的绘图晶片将逐渐难以负担大量影音运算的需求,因此独立绘图晶片与影像处理器便会趁势而起。不仅在小笔电有应用的空间,包含导航器、MID、PMP以及新一代的智慧型手机等,都将有望进一步使用GPU的设计。



根据市场研究机构Jon Peddie Research的预测,2009年全球绘图晶片出货量为3.284亿颗,较08年的3.73亿颗少了12%。但至2010年时,该市场就会大幅复苏,出货量将增加至3.989亿颗,成长21.5%。该机构指出,可携式装置(如笔记型电脑、Netbook等),将会是绘图晶片市场的强劲成长动力。此外,苹果Snow Leopard与微软Wi​​ndows 7作业系所推动的异质运算(heterogeneous computing)架构,以及GPU运算技术(OpenCL、DirectX 11与Nvidia CUDA等)的持续发展,也是刺激该市场在2010年成长的动力之一。



除了新技术与新产品的刺激外,数位汇流趋势也将会扮演扩大GPU应用范围的推手,特别是在手持式产品上。 ARM 多媒体处理部门主管Steve Steele表示,人们将不会仅满足在小萤幕上观看影片,还希望进一步把这些影片传送到电视或者其他高解析的影音播放装置上,因此,这些产品就需要更高的影像处理和3D运算效能。 ARM高阶3D图像处理产品经理Remi Pedersen则表示,手持装置具备高绘图处理效能已是将来的趋势。过去的手持装置的绘图与影像应用都以软体方式处理,但效能已不敷需求,未来将转为以硬体处理为主,以提供更好的绘图品质。而其绘图处理方案「Mali」也早被运用在各式手持产品上。他更透露,目前已有一款高阶的手持产品采用其高性能的Mail 400方案,预计将在2010年推出。



而在技术方面,GPU加CPU的协同平行运算,将成为未来电脑系统主架构,这个趋势将在2010年渐渐明显;而多核心的GPU(Multi GPU)设计,也将在2010年下半年后,成为高阶系统的主要发展方向。



《图五 ARM高阶3D图像处理产品经理Remi Pedersen(左),ARM多媒体处理部门主管Steve Steele(右)。 》


Smartbook、新平板电脑将问世 小笔电走向多元化


在小笔电的爆量带领下,2009年的PC出货成长最终取得惊奇的「逆转胜」。不过,虽然PC在出货量上取得了持平、甚至微幅成长的好成绩,但整体的出货金额也因低价当道的小笔电,而出现了两位数左右的衰退。展望2010年,小笔电依然会是PC市场的主要成长驱力,但随着新一代平板电脑以及Smartbook的陆续推出,小笔电市场也将出现质与量的改变,其中最明显的趋势将是产品的规格由单一化走向多元化,价格的区间也会有所分隔。而传统的笔电会受新应用与新产品的侵蚀,逐渐不受消费者青睐。



(表二) 2010年Netbook、Smartbook与新平板电脑的规格比较



























产品

萤幕尺寸

处理器

作业系统

Netbook

7-12吋

英特尔Atom


VIA Nano


ARM架构

Windows 7


Google Chrome OS


Linux

Smartbook

无定义

ARM架构

Linux


Google Chrome OS


Android

新平板电脑

多点触控萤幕,尺寸无定义。

英特尔Atom


Nvidia Tegra


ARM架构

Windows 7


Google Chrome OS


Android


苹果 OS




在Smartbook方面,由于ARM阵营即将在明年推出非x86架构的Netbook和Smartbook,将让小笔电跳脱以「英特尔标准」为主轴的设计方式,走向更丰富的规格与外型设计。以Smartbook为例,该产品就是一种十分强调个人化与差异化的笔电产品,加上采用ARM核心的晶片商多以无线技术起家,在行动上网的设计与使用体验也有独到之处;另一方面,Google的Chrome OS和Android作业系统也将为这波变革带来推波助澜的功用,若再加上云端运算的兴起,新笔电的设计轮廓已俨然成型。



至于新平板电脑,焦点则是苹果和微软的新产品。苹果的新平板电脑一般预料将会是一款使用10吋多点触控萤幕的产品,其使用介面与iPhone相似,并和App Store服务搭配使用,销售的通路很有可能是与电信商结合;而微软的平板电脑同样也会是多点触控的产品,不同于苹果,微软很有可能使用7吋的双萤幕设计,外型则会类似笔记本,作业系统则是采Windows 7,并支援手写和触控笔。由于苹果和微软的带动,预料其余的PC制造商也将会跟进推出相当的产品,并掀起一波热潮。



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