TI 75周年创新之旅(上)(中)(下)

西部牛仔成为半导体英雄
    2005年，是美国TI(德州仪器)公司走过75周年的纪念。应TI之邀，记者与一批中国同行来到了TI的总部—德克萨斯州的达拉斯(Dallas)市，采访了TI的各个事业部，参观了该公司的90nm/65nm晶圆片工厂，感受到了这家世界第三大半导体公司的规模和实力。
    TI也是Dallas市的骄傲。Dallas共有100万出头的人口，而TI就有1万余名员工，可见每100人中就有一名是TI的员工！美国西部电影里牛仔生活的地方，竟诞生了出了世界第三大半导体公司，确实是个奇迹！而奇迹产生的背后，源于公司的企业文化：重视创新与科技领先，追求成功，注重商业道德，重视员工个人等。
    TI公司全球传讯开发部总监Donna Coletti女士首先为我们介绍了TI的简要历史，可见公司的业务随着时代的变迁而发生着转型：1941年收购了地球物理服务公司(该公司成立于1930年，是由TI的几位创始人建立的)；二次世界大战年代，从地震学领域向国防转型；随着冷战的结束，又开始了军转民，1997年终止国防业务。
    TI最初是家名不见经传的半导体公司，1952年赢得首笔半导体订单。但创新改变了公司的命运，引领公司一步步成长为全球领先的半导体公司。TI的一些创新甚至震动了世界，例如，1958年，Jack Kilby与仙童半导体公司的Robert Noyce(Intel公司的创始人之一)分别发明了集成电路，此发明使他们于2000年获得了诺贝尔物理学奖。1982年，TI向市场发布首颗单芯片DSP(数字信号处理器)，目前DSP市场的市值高达80亿美元，TI占全部市场份额的50%。TI目前推出的单片数字微镜芯片——DLP(数字光显技术)，可用于影院、投影显示、HDTV(高清电视)，也是该公司29年(1977年开始研发)来的的潜心研究与积累。当前，为了满足通信与娱乐领衔的市场应用，该公司正转型成为一家致力于DSP与模拟产品的公司。
    以下我们将分三期介绍该公司的主要事业部的创新产品。

无线通信与宽带
•手机连接技术
    无线终端业务部是TI非常重视的业务部门，因此第一个讲演。该部门的使命之一是在手机上通过蓝牙、WLAN(无线局域网)、GPS(全球卫星定位系统)及数字电视实现各种连接。公司蜂窝系统与软件首席技术官Rick Wietfeldt博士指出，无线的未来是汇聚，使无线产品在任何时间、地点、设备、网络之间顺畅地通信，这就要求多种无线设备可在各种应用领域并行地进行无线连接。
    TI的蓝牙单芯片解决方案实现了低成本、小尺寸、低功耗，专为移动接口优化。Rick认为手机的蓝牙与Wi-Fi(802.11)共存势在必行，可实现数据+语音(通过Wi-Fi读取电子邮件，并通过蓝牙耳机进行通话)或者语音+语音(接收VoWLAN，并通过蓝牙耳机进行通话)功能。TI的产品同时支持语音/语音及语音/数据。谈到手机导航，TI支持A-GPS方案，其GPS5300 NaviLink单芯片采用了公司专利的DRP(数字射频处理器)技术，堪称业界最小的A-GPS方案。数字电视与视频也开始无线化，最明显的例子是在手机上播放视频内容，TI移动电视方案有Hollywood单芯片，利用DRP实现三合一(调谐器、解调器和处理器)的集成，可向TI OMAP处理器输出视频。OMAP处理器则进行MPEG数据流解码。
TI的电话连接技术已被业界采纳：已有20款电话/PDA(个人数字助理)采用TI移动Wi-Fi方案，18款采用TI的Wi-Fi与蓝牙共存技术，5家顶级OEM(原始设备)厂商采用TI蓝牙技术，7项连接方案采用DRP技术。

•3G与OMAP处理器
    中国客户对手机的需求非常多元化，2006年中国预计还将会颁发3G牌照。“TI的OMAP-Vox方案集成基带和应用引擎，可实现从2.5G升级到3G及以上的解决方案。”公司无线终端业务部蜂窝系统全球产品战略经理Jay Srage说道。该部门11月底刚刚面世了定位高端多媒体市场的独立式应用处理器—OMPA2430，同时还有定位智能电话的OMAP2230。下一步，TI还要进一步向中、低端进军，为特色电话和低端手机(采用DRP)推出方案。
    其中，基于OMAP2 第二代产品的高性能方案——OMAP 2430，功耗与成本比前一代产品更低，视频性能提高4倍，因此可实现先进的多媒体处理器能力，例如支持MPEG4, H.264等媒体格式，500万像素静态捕获，可实现2D/3D游戏。该芯片首先瞄准日本等高端市场。

•VoIP未来5年大10倍
    VoIP(网络电话)已经成为家喻户晓的名词，其意义不仅在于打电话，更在于实现更好的通信。因此新设备不断涌现。当前的IP网络可支持各种通信方式。例如视频电话功能指日可待，意大利电信公司已推出100万视频端口。TI正在紧锣密鼓地开发创新技术，因为视频电话实现相当复杂，需要处理能力继续提高，软件的可靠性也需增强。
    在各种应用的驱动下，VoIP用户数量预计在今后5年将增长10倍，VoIP IC市场预计将在IP电话市场领域内实现70%的年复合增长率，预计2008年将达8.47亿美元。TI在此市场目前领先，市场份额居业内之冠。
    TI分组语音与视频业务部客户端方案执行总监Fred Zimmerman展望了5~10年内VoIP的发展前景，他认为VoIP的长远目标是语音及更多应用领域。例如，在办公领域，IP电话将完全实现传统的电话功能，在任何地点(办公室、路上、家庭等)开展工作都能实现同样出色的通信，还能表明所处位置等附加信息。在家用领域，由于大多数家用设备将实现联网，VoIP将嵌入几乎所有的IP设备；嵌入式VoIP成为网络化设备的标准用户接口：娱乐、家庭自动化等可实现自然的设备控制；RG(小区网关)支持VoIP，实现各种语音识别控制应用间的互动。

•UWB(超宽带)
    美国从2002年起开始公布UWB相关规定，是个可用频谱而非具体技术，具有7.5GHz的免许可频谱，非常适合短距离内高速数据的传输应用。TI预计UWB方案在2007/2008年会在全球大批量供货。
很多公司参与制定了开放的架构—WiMedia UWB平台。TI正在用WiMedia UWB平台开发UWB产品。它们采用单芯片的CMOS工艺，具有RF、调制解调器、MAC(媒体访问控制器)等功能，带有DAA(数据访问安排)的1和3波段组。■

TI 75周年创新之旅(中)
——模拟战略

模拟占TI半导体的3/4
    以DSP闻名的TI公司，这几年战略在悄然发生着变化。如今，该公司模拟的营收已占到了整个半导体业务的3/4！而1992年时还不足1/4。
TI现已成为模拟世界可圈可点的供应商。该公司在大批量商用模拟市场名列第二(STM第一)；现在又在高性能模拟IC市场拥有一席之地：过去高性能模拟市场由著名的三强(Maxim，LTC，ADI)长期把持，现在该领域又增添了几位新成员，例如TI、NS等，其中TI的增长率排名位居第二(LTC第一)。

模拟市场总揽
    混合信号模拟市场非常巨大，2004年整个模拟累积市场为314亿美元。标准应用市场为119亿美元，垂直应用为195亿美元(图1)。
TI过去对应着DSP的部门为模拟/混合信号产品部，2001年分割成了两大部门：针对标准应用市场的事业部为高性能模拟产品部，针对垂直应用的部门为大批量模拟与逻辑产品部。
标准产品与垂直产品的特点有显著的不同。首先，标准产品的数量多，但批量小，以上万片计；垂直应用客户数量少，但批量大，往往以上千万片为计。其次，垂直市场对集成度的要求非常高，水平市场要求产品可不断地重复使用。最后一个不同之处在于产品的生命周期不同，摩尔定律定义数字电路每18个月密度增加1倍，对于高产量的垂直模拟产品，换代速度最多慢1拍；而高性能的模拟产品为15~20年的生命周期，所用的半导体工艺停留在0.25~0.35mm之间；而数字电路已达到90nm，65nm了。

高性能模拟部
    TI高性能模拟产品部高级副总裁Gregg Lowe介绍了TI在标准应用市场的发展情况。高性能模拟市场细分为四大块：放大器、电源管理、数据转换器、接口四大类产品(如图2)。其中电源管理市场最大。TI在四大部分中各居数一数二。
    TI 05年在高性能模拟方面的营收达到15亿美元，在这个领域增长也非常快，达40%。目前，客户有3.5万多家，产品种类超过1.5万。
    由于TI高性能产品的广泛性，因此能够提供一个系统的完整方案。每个系统都有些相似的模拟功能，例如I/O信号、信号调节和信号处理等，TI每个方面都有相应的产品方案。
这种能够支持系统的多产品方案能力在5年前进一步增强，因为收购了一系列重要的模拟公司，使产品广度大大拓展。例如收购了BB公司(信号调节、ADC)、友利电POWER TRENDS(电源管理)等公司。
2005年TI模拟的大事之一是推出了数字电源，数字电源于2005年3月发布，是DSP与电源管理的融合，把一切控制部分用DSP来实现。这是第一次把模拟与数字结合起来，并带来一个新的市场，估计该市场可达到3亿美元的规模。数字电源产生轰动效果的原因是，以往大多数电源客户不知道DSP，并且大多数DSP客户不懂电源，例如PWM(脉宽调制)。TI在DSP领域营收第一，在电源方面第二，因此可以说对二者都很熟悉，可提供完整方案给市场。
    数字电源的主要应用领域为基站等。一些特定的电源市场，例如手机等是不会采用数字电源的。数字电源未来将向哪个技术领域靠拢？如果向数字领域发展，一些专门的电源模拟公司就会倒闭，“这样的可能性看来非常小。”Lowe先生不置可否地说道。
    中国的模拟市场令人振奋。一方面由于中国已经成为世界工厂；另一方面，中国自主研发能力加强，例如华为、中兴。中国在模拟方面的年复合增长率达到了11%，高于世界平均水平很多。TI在中国的这块市场占有率也最高，达到了15%，应用方面以手机为主。

模拟电路的设计特点
数字与模拟的融合
    现今，出现了很多模拟电路采用了数字控制技术的混合信号电路。例如数字放大器、数字比较器、数字电源等。TI数字电源就是一个典型的混合信号电路。
模拟电路设计更是一门艺术
    模拟电路设计需要更多的经验，其设计更是一门艺术，而不是科学，因此需要更多的白头发。
工艺是模拟电路的关键之一
    在放大器、数据转换器速度不断增高的情况下，主要挑战在于：噪声、失真度等保证的情况下，如何保证速度的提高。TI声称在半导体工艺上具有独到之处，例如，14位DAC达到将近200MHz时，功耗在1W以下。与之相比，一位竞争对手的14位ADC当达到125MHz时，比TI达到190MHz时的功率还要高。Lowe先生指出：“从某种意义讲，工艺的贡献是无限的，没有精湛的工艺，就做不出高性能的产品。”


TI 75周年创新之旅(下)
数字电视与平板显示
    消费类电子产品市场中，数字电视收入增长最快，将从2004年的13.1%，达到2009年的31.5%(如图1)，其驱动力是HDTV、IPTV和移动电视的涌现。
    DTV市场正在崛起，市场调查公司IDC 2005年的统计报告中预测，世界范围内，DTV出货量将从05年的35万台，达到2008年的近120万台(如图2)。我国也将迎来DTV发展的天赐良机，因为政府正在推动2008年奥运会前实现DTV转播，目前，我国已具备DVB-C 条件接收能力。
TI数字视频产品部总经理王许成先生介绍了TI即用型DTV参考设计与芯片组，其参考设计的核心是DTV SoC(系统芯片)TVP9000、D类音频功率放大器TPA3008D2、视频解码器，此方案加速了电视制造商的产品上市进程。 
    In-Stat去年9月的统计报告指出，IPTV 5年后将在市场较为成熟(表1)。2005~2010年，IP视频服务市场将开始得到各国政府的支持，同时消费者视频服务开支增长；2007-2009年，宽带普及，消费者对个性化服务的需求加大；2010年左右，跨行业、跨部门的业务进一步融合，增强型视频服务需求涌现。
    IPTV服务供应商面临了诸多挑战。TI DSP视频与成像产品部科技委员会的首席技术官Jeremiah Golston认为：IPTV服务供应商需要通用的、集成的高效服务交付平台；开放式标准可进一步降低成本，实现快速响应与有效的内容保护。为了推出性能稳定、价格具有竞争力的可扩展IPTV，需要各厂商的合力协作。
    当前，端到端IP机顶盒系统正处于启动阶段，包括路由器、家庭路由器/DSL调制解调器、带浏览器的IP机顶盒等部分，由众多的软、硬件厂商的共同推动起来。TI DSP的特点是支持可编程的开放式软件。2005年9月9日，TI向业界隆重宣布了达芬奇方案，号称是首款适用于任何视频产品的完整技术系列，在数字电视方面，可以帮助客户更快速地把产品推向市场。
    在数字电视业，另一个发展趋势是数字电视与视频无线化。为了在手机中实现视频功能，可以有四种方案：广播模拟电视；存储并播放电视；基于蜂窝网络的数字电视；广播数字电视。
TI的观点是：单播与广播结合可实现低成本与满足用户的多种体验需求(表2)，实现低成本的网络。Hollywood系列可实现单芯片数字电视，该芯片采用了TI DRP(数字射频处理器)技术，集成了调谐器、模拟、电源管理、逻辑及存储器，电路板面积不足1cm2。

DSP与微控制器
•DSP
    可编程DSP的市场十分巨大，据统计，2002~2009年，其市场的年复合增长率达27%(图3)。作为占几乎半壁江山的DSP大厂，TI的目标着眼于开拓新的DSP应用，除了业绩赫赫的手持终端(OMAP多媒体应用平台)，TI也看好消费类电子产品、有线通信、无线基础设施、计算机、汽车电子、通用设备等。值得一提的是，TI面向视频特别发布了达芬奇平台，以加速视频产品的研发和上市。
    MSP430、TMS320C2000系列在嵌入式系统领域家喻户晓。除此之外，TI还有DRI(用于数字收音机等)和车载MCU产品。
    TMS320C2000系列是TI低端的DSP芯片，主要用于数字马达控制、数字电源与智能传感。典型的DSP320F28xx系列是与MCU相结合的数字信号控制器(DSC)产品。
    MSP430是超低功耗MCU，在国内工程界很受褒扬。其低功耗超乎想象，有的型号在待机模式下耗电仅0.8mA！工作时功耗为250mA/MIPS。当前，MSP430新产品如雨后春笋般涌现，已有50款新产品问世：MSP430F20xx为引脚数少的产品，有的含有128Kb闪存，还有38引脚的中端产品，有的工作温度范围更宽... ...。预计2006年下半年，TI还将发布一些新产品，它们或带有USB接口，或0.9V单电池供电，或嵌入RF/Zigbee等。

后记
    几天的采访，我们感到TI公司的技术与产品就像汪洋大海，我们只是乘着快艇在海上匆匆掠过。我们也处处感受到了TI内敛而不失开拓的性格，这是严谨的半导体技术深耕于西部牛仔大地的结果。几天来，TI的华人同胞热情地陪伴在我们左右，我们感受到了TI家庭似的企业文化氛围。一家具有悠久历史的企业，一个成功者的故事，令人赞叹而难忘！