原创英特尔从处理器转向SoC (转)

 2010-4-21 08:47  2373 5 5 分类: 消费电子

全球最大的半导体厂商英特尔公司充满信心地制定了面向多种应用开展SoC业务的战略方针，其应用目标包括电视、蓝光录像机、机顶盒等家用音视频设备以及路由器等网络设备。

　　一直以来，英特尔均将其业务重心放在面向PC及服务器的微处理器产品上。但现在，公司的策略发生了改变， SoC业务将成为今后公司成长的驱动力。该公司总裁兼CEO Paul Otellini表示： “不难想象，大概5年后，SoC的出货量将会超过通用微处理器的出货量。 ”

　　在许多半导体厂商正烦恼于先进制造工艺高昂的开发成本之际，英特尔却进行了积极的战略调整。该公司计划将其PC处理器采用的先进制造工艺用于SoC，并针对多个应用领域迅速推出一系列新产品。通过将其P C处理器文化带入SoC，具有丰厚财力资源的英特尔公司将会给数字消费类电子领域带来巨大的变化。

　　采用最先进的制造工艺来生产SoC可以显示出英特尔公司对于SoC业务的重视程度。在2009 年英特尔秋季信息技术峰会(IDF 2009)上，英特尔发布了面向家用音视频设备的凌动(Atom)处理器CE4100(开发代号为Sodaville)，这是英特尔公司采用领先的45nm工艺生产的首款SoC产品。

　　英特尔此前也推出过面向数字消费类设备的SoC产品，但那些产品采用的都是90nm的制造工艺，比PC处理器所使用的工艺落后了两代，看起来更像是公司的实验性产品。而CE4100则跨越了65nm工艺，直接升级至目前的商用微处理器所采用的最先进的制造工艺。

　　不仅如此，英特尔公司还表示， 32nm及22nm等更为先进的制造工艺今后将会几乎同时地应用于微处理器和SoC(见图1)。公司逻辑技术开发部资深院士Mark B ohr 表示： “我们在推出45nm微处理器的一年多之后才推出了45nm的SoC，而这一时间差到32nm工艺时将会缩短为6个月，22nm工艺时将会缩短为3个月。”

图1 采用先进制造工艺生产SoC的时间加快

制造工艺高昂的开发费用成为关键

　　英特尔公司对于SoC业务如此积极的原因主要有以下三点：首先，先进制造工艺的开发成本正不断高涨；其次，PC、服务器等产品的出货量持续下降，市场低迷；最后，在PC市场上，低价的小尺寸笔记本电脑(即上网本)的销售比例日益增加。

　　据估计，制造工艺从45nm升级至32nm时，制造技术的研发费用通常高达6亿~9亿美元，而建造晶圆厂的费用更是急剧增加。英特尔在两年的时间里对其4条32nm半导体生产线的总投资已超过70亿美元。

重新定义现有设备

　　英特尔的首款45nm SoC CE4100是公司面向电视、机顶盒等设备所开发的第三代S o C产品。将CE4100与前几代产品进行比较，可以发现英特尔公司的产品策略发生了很大的变化，已经开始将SoC和PC相提并论。

　　公司第一代产品采用英特尔基于ARM内核所开发的X S c al e处理器。实际上，在发布该SoC产品之前，英特尔已于2006年将其XScale业务出售给了Marvell公司。2008年推出的第二代产品采用的则是当时已在市场上消失了数年的Pentium M处理器内核。换句话说，在之前的两代产品中，英特尔公司对S o C采取了与处理器不同的产品策略， SoC产品中采用的主要是比较稳定的、相对来说落后了几年的技术。但到了最新的第三代产品时，可以看出公司的策略发生了变化。具体表现在，CE4100采用了与英特尔先进处理器产品相同的技术： 45nm制造工艺和凌动处理器内核(见表1)。

　　英特尔公司已经意识到，如果只是提供高性能的SoC产品，可能不会受到设备厂商的太多关注。在PC领域内，所有处理几乎都由软件执行，随着工艺发展而不断增强的处理器性能会对软件提出更高的要求。而在SoC领域内，CPU内核性能的提升并没有那么重要。

　　半导体的制造成本在不断攀升，但原本可依赖的PC市场却已陷入停滞。根据Gartner公司的调查，全球PC及x86服务器的出货量至2008年为止每年都以10%的速度增加，但2009年的出货量则比2008 年下降了约2%，仅为2.85亿台，且其中将近10%(大约2500万台)是低价的上网本产品。如果这种趋势继续下去，那么仅靠面向PC、服务器等领域的微处理器的销售根本无法收回不断增加的开发成本。

　　从2003年开始，英特尔公司就一直保持着超过300亿美元的年销售额和50亿~100亿美元的年营业利润。但是，在2005年达到顶峰之后，公司业绩就再没有显露出继续增长的迹象(见图2)。于是，英特尔将目光投向了全新的SoC市场。

图2 业绩稳定但难于提升

基于凌动处理器的SoC

　　英特尔公司明确提出了在45nm之后的32nm及22nm工艺节点都会提供相应SoC产品的计划(见图3)。据了解，到2009年9月为止，英特尔在开发的32nm SoC产品至少有12款。

　　英特尔公司已于CES 2010展会上发布了首批采用32nm制造工艺的PC处理器，并计划在未来几年内陆续推出多款采用32nm的SoC 产品。 Paul Otellini表示： “目前，公司内在进行S o C产品开发的工程师有几千名，今后我们将继续加大对SoC业务的投入。”

图3 英特尔公司的SoC产品路线图(截至09年11月)

　　SoC产品的基础是面向上网本等设备的凌动系列低功耗x86处理器。据Otellini介绍，采用45nm工艺的凌动处理器适合多种应用，目前英特尔已经成功设计出460种基于凌动处理器的嵌入式应用，包括消费类电子设备、医疗设备及安全应用等。面向家用音视频设备的CE4100 SoC、面向小型网络终端的SoC(开发代号为Lincroft)，以及面向家用网络设备的S o C中都将集成凌动处理器内核。此外，采用32nm、22nm等更先进工艺的下一代凌动处理器内核也将被继续部署于英特尔的SoC产品中。

英特尔公司高级副总裁兼数字家庭事业部总经理Eri c Kim在ID F 2009上提出了要将收看节目的电视变为“客厅中的新电脑”的设想。他表示： “我们要让电视行业的用户体验及商业模式发生彻底的变革。”他以增强的电子节目表(EPG)和电视用户间的网络通信服务为例，说明了英特尔如何通过软件来在电视上实现这些新功能。

　　这表示英特尔希望能将其在P C市场上的成功扩展至其它领域，通过将现有设备重新定义为更加依赖软件的设备，英特尔公司将能够挖掘出业界对于采用最新制造工艺的高性能SoC的需求。

继续采用更先进的工艺

　　英特尔公司计划利用半导体工艺技术的发展来驱动其SoC业务的发展，就像之前的微处理器业务一样。英特尔公司高级副总裁兼技术与制造事业部总经理B ob B aker表示： “摩尔定律将会继续为我们创造巨大的商业机会。 ”

　　与45nm工艺相比， 32nm的SoC制造工艺将使晶体管的开关速度提高约22%，功耗降至1/10。英特尔计划针对具体的应用生产最适合的SoC产品，可提供的选项包括三种逻辑晶体管(高性能版、标准版、低功耗版)、三种输入/输出晶体管驱动电压(1.2V、1.8V、3.3V) 以及三种SRAM(高密度版、低功耗版、高速版)。

　　英特尔还展示了用于验证计划于2011年进行量产的22nm工艺的测试芯片，芯片中集成了SRAM、逻辑电路等(见图4)。测试芯片中同时也集成了制造S o C所需的混合信号电路。英特尔明确表示，在推出采用22nm工艺的通用微处理器之后将会尽快推出22nm的SoC产品。