平台和参考设计的使用迅速增加。

为了应对压力，许多团队把各种功能转向软件。

验证依然是主要问题，甚至比在其它某些市场中还更重要。

日益加大的压力可能会给消费领域的 EDA 流程和无工厂半导体公司带来变化。

对消费电子产品设计团队的要求当然不同于对电子业其它部分的要求：要么让新产品在感恩节前上零售商的货架，要么和公司吻别。必须达到成本目标，否则我们就将取消设计。重制硅芯片？不，只是终止项目而已。顺便说一句，我们选择的视频压缩“标准”最终版本尚未准备好，因此，您务必要给我们留下足够处理余地，以便借助软件更新版来适应它。

消费领域的芯片设计者和系统设计者承受的压力被很好地用文件记录下来了。一切都在表明：由于全球性竞争、新兴企业的进入壁垒低，以及新兴的地方无线和媒介标准，这些压力在变得更加严重。尚未被广泛讨论的问题是设计团队如何应对这些压力。芯片和系统设计是在传统路线上继续前进，还是在冒险？或者我们在目睹一种新的设计风格在消费市场的熔炉中诞生？

其中两股压迫消费产品设计者的力量——进度表和成本——是该领域的常见特点。但如今时尚轮流闪现的消费市场已使它们发生了改变。据 Infineon 公司电源管理和电源业务部高级副总裁 Arun Mittal 认为，现在有两种进度表压力。“在某些情况下，厂商已经处在市场中，并在加强自己提供的产品和服务。在这种情况下，开始零售的总时间是个问题。在另一些情况下，客户正在进入一个新市场领域，并且必须抓住某个特定时机——通常是购买圣诞节礼物的季节。”

这两种压力的动态是不同的。如果设计是增强型或降低成本型，那么未能满足进度表会导致失去市场份额或利润率下降一段时间。在新进入的情况中，以最初的 Microsoft Xbox 为例，错过圣诞节时机也许意味着不得不等候一整段时间来获取能维持下去的市场份额。在一种情况下，经理们可以在硅芯片重制和失去收入之间做合理的折衷。在另一种情况下，错过时机决不是一种选择。

 
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成本也是一个复杂的问题。消费系统设计经常是从 BOM（物料清单）成本目标开始，并且团队将围绕它能以该价格获得的硬件来创建系统。设计服务公司 eInfochips 首席技术官 Upendra Patel 说：“我们看到一些客户一开始是根据期望的批量降低 BOM 成本，然后继续后面的工作。”

Texas Instruments 公司 DSP 营销经理 John Dixon 也这么认为，他说：“消费产品客户经常是以固定的 BOM 成本开始，并在软件开发时间方面进行必要的投入，以便使硬件符合系统要求。他们经常依靠第三方设计公司来实际做这项工作。因此在某种程度上，设计服务的可获得性成了某种体系结构的真正动力。”

但成本是一个比它看起来更难捉摸的数字。在消费电子产品典型的极低成本下，复杂性和成本变得没有关系了：SoC（单片系统）复杂性的实质性变化也许不具有重大影响，但导致的无源元件成本或测试时间的变化也许相当重要。Infineon 公司的 Mittal 强调说：重要的事情是检查组装和测试系统的成本，而不只是 BOM 成本或——更糟糕的情况——芯片成本。他说：例如，系统中唯一可以随时节省的项目是在电源成本方面。

除了传统压力以外，新的问题也在逼迫消费电子产品团队。其中最明显的压力就是电源，它本身有两个意思。在依靠交流电供电的系统中，较低的功耗导致较便宜的电源，以高昂成本实现较少热量，并可能带来更高的长期可靠性。在手持系统中，问题在于功耗小于每件任务的总能量（它和电池寿命有直接关系），尽管大电流瞬态要求可能会使电源成本上升。衡量标准完全不同，并可能具有非常不同的体系结构含义。例如，正如 Arkados 公司首席行政官 Oleg Logvinov 指出的那样，对于净能量，把各项功能从高效率的固定硬件转移到功率效率低的软件中也许有意义（图 1）。如果不能把芯片上的某个块完全断电以便终止泄漏电流，那么在某种使用情形中，用功率效率较低的 CPU 执行某种不常用功能所消耗的总能量，也许会少于那些消耗的动态功率较少但在 99% 的时间内都有静态漏电的硬件。

设计团队承受的另一个迅速增大的压力就是单一系统需要的技术量。Newport Media 公司首席执行官兼董事 Mohy Abdelgany 表示：“复杂性已经变得非常高，手机芯片设计者如今不再是电路设计者，而是系统集成者。例如，我们目前在努力把数字电视放到手机中。手机专业人员不懂广播电视技术。他们依赖模块厂商，而这对于其中许多人来说是很不舒服的。”

无论讨论的模块是用于语音识别、音频播放、三维图形、数字电视，还是 GPS 定位，手机厂商都必须拥有包括一些他们并不了解细节的功能。并且手机只是一个先行指标，决不是消费市场中的异常情况。把人们在相同环境中可能期望的各组功能——不论它们是否相关——都装入一个封装中，并最终装入一个 SoC 中，这就是趋势。可以理解的是，这种情况给 IP（知识产权）质量、复用方法、验证计划和设计经理们的神经施加了压力。

体系结构做出响应

消费电子产品设计者针对这些压力做出响应的主要方式之一就是使用新的体系结构策略（图 2）。其中最简单的方法涉及到让别人做系统集成——授权完整的参考设计（见附文1《用参考设计缩短产品开发周期》）。这种方法让许多欧美设计团队怀疑，但它在亚洲得到了越来越多的支持。

Cadence公司设计工具包产品营销总监Greg McNeil讲述道：“我们的拥有专用设计工具包战略的一部分就是在工具包中包含我们所说的细分市场的代表性设计。它基本上是纸上的参考设计，描述了如何使用IP和工具。当我们把它展示给北美客户时，他们的反应经常是‘嗯……你们会和亚洲公司分享它吗？’亚洲客户的反应更象是‘太好了！我能用这种设计开始工作吗?’”

ASIC 厂商 AMI Semiconductor 公司战术营销经理 Terry Danzer 评论说：“我们听到越来越多关于 IP 平台的事情。” AMI 公司总是看到一些客户愿意引进必要但不具有差异性的 IP。但是现在，他们日趋愿意引进自己专业知识领域之外的任何东西。这也许意味着要求获得一套预先集成的 IP，在他们的具体硬件块之下形成完整平台。

但是平台 ASSP 也许太大、太贵、功耗太高，在消费应用中没有长期可行性。它的唯一优点也许是上市时间快。为了抵消这种影响，许多设计团队在采用一种混合战略。

Newport 公司的 Abdelgany 说：“我们正看到我所说的一条平台途径。公司也许会从一种特性较齐全的芯片开始，并做一系列快速编写，以便根据它了解的具体市场需要来做些小改动。”

规模大的厂商如Texas Instruments公司 (TI)已运用了这种战略。例如，对于一位最近进入便携式视频播放器市场的客户， TI 收缩了它的旗舰产品 Davinci SoC，对特性做了编辑，添加了动态电压比例调整，并增加了时钟门控的用量来生产一种软件兼容并且功耗低得多的器件。在本例中，工作量不小，需要若干围绕 TI 的设计团队努力降低各个模块的功耗。但与设计全新SoC相比，它的工作时间短得多。

在其它情况下，各公司也许只是把一些块从各自设计中移出，经常把这项工作与向更先进工艺的迁移联合起来，以便进一步改善芯片成本。Cadence 公司工程服务副总裁 Tim Henricks 说：“我们看到许多派生设计。它们并非无足轻重，但比白手起家便宜得多。”

Henricks认为：许多客户都是凭借完整的降低成本路线图开始一项芯片设计，路线图将引领他们经历几代芯片，直到产品寿命终结。他说：“这条途径是使与未来工艺相关的 IP 的可用性成了真正的问题。特别是对于混合信号领域，在有足够需求之前，IP 厂商不愿意把自己的设计移植到新工艺上，比如现在的 65nm。因此你的规模必须相当大，以便确保能转移到先进工艺上，并且所有 IP 都随你前行。”

转向软件

平台战略的另一个关键部分是把那些受变动制约的块隔离开，以便用单一设计为多种产品服务，或者减少来自不确定设计要求的风险。该战略要求把块密封在标准接口中，使内部变动不影响设计的其它部分。可以通过以下方式来执行这种方法：简单地把争论的块保持在单独芯片中，或仔细规划SoC， 以便能在没有严重扰乱的前提下把新RTL合成到特定块中，或把功能移到可编程硬件或软件中。

常规智慧认为：如果将来必须改变一件事情，那就把它放在软件中，或至少放在FPGA中。事实上，我们就本文与之讨论的那些人说：他们经常看到在软件中实现功能的消费产品设计——即使从功耗或性能角度看，这种方法并不是最优的，只是为了确保上市时间以及日后返回来处理各种事情的能力。Cadence 公司工程服务部总监 Paul Russert 说：“我们看到更多的设计利用了更多可编程性，因此可以在出带后调整它们。” 这项措施也许绝对必要，这是因为对一些块的验证工作可能会延伸到出带之后。

关于应该如何实现可编程性，存在明显不同意见。一些体系结构设计师只要有可能，就会把各种东西都放在软件中（图 3）。指令加速器、DSP 块、嵌入式 CPU 核上的更复杂指令等的出现极大推进了这种选项。一些体系结构设计师选择专用但仍可编程的硬件。IP 厂商 Imagination Technologies 公司营销副总裁 Tony King-Smith 认为：在关键情况下，Imagination公司的设计师使用可升级的管线构件来创建数据路径。这些块本身可配置，因此可在微代码级对产生的管线编程。Imagination公司把这种灵活性以多个抽象级的形式呈现给客户，从驱动程序代码一直到微代码。结果就是一种可编程的元件，具有出色的吞吐量和良好的能效，并带有几个灵活性与易编程性对比点。

Newport Media 公司的 Abdelgany 采取了不同途径。他说：“我们的理念一直是用最小的功耗和芯片尺寸进入市场。对于灵活性，我们依靠自己设计团队的能力来逐步重新设计芯片。这不是一种很容易玩的游戏。最后仍然是具有相当程度的可编程性，不过是在客户需要的场合，不是在对芯片开发人员方便的场合。”

并行设计

无论选择哪种体系结构，都将会有一个实现周期问题，除非设计团队选择使用某种未修改的参考设计。同样，消费产品设计正在对压力做出响应，主要是采用各种并行设计战略。

该领域最引人注目、大概也最常应用的战略就是同时开展硬件和软件工作，并使硬件设计模块化，这样设计者就能同时设计这些模块。这些思路一点儿也不新颖，但设计团队正在大规模应用它们。如今，大规模意味着在全球范围内实施。加州的一个设计服务团队也许在利用英国的一些 IP 块为某种袖珍音频播放器设计芯片。该芯片也许会被装在印度某个设计团队创建的电路板中，这块板运行罗马尼亚人开发的应用代码，依靠印度团队在第三方内核上写的驱动程序。

这种设计风格的关键在于为每种模块明确定义接口和规格。在无法用这种方式包封某种模块时，唯一可行的选择似乎是在现场安排应用工程师。实际上，管理层在把块之间接口的复杂性和设计团队之间接口的带宽匹配起来，它具有一种很直观的意义。

Abdelgany 解释说:“你需要合理的项目控制，但最终，也许会归结到我们在客户工厂工作的工程师。有时我们是在能够提供这种应用支持水平的基础上赢得某项设计的。”

在大家似乎都关心设计外包的时代，这种新经验使 Abdelgany 看好美国。他 说：“我们非常幸运拥有多样化的劳动力。我们的工程人员包括中国、韩国、欧洲血统的人。我们几乎能在世界任何地方把应用团队安排在现场，并且有人能担任技术翻译。但我们发现：工程自身几乎是一门国际语言，经常主要是为了与营销部门沟通才需要翻译。”

验证

许多消费电子产品设计者把验证看做他们面临的最严重问题。一方面，验证往往会消耗大量的开发时间，设计经理们引用的数字为大于开发时间的三分之二，因此验证是对进度表压力做出响应的一个明显领域。另一方面，在许多消费产品设计中，重新编写将是灾难性的。因此，与一些能用基于 FPGA 的选择来满足初始订单或能把产品推出延期数月的市场需要程度相比，验证必须更加彻底。

消费电子产品团队对这种情况的第一反应就是规划。Cadence 公司的 Henricks 说：“我们看到两种团队，一种有验证计划，一种在出带后仍在验证。”这项规划工作针对每个将进入系统的块的战略，以及针对系统的集成后验证战略，并且它将日益依靠某种覆盖衡量标准。Cadence 公司的 McNeil 说：“知道你何时完成是验证领域的最大问题。你也许在谈论验证占用了总设计时间的 75% 或更多，因此减少一点儿都是大事。”

而且，知道何时停止也是个悬而未决的问题。覆盖衡量标准可以起帮助作用，但没有一种是确定的。严格的复用方法可以起帮助作用，条件是它允许团队对各个块重复使用测试台，甚至适应以前设计使用的系统级测试台。

同样，并行可以起友好作用。在行为级开始的系统级验证，并在块级 RTL 和网表验证向上工作时的向下工作，就可以节省很多时间。如果真正艰难的测试能侧重于有问题或覆盖情况糟糕的领域，那么它也能起帮助作用。在某些情况下，如果验证计划需要设计者适当应用断言，那么形式验证就能用很显著的节约效果来加强动态测试。Henricks 说：“这种方法要求你必须精通设计，你必须知道设计的关键部分在哪儿。”并且当设计的主要部分是一个你从其它源获得授权的平台时，它自身的信息就可能是个问题。

另一个使消费产品验证很突出的问题是，系统的最终输出经常是可视或可听的。不存在绝对正确的输出，只存在错误输出，以及在多种相对质量水平当中，具有某种质量水平的输出。主观判断经常是通过眼和耳做出的，也许是向验证过程输入的关键信息，并且如果没有同时开展基于 FPGA 的验证工作，那么也许会在进度表的很晚时间才做出这些判断。

遗憾的是，尽管有所有这些规划和工具，但设计经理的噩梦实在太平常。Henricks 说：“我们看到相当多的工程改动要求都是起源于验证过程，终止于设计。” 为了应对这个情况，消费电子产品设计者经常把关键功能移到软件中，计划用多个软件更新版来改正后来的错误，然后通过把稳定的软件模块转换成硬件引擎来降低成本。然而，即使是这项战略也依赖一种艺术：能够在设计初期预测哪些功能将是问题最多并需要出带后的灵活性。这种能力只能随经验而来。

未来是平台唱主角？

显然，目前有许多消费电子产品设计途径，但所有这些途径也许都会汇聚于一条趋势线（表1）。平台的使用定义了这条线，不论是ASSP芯片形式的硬件平台，还是预先集成块和流程形式的 IP 平台。对消费产品的这种思考方式已非常普遍，以至于多数 IP 厂商和许多 CPU 和 DSP 厂商都按生态系统的方式来交谈——围绕他们的产品采用所需的所有其它 IP、硬件、软件、服务和培训来快速实现最终产品。

这些设计思路必然会以若干方式影响行业。首先，验证日益成为关键可能会迫使 IP 厂商摆脱对简单测试台的依赖，并使用基于断言的验证方法。即使是习惯于把结果做成难以理解、意思含糊的 1000 页文档的标准机构，也在面临压力——提供用属性语言编写可执行规范。

其次，EDA 厂商将承受的压力日益增大——提供不是为全新设计、而是为逐渐增加的设计变动和平台调整而优化的流程，后者才是消费领域的现实。设计团队没有理由只为了修改两个块就允许整个合成、放置和布线周期完全自由。同样，验证必须变成逐渐增加式的。静态工具必须可以证明这样的断言——一项修改不会改变设计中的其它任何事情。

最后，来自消费电子产品市场的压力也许会改变无工厂半导体公司的界定。Imagination 公司的 King-Smith 建议：“越来越多的时候，无工厂公司是涉及营销和代加工关系。在围绕特定应用领域而发展的生态系统中，IP 的选择、集成、验证日益在外部发生。”在这个新的未来，系统集成商们也许是最强大的IP厂商，或者是关于某项新标准——编解码器方案或数字权利管理方案——的关键专有知识的拥有者（见附文2《数字权利管理（DRM）象设计者的噩梦那样耸现》）。这样的趋势将深刻改变工程设计链在这个不断演变的市场中的工作方式。

附文1：用参考设计缩短产品开发周期

作者： Gregory Eslinger， Acoustic Technologies

人们日益需要在更短时间内获得更复杂的产品，这增加了面向消费产品的设计团队对高度集成、 高质量参考设计的依赖。这些参考设计对于无线、多媒体、汽车、电信应用可能很理想。选择恰当的参考设计可能会增加及时交货的成功机会，由此降低开发成本并显著减小产品性能风险。更重要的是，它能把总体开发周期缩短 40 周之多。然而，找到合格的参考设计可能具有挑战性，这是因为开发完整系统的加工处理需要来自多个第三方开发商的多种技术知识和技能。在选择最佳参考设计时，务必考虑以下方面：

硬件平台：硬件设计 BOM（物料清单）的价格是否适合你的要求、是否能为顺应新的材料而迅速重制硬件？是否具有针对可扩充性的合理选项？

平台支持代码：平台是否有良好一致性、定义清晰并得到良好测试的接口来实现第三方集成？

系统功能软件：系统是否能执行包括第三方软件在内的所有必要功能？是否能为将来的功能添加额外软件？

灵活的用户界面：用户界面是否足够灵活和简单到能定制人机界面，从而实现产品差异化？

可靠的测试机制：是否存在能对最终产品做出快速性能分析的测试机制？

通过解决以上五方面问题，就可以确定周期、成本和风险减小情况。以 Texas Instruments 公司和 Lyrtech 公司的“蓝牙免提工具包”(Bluetooth Hands Free Kit) 参考设计为例，它是对来自 Acoustic Technologies 公司和 Adamya 公司等第三方的专业知识的编译。这种参考设计具有稳定的硬件设计并缩短了周期。由于系统支持代码已经到位，因此设计者可以专注于向定制的接口增添价值，不必花数月时间来开发、调试和集成应该成为标准代码的那些部分。仅是蓝牙栈和仿形代码的开发和测试，即便不是数年，也可能要花数月时间。拥有已被集成和测试的参考设计，设计者就能跳过这些必要开发工作所需的时间，并专注于用户界面或其它增值特性。

一旦产品完成，立即验证最终产品性能的能力就意味着以更快时间开始生产，并最终能更早开始开发下一代产品。包含硬件平台、系统软件、预先集成并经过测试的平台支持代码、灵活界面等的合格参考设计将能明显减少风险、成本和开发时间。

附文2：数字权利管理(DRM)象设计者的噩梦那样耸现

随着紧凑的消费设备容纳越来越多功能，SoC（单片系统）设计者正在习惯于以下想法：他们将把一些自己相当不熟悉的块组合到自己的芯片中。总之，一个设计团队应该如何成为蜂窝基带处理、两种 CPU 体系结构、三种存储器体系结构、四种音频和两种视频编解码器、视频显示器、三维图形处理方面的专家呢？

但是，作为一项近期将执行的设计要求，DRM（数字权利管理）就象是芯片设计者的绞架，并且不会产生任何复杂性管理方案，后者到目前为止还使人们不必十分了解他们不熟悉的 IP（知识产权）核。

Analog Devices 公司 (ADI) 的 Josh Kablotsky 说：“我们与那些知道自己需要安全的系统来处理数字媒体的客户谈过。但他们不知道安全性是什么意思。” 这个情况使得必须在平台厂商和系统设计商之间就安全级别、它们的成本和实用性开展双向对话。ADI 公司细分市场业务经理 Scot Robertson 补充说：“在一开始，客户希望针对每次可能的威胁来保护数据。有时我们不得不解释现实情况。消费系统开发商对这个方面很不熟悉。”

按照 Kablotsky 的说法，安全性包含两个单独功能：利用密码和散列方式，当数据在系统之外时保护数据，系统级措施负责数据操作的安全，使得潜在的剽窃者无法闯入系统并把数据转移到不受保护的状态。后者可以包含硬件来检测各种入侵行动，比如以物理方式探测芯片、操纵电源或截取存储器事务。

针对不熟悉的技术来保护自己而言，系统设计者拥有的最强大武器就是包封——以这样一种方式来授权 IP，使他们只须了解接口，无须了解功能。但包封依赖于正被执行的功能的标准存在与否，或至少是普遍接受的定义。而对于 DRM，尚不存在这种共识。甚至对一些基本概念也未能达成一致，比如什么密码强大到了管用的地步，或者是否最终需要在系统核心内采用硬件保护来防止黑客进攻。

并且 DRM 方案内的细节会和系统级决策相互作用，产生弱点。Robertson 警告说：“芯片体系结构设计师必须详细了解这件事，即便他们在遵循参考设计也是如此。”

另一项尝试绕开这个问题的行动就是从一个不同市场引入安全方案出发。ARM CPU 的产品营销总监 Kevin McDermott 最近说：他曾看到一些客户获得该公司的 SC100 Smart Card 内核的许可证，在一些手机应用中把它用在Cortex处理器的旁边。SC100提供硬件安全的认可，以便保护手机中的其它功能。

对于设计团队，第二条防线就是与合作伙伴密切配合，然后接手相关工作，由此了解相关技术。但到目前为止，只有几家设计公司声称拥有DRM专业知识。并且这项战略也许在任何情况下都永远不管用。DRM不是对静态问题的静态纠正，而是象入侵检测或垃圾邮件过滤那样，是不断持续的措施与反措施之战，需要全心投入的勇士。Robertson 说：“越来越多的人认为 Windows Media DRM-10 和 Fairplay 都已被破解了，必须变动。” 新的 DRM 方案的遭遇也决不会更好。因此一旦 DRM 进入系统中，它就将不断演变。Robertson 说：“这是一项培训要求，不是对解决方案的要求。”

总之，DRM对于系统开发商几乎是最坏情形。它是一项定义很差的要求；内容提供商甚至不会声明他们是否接受你的保护级别。DRM无法简单被授权和集成，它需要频繁更新，也许包括对基本算法的修订。而很多人认为软件——允许现场升级的典型手段——比硬件脆弱很多，因此即使是基于软件的方法可能也必须依靠某种安全的硬件核。最终，对互联网上出现的任何内容的责任可能都由系统开发商承担。您的压力也大了一点儿。