USB3.0應(yīng)用高速增長(zhǎng),本土IP解決方案助力SoC設(shè)計(jì)

近日，四川和芯微電子股份有限公司（IPGoal）正式宣布推出通過USB IF（USB Implementers Forum）兼容性測(cè)試的USB3.0完整IP解決方案，為目前大陸地區(qū)第一家通過該項(xiàng)測(cè)試的USB3.0物理層IP產(chǎn)品。作為一家專注于高速高精度數(shù)模混合信號(hào)集成電路IP核研發(fā)、推廣和授權(quán)的企業(yè)，IPGoal也是國(guó)內(nèi)首家掌握USB 2.0核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的企業(yè)。USB3.0 IP解決方案的推出再次完善了國(guó)內(nèi)在高速接口技術(shù)上的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，為集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)目前熱門的USB3.0接口技術(shù)提供了新的選擇。

按Intel發(fā)布的資料數(shù)據(jù)顯示，到2014年USB3.0的市場(chǎng)滲透率有望接近30%，采用USB3.0接口技術(shù)的臺(tái)式和便攜終端設(shè)備出貨量將超過5億臺(tái)。在USB3.0應(yīng)用即將爆發(fā)性增長(zhǎng)之際，本土IP提供商發(fā)布USB3.0完整IP解決方案對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)有什么樣的意義呢？“USB3.0的普及應(yīng)用已經(jīng)完全啟動(dòng)，以目前USB接口的應(yīng)用規(guī)模來看，未來市場(chǎng)空間非常巨大，但目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在實(shí)現(xiàn)難度和成本上都有一定壓力。”IPGoal技術(shù)總監(jiān)武國(guó)勝指出，“本土企業(yè)推出經(jīng)過USB IF官方認(rèn)證的第三方IP解決方案將幫助芯片廠商克服技術(shù)上的挑戰(zhàn)，加速產(chǎn)品研發(fā)，同時(shí)在成本上更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)”。

極具挑戰(zhàn)性的USB3.0物理層設(shè)計(jì)

作為一家半導(dǎo)體行業(yè)的IP提供商，IPGoal的產(chǎn)品鎖定在那些對(duì)于芯片設(shè)計(jì)廠商而言通常最具挑戰(zhàn)的混合信號(hào)物理層IP核的設(shè)計(jì)上，而USB3.0的物理層設(shè)計(jì)無疑是當(dāng)前接口設(shè)計(jì)中最具挑戰(zhàn)性的部分。據(jù)悉，僅僅在滿足USB3.0物理層測(cè)試認(rèn)證上就有很多挑戰(zhàn)，例如在兼容性測(cè)試上，USB3.0的測(cè)試難度遠(yuǎn)超過業(yè)界廣泛使用的PCIE和SATAII等其他標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)裕量非常小，要滿足苛刻的認(rèn)證測(cè)試要求難度極高。

“我們的USB3.0 IP還針對(duì)多種工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于針對(duì)0.13微米、90納米和65納米工藝節(jié)點(diǎn)的IC設(shè)計(jì)。”武國(guó)勝指出。目前市場(chǎng)可用的第三方USB3.0 IP解決方案基本上是針對(duì)90納米及65納米等高速工藝設(shè)計(jì)，很少有適用于0.13微米工藝的同類IP。與90納米以及65納米設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相比，0.13微米的USB3.0實(shí)現(xiàn)方案主要挑戰(zhàn)在于5Gbps的速度幾乎接近了該工藝下半導(dǎo)體技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的極限，設(shè)計(jì)難度極高。目前IPGoal的USB3.0 IP解決方案已經(jīng)針對(duì)TSMC、SMIC和GLOBALFOUNDRIES三家全球領(lǐng)先的代工廠實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

在IPGoal公開的資料中，其USB3.0 IP解決方案具有如下關(guān)鍵特性：完全與PIPE3接口兼容；實(shí)現(xiàn)了接收器自適應(yīng)均衡以補(bǔ)償通道損耗、串?dāng)_和碼間干擾（ISI）；可編程發(fā)送幅值、預(yù)加重和壓擺率；支持不依賴外部器件的擴(kuò)頻產(chǎn)生與接收；支持USB3.0所有的節(jié)能模式(U0、U1、U2和U3)，可以完成超級(jí)低功耗工作模式；等等。“具體到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上，要滿足USB IF的認(rèn)證要求，其中每一項(xiàng)特性的實(shí)現(xiàn)都具有極大的挑戰(zhàn)性。”武國(guó)勝指出，“例如，要滿足USB IF兼容性測(cè)試項(xiàng)目長(zhǎng)達(dá)3米的電纜要求，芯片層面與應(yīng)用層面的信號(hào)完整性的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要。而支持USB3.0所有的節(jié)能模式對(duì)于便攜式等應(yīng)用來說，是必不可少的關(guān)鍵特性要求。”

圖：IPGoal的USB3.0 IP通過了USB IF認(rèn)證,因此基于該IP開發(fā)的IC產(chǎn)品可以輕松通過此認(rèn)證。

標(biāo)準(zhǔn)IP產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)？

盡管USB3.0標(biāo)準(zhǔn)具有非常廣闊的市場(chǎng)，但作為USB3.0 IP方案提供商，IPGoal絕不是唯一一家，IPGoal如何直面國(guó)際同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)？“我們作為目前國(guó)內(nèi)唯一一家通過USB IF兼容性測(cè)試的USB3.0 IP產(chǎn)品，在性能指標(biāo)上完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此基于我們的IP解決方案實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)可以輕松通過USB IF認(rèn)證。在解決方案的關(guān)鍵特性上，我對(duì)我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也非常有信心。”武國(guó)勝表示。作為一個(gè)具有嚴(yán)格規(guī)范要求的接口產(chǎn)品，其實(shí)并沒有多少可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)，但武國(guó)勝依然能指出IPGoal USB3.0 IP實(shí)現(xiàn)的幾點(diǎn)關(guān)鍵差異化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)：

首先，IPGoal推出的USB3.0 IP解決方案可以滿足當(dāng)前的主流半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，包括0.13微米、90納米和65納米。當(dāng)前適用于0.13微米工藝的USB3.0 IP非常少，但目前不少國(guó)內(nèi)SoC設(shè)計(jì)依然沿用了0.13微米的半導(dǎo)體工藝，因此滿足0.13微米生產(chǎn)工藝的IP選項(xiàng)可以讓客戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有更大的靈活性。

其次，IPGoal的方案還不乏一些局部設(shè)計(jì)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如，一些競(jìng)爭(zhēng)解決方案可能還需要外部參考器件提供內(nèi)部參考偏置，而IPGoal已經(jīng)在IP中解決了這個(gè)問題，在降低系統(tǒng)BOM采購(gòu)成本的同時(shí)，也減少了芯片封裝的開銷。此外，USB接口的ESD設(shè)計(jì)通常具有很高的挑戰(zhàn)性，而基于IPGoal設(shè)計(jì)的驗(yàn)證芯片ESD超過了4kV的測(cè)試，客戶基于該IP方案設(shè)計(jì)的芯片可以輕松提高系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)等級(jí)。

第三，作為本土設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，無論在方案總體實(shí)現(xiàn)成本上還是設(shè)計(jì)服務(wù)上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這也是IPGoal能夠成為國(guó)內(nèi)最大混合IP提供商的原因。

對(duì)于最后一點(diǎn)，武國(guó)勝并不想談及具體的費(fèi)用問題：“我們是國(guó)內(nèi)首家通過USB IF兼容性測(cè)試的USB3.0 IP提供商，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)第一家掌握USB2.0核心技術(shù)的企業(yè)，盡管目前USB2.0已經(jīng)很成熟，但每年依然有大量客戶購(gòu)買我們的USB2.0 IP方案，客戶看重的正是我們的成本優(yōu)勢(shì)和服務(wù)能力。”