通訊/數位家庭應用市場驅動 DSP市場景氣一枝獨秀

作者: 林苑晴
2006 年 11 月 02 日

在經過購併、結束營運等市場整頓後,DSP市場又展現蓬勃生機,廠商或市調機構皆異口同聲地表示,DSP市場在未來幾年內仍有大好光景;且其年複合成長率遠高於半導體產業中的任何一項產品。而這樣的驅動力量正來自於熱門與潛力應用市場的商機帶動,其中包括無線通訊、數位家庭、網路通訊等領域。
 

目前全球DSP市場的5家指標性廠商,包括德州儀器(TI)、傑爾系統(Agere)、飛思卡爾(Freescale)、亞德諾(ADI)以及NXP(前身為飛利浦半導體),在2004年時,市場排名便出現變化,主要成長最多的是NXP,首度晉升至全球DSP市場前5大廠商之列,而其成長主因要歸功於該公司行動電話基頻晶片的需求量大幅攀升,根據市調公司Forward Concepts資料顯示,NXP在2004年年成長率高達400%,其成長性居DSP市場之冠。
 

而引人矚目的是,除德州儀器穩居龍頭,飛思卡爾與傑爾系統兩家廠商從2001年至今,一直出現互爭排名第二的拉鋸戰,市場排名也因此每隔年皆出現互換的變化,至2005年為止,則又由傑爾系統取得市場亞軍地位。傑爾系統與飛思卡爾在產品線中僅在手機等無線通訊產品的市場有所重疊,由於傑爾系統還跨足網路通訊市場,該市場在VoIP與數位家庭熱潮興起後,掀起龐大的市場商機,成為傑爾系統營運成長的助力。
 

2005年全球半導體廠商排名第三的領導廠商德州儀器,其DSP產品仍是2005年產品線中表現得最為出色的產品之一,德州儀器在DSP市場鎖定的領域為無線通訊與多媒體應用,繼續為其蟬聯DSP市場的冠軍寶座。
 

由廠商市場排名的異動,其實不難發現主導市場變化球的關鍵為熱門或新興應用。未來主導DSP市場向上成長的驅動力中,通訊市場中的手機仍是最大宗市場,此外,數位家庭的熱潮也成為推升市場的一大引擎。
 

提升多媒體手機效能
 

單晶片趨勢成形
 

根據市調公司IC Insights預估,DSP市場將從2006年開始加速成長,成長比例為9%,產值達到85億美元;2007年及2008年成長率則分別攀升至18%與27%,而成長的主要動力來自通訊產業快速發展所帶動的可觀商機。
 

在無線通訊方面,手機仍為DSP市場中最大的應用,在手機整合MP3播放器、個人數位助理(PDA)、數位相機、以及WiFi、藍芽等數據傳輸功能後,也朝向影音多媒體功能的趨勢發展(圖1),因此對於DSP效能的需求也將大幅提升,對此,DSP廠商也推出高效能解決方案搶攻市場商機。
 

行動通訊結合消費性電子產品的應用趨勢愈益顯著,未來可攜式消費性電子產品將被賦予更多功能,包括HiFi高品質音效、3D圖形、100萬畫素的高解晰度影像、以及解碼攝影機等效能,如掌上型遊戲機性能現在已可以與家庭遊戲中心相媲美,原因在於消費者希望將客廳中的娛樂體驗擴展到行動的環境之下。
 

NXP半導體國際產品行銷經理Charles Macfarlane(圖2)表示,為能運作如此多的功能,現今的DSP單晶片方案至少有1個DSP和MCU,而下一代行動設備的方向將朝向多顆MCU與 DSP的發展趨勢,其劣勢在於複雜性和不可預測性,多工處理器需要有專門的記憶系統、多層系統匯流排,Bespoke記憶體設定和實際的軟體系統,將大幅度增加系統的複雜程度,目前有兩個領域已經得到顯著改善,如二級緩存系統(Cache System)將進階多工系統匯流排整合至同一個記憶空間,如在電腦架構中所看到的那樣;其次,將主要元件之間的介面進行標準化,從而使得硬體和軟體系統都更加容易細分。
 

NXP設計一系列處理器產品來滿足主要架構和解決方案的建置,其範圍包括含有高效能專用多工處理器的多媒體手機解決方案,以及具備複雜的第三方作業系統,如Linux的應用處理器。
 

而為未來因應多媒體手機的趨勢發展,傑爾系統除進一步開發出可支援更多影音多媒體功能的DSP產品外,傑爾系統亦因應系統廠商對於小晶片體積的需求,跟進單晶片整合方案。
 

傑爾系統台灣分公司總經理周明旭(圖3)表示,針對多媒體手機,傑爾系統在DSP市場也推出雙核心(Dual Core)產品,甚至針對更多功能手機的需求,最高也開發出4核心(搭載4顆DSP)的產品。
 

雖然單晶片整合方案已是大勢所趨,不過當中仍存在諸多問題。
 

傑爾系統行動通訊部門業務總監鐘坤奇(圖3)談到,大部分的DSP廠商所推出的雙核心方案因為整合在單一晶片中,都會面臨到容易產生熱與耗電的問題,導致效能不如單核心的窘境。為解決此一困境,傑爾系統在DSP產品開發上也調整出新的架構,除能提增效能外,功能設計上也更具彈性。
 

傑爾系統新架構的作法是憑藉傑爾系統在DSP與電源管理的技術優勢,將DSP、MCU與電源管理整合成一平台,系統業者可針對不同效能的需求,添置多核心或多媒體應用處理的設計,發展成中階多媒體手機或高階智慧型手機,若在性價比有較高的考量,採用的DSP核心也可以選購符合需求的DSP廠商產品;此外,亦可針對不同功能的要求,增加其他功能的晶片於其中,在功能的發展上將會更具彈性。
 

雙模手機趁勢崛起 軟體支援是關鍵
 

除了多媒體手機,未來網路電話結合無線通訊技術的無線區域網路語音(VoWLAN)雙模手機市場也將起飛。
 

芯原電子(VeriSilicon)台灣分公司副總經理鄒積業(圖4)指出,今後5年,在半導體產業,DSP市場都會以10~15%的年成長率領先特定應用積體電路(ASIC),主要原因為殺手級應用的出現,包括多媒體手機、VoWLAN雙模手機與數位家庭熱門應用所牽引出的巨大商機。
 

特別是因為電信業者願意開放VoIP業務後,加快網路電話手機的普及率。
 

鄒積業表示,VoWLAN雙模手機是透過手機通話系統與無線上網,使消費者可以免費或低價格的費率與同類型手機進行通話,勢必將對現有的手機市場造成衝擊,估計在未來幾年內亦將會呈現爆發性的快速成長,可望比今年成長500%。
 

為避免與德州儀器、傑爾系統、飛思卡爾等大廠短兵相接,因此芯原電子也選擇利基市場加以發揮,而VoWLAN雙模手機就是其中鎖定的主力市場。
 

鄒積業談到,先前電信業者還未開放VoIP業務,大型的DSP廠商因為看不到市場前景,因此在市場與產品的投資比重並不高,芯原電子在看好此市場的未來潛力後,便積極布局DSP授權(IP)市場,而明年度VoIP仍會是芯原電子布局的主力市場,其產品線的規畫也將會有更大的擴充,而明年度雙模手機市場產值有更大幅度成長時,預計也將帶動芯原電子營收有更大規模的成長空間。
 

手機對於成本與功耗的要求不斷攀升,除此之外,對於影音多媒體功能的興起,手機軟體的支援也是影響其市場發展的重大關鍵,尤其對於雙模手機而言更是如此。
 

鄒積業提到,不同於高階影音消費性電子產品,對於DSP的運算速度有較高的標準,雙模手機所搭配的DSP在運算速度的要求並不高,反而是對於低功耗有比較多的期待,此外,對於軟體的周全性也有很高的需求。
 

為避免大廠搶食市場大餅,如何因應強敵壓境?
 

鄒積業預計,在VoIP市場快速起飛後,勢必將吸引國際DSP大廠也進來搶食DSP授權市場,為保有競爭優勢,芯原電子將投入技術門檻更高的技術,如聲學回音消除(AEC)等軟體開發。
 

數位家庭的熱潮也帶動相關消費性電子的需求量提升,包括數位電視(圖6)、機上盒、數位影像錄影機(DVR)等多媒體影音商品,因此消費者對於影音功能的規格將有更高標準的需求。
 

數位家庭商機熱潮不減
 

鄒積業談到,消費者對於影音功能的渴望,加上網路頻寬不斷擴大,將使得相關領域的商機不斷湧現,將刺激DSP未來5年內的市場需求大幅攀升。
 

針對高階消費性電子市場,芯原電子發展的32位元DSP,可同時抓取不同指令並同時執行功能,因可加快運算速度以降低功耗。
 

另一方面,為加速客戶產品開發的時程,芯原電子在DSP授權平台方案設計上也做了調整。
 

鄒積業指出,硬體功能要強,在架構設計勢必較為複雜,如此一來,後續系統工程師在軟體開發時,在設計上會較為簡易,以協助客戶在產品開發時程能大幅縮短,產品能夠快速導入市場。
 

除了消費性電子商機外,數位家庭的風潮也使得擁有驚人市場產值的網路通訊應用,引爆更加龐大的DSP需求。
 

周明旭認為,數位家庭將會是未來驅動DSP市場的一大動力,而日後主宰家庭多媒體中心的家庭網路閘道器(Home Gateway),將會有大規模DSP的用量需求,而針對此一趨勢,傑爾系統將朝向處理多通道(Channel)、單晶片、縮小體積與增加更多功能的方向演進。
 

傑爾系統資深經理劉仲禹(圖2)表示,目前捷爾系統已發展出可處理240通道的DSP產品,未來還會有支援400多個通道的DSP產品面世。
 

由於,消費性電子的產品週期愈益縮短,迫使系統廠商也必須加快產品開發時程,因而也有DSP業者會希望藉由FPGA來提升產品開發的效率,同時提高DSP產品效能。
 

FPGA的DSP解決方案 仍有價格考量
 

賽靈思FPGA的DSP解決方案,鎖定在市場規模20億美元的高效能DSP市場,涵蓋具有高成長性的數位通訊、多媒體、視訊與影像處理(MVI)、以及國防系統市場,這些市場的總和占高效能DSP市場超過80%的比重。
 

賽靈思亞太區產品經理林鴻瑞(圖7)表示,賽靈思在發展FPGA的DSP解決方案中,也力求提供更完善的開發工具,並考量如何讓傳統DSP的工程師更容易應用FPGA上的功能,以推出更多符合需求的產品。對此,賽靈思的作法朝兩種方向齊頭並進:一是持續推出協助產品開發工程師簡化運算法的開發套件;其二為賽靈思結合軟、硬體協力廠商開發針對不同熱門應用的解決方案,如數位電視、視訊串流等領域,主要目的是協助客戶縮短產品開發時程。
 

在今年,賽靈思購併DSP軟體設計廠商AccelChip,藉由雙方DSP技術的結合所產生的解決方案,系統開發工程師可運用該方案的MATLAB與Simulink技術,以C語言來開發模組,降低工程師在使用FPGA上的DSP方案門檻。
 

賽靈思針對高效能DSP市場所推出的解決方案開發藍圖加入多項特殊新功能,讓Xilinx解決方案更適用於高效能及特定應用領域的系統開發。包括在在數位通訊方面,Xilinx解決方案將為OFDM/A與W-CDMA標準提供進階演算法,這些標準正逐漸演進支援MIMO天線架構、以及日趨精密複雜的基頻與無線電次系統,具備各項消除干擾功能與多重用戶偵測架構;消費性電子、汽車、廣播、企業IT、監視系統、以及醫療等市場,這些領域的主要元件,包含可加速視訊與影像處理系統設計的開發平台、針對標準解析度與高解析度系統設計的進階視訊編解碼器(如H.264編碼技術),以及一套完善的視訊IP函式庫等。
 

林鴻瑞提到,針對全球製造中心的亞太地區系統廠商,未來賽靈思提供更多具影像視訊的功能的解決方案。不過,對於FPGA的解決方案,最為人詬病的還是在價格的瓶頸。
 

鐘坤奇提到,以手機廠商為例,手機廠商為控制系統成本,對於元件的單價要求甚高,雖然FPGA的單價已逐年下跌,但仍無法符合手機廠商的需求。鄒積業也認同此看法,提到若FPGA要真正達成成本的競爭優勢,須至45奈米製程才能達成。
 

日前,賽靈思最新的65奈米產品已於今年5月推出,若以賽靈思承諾達成每兩年就有新世代製程產品推出的進程推估,預計在2008~2009年將會有45奈米的產品面世。屆時,也許FPGA的DSP解決方案的市場版圖將會再擴大,至於對既有DSP市場將造成多大的影響,則是後續市場關注的議題。
 

現階段DSP市場競爭如此激烈,未來產品效能的決勝點除了降低成本外,是否擁有自有的IP與穩定且長的產品供貨期,將成為DSP廠商產品是否獲得多數客戶青睞,以擴大市占率的至要關鍵。
 

IP/供貨期長為DSP市場決戰條件
 

即使鎖定在特定擅長領域的利基市場,DSP廠商仍須開發出具深度與廣度的產品線,以滿足不同系統客戶需求的功能,而這當中DSP廠商須具備軟、硬體開發的能力,但這往往是其中最困難的關卡。
 

鄒積業指出,IP是未來DSP廠商於市場的決勝關鍵,也是DSP產業的最高進入門檻,因為開發IP所需要的軟、硬體技術,須耗費相當大的人力、財力、以及時間,只有大規模的國際廠商,才可支付如此龐大的投資,因此DSP產業也一直呈現出大者恆大的態勢,至今仍難打破。
 

而更具規模的廠商還會有自己的晶圓廠,因此無論在成本或最佳化效能的提升,也較小廠更具優勢,亦成為大廠商有機會拉大與小廠市占率差距的主因之一。
 

雖然大廠商具有較充裕的資金與人力發展IP與提升效能,但事實上,大廠商對於市場的敏銳度並不及小廠商靈活,許多規模較小的DSP廠商,若能注意到可發揮所長的利基市場,專注投入技術研發,發展出完整、具有商機的IP,藉此將能累積可觀的技術與營收實力,開創出不小商機。
 

此外,產品的供貨期夠長也是必備條件,確保後續產品服務能更趨完善,有助於贏得客戶對公司產品的信任。
 

隨著數位訊號的應用不斷擴張,DSP市場的戰火也將持續蔓延,雖然市場擁有為數可觀的商機,但唯有能掌握技術、成本與服務條件的廠商,才能真正掌握住最佳的競爭優勢,進而搶食到DSP市場的大餅。
 

(詳細圖表請見新電子科技雜誌248期11月號)
 

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