過去的5~10年里，本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了飛速增長(zhǎng)，其中尤以芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為快速，在模擬芯片和數(shù)字芯片等方面均實(shí)現(xiàn)了大范圍的國(guó)產(chǎn)替代。時(shí)至今日，進(jìn)口替代已進(jìn)入深水區(qū)，尤其是高端芯片的深度替代需要有企業(yè)擔(dān)起啃“硬骨頭”的重任，向“深水區(qū)”甚至“無人區(qū)”發(fā)起挑戰(zhàn)，互連技術(shù)便是其中需要攻克的難題之一，而傳統(tǒng)互連芯片技術(shù)目前仍被國(guó)外巨頭所壟斷。

2022年10月，在經(jīng)過一年半的攻堅(jiān)克難之后，井芯微電子技術(shù)(天津)有限公司繼發(fā)布 240G 網(wǎng)絡(luò) DPU 芯片 SDI2820 后，再度向市場(chǎng)推出國(guó)產(chǎn)替代新產(chǎn)品—— PRB0400 型 PCIe 轉(zhuǎn) SRIO (Serial RapidIO) 橋接芯片。

今年5月，在“晶上聯(lián)盟 SDI 論壇——RapidIO 自主生態(tài)與 SDI 應(yīng)用創(chuàng)新大會(huì)”上，井芯微電子芯片研發(fā)部門王盼部長(zhǎng)代表公司正式宣布，在完成了包括芯片功性能、系統(tǒng)兼容性、老化穩(wěn)定性在內(nèi)的多批次、多類型測(cè)試之后，PRB0400 開始進(jìn)入量產(chǎn)應(yīng)用階段。

全正向自主設(shè)計(jì)

PRB0400 芯片自主立項(xiàng)于2021年3月，并于2022年9月完成流片，是一款兼容 PCIe Gen2 和 RapidIO Gen2 協(xié)議的高性能數(shù)據(jù)傳輸橋接芯片，主要用于滿足高可靠低延時(shí)計(jì)算處理系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間的互連需求，實(shí)現(xiàn) PCIe 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)和 RapidIO 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)互連互通。該芯片可以輕松實(shí)現(xiàn) RapidIO 系統(tǒng)與 PCIe 系統(tǒng)的無縫連接，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的融合。

眾所周知，RapidIO 協(xié)議是全球主流的嵌入式系統(tǒng)互連國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC18372)，PCIe 則是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)。兩種協(xié)議在信息基礎(chǔ)設(shè)施中均有較為廣泛的應(yīng)用以及互連需求，在器件級(jí)、板卡級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的設(shè)備中大規(guī)模地采用了 PCIe 協(xié)議和 RapidIO 協(xié)議。

作為成功研制出國(guó)內(nèi)首款 RapidIO Gen2 交換芯片、首款 RapidIO Gen3 交換芯片，并提供自主開發(fā)配置管理工具的 RapidIO 自主生態(tài)構(gòu)建者，井芯微電子始終以更高的代際、更高的性能和更強(qiáng)的互連作為自身發(fā)展目標(biāo)，努力將 SRIO 協(xié)議所支持的高可靠、低延時(shí)、高靈活特性拓展到其他協(xié)議領(lǐng)域。

“與競(jìng)品相比，我們之所以能在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的落地量產(chǎn)，主要得益于公司在軟件定義互連 (Software Defined Interconnection，SDI) 技術(shù)上的深厚積累和豐富的芯片開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)⒃S多復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，從而加速了上市時(shí)間?！蓖跖伪硎?。

作為互連技術(shù)的新方向，SDI 技術(shù)在2009年由中國(guó)工程院鄔江興院士團(tuán)隊(duì)所提出，其核心是打破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的剛性體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層到業(yè)務(wù)層全維軟件定義的網(wǎng)絡(luò)體系，從而將剛性網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槿嵝跃W(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建可定義、可重組、可重構(gòu)、可重建的新一代軟件定義體系架構(gòu)。

井芯 PRB0400 支持芯片到芯片、板到板間的高效能數(shù)據(jù)通信，可用于連接 CPU、DSP、FPGA 等構(gòu)成的密集型電子系統(tǒng)，用于解決 PCIe 網(wǎng)絡(luò)與 RapidIO 網(wǎng)絡(luò)的連接問題，同時(shí)內(nèi)嵌消息引擎和 BDMA 引擎，可以在無需主控處理器過多參與的情況下實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高效傳輸。

在井芯 PRB0400 芯片中，PCIe 接口實(shí)現(xiàn)與 PCIe 相關(guān)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層協(xié)議功能，SRIO 接口則實(shí)現(xiàn)與 SRIO 相關(guān)的物理層和傳輸層協(xié)議功能。消息引擎用作 RapidIO 邏輯層消息傳遞，接收和發(fā)送通道均支持 8個(gè)獨(dú)立的處理引擎。映射引擎則是用于 PCIe 和 RapidIO 之間的地址映射和轉(zhuǎn)換，可根據(jù)需要進(jìn)行分割和重組。BDMA 引擎支持8個(gè)獨(dú)立的 DMA 通道，其中的每個(gè) DMA 通道都可以根據(jù)描述符執(zhí)行讀或?qū)懖僮鳌?/span>

除此之外，為了更好地幫助用戶實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)，井芯微還提供完善的產(chǎn)品用戶資料 (數(shù)據(jù)手冊(cè)、用戶手冊(cè)、軟件使用說明)、豐富的產(chǎn)品開發(fā)板卡 (功能評(píng)估子卡、OPT 功能評(píng)估板)、廣泛應(yīng)用場(chǎng)景的參考設(shè)計(jì) (開發(fā)應(yīng)用手冊(cè)、設(shè)計(jì)兼容性手冊(cè)、原理圖設(shè)計(jì)手冊(cè)、用戶使用手冊(cè))和 豐富的軟件工具 ( RapidIO 快速配置軟件、SerDes 調(diào)節(jié)工具、芯片驅(qū)動(dòng)軟件)，其中驅(qū)動(dòng)軟件支持麒麟、天脈3、統(tǒng)信、FPGA 嵌入式等國(guó)內(nèi)主流操作系統(tǒng)。

橋接芯片市場(chǎng)前景廣闊

橋接芯片克服了主機(jī)接口到外設(shè)之間的限制，是管理不同總線接口之間通信的新一代接口解決方案。橋接芯片應(yīng)用在不同接口格式的設(shè)備源與顯示終端之間，可將原有系統(tǒng)和新系統(tǒng)連接起來，如將USB接口轉(zhuǎn)換為SATA、I2C等標(biāo)準(zhǔn)接口。根據(jù)轉(zhuǎn)換類型不同，橋接芯片可分為USB橋接芯片、PCI/PCIe橋接芯片、SATA橋接芯片等。

近年來，由于科技技術(shù)進(jìn)步、互聯(lián)網(wǎng)普及率提升，數(shù)據(jù)傳輸需求不斷釋放，與此同時(shí)，信號(hào)接口及協(xié)議也不斷迭代，而在信號(hào)傳輸過程中，通常須經(jīng)過橋接轉(zhuǎn)換成相同的信號(hào)協(xié)議。橋接芯片實(shí)現(xiàn)了信號(hào)在不同數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用在汽車電子、高清視頻、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制、新能源、互聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，其中2021年，我國(guó)高清視頻橋接芯片市場(chǎng)規(guī)模接近9.6億元。

橋接芯片應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)需求空間廣闊，未來隨著5G、自動(dòng)駕駛、工業(yè)4.0等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，橋接芯片市場(chǎng)需求將進(jìn)一步釋放。預(yù)計(jì)2023-2027年，全球橋接芯片市場(chǎng)仍將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并將于2027年達(dá)到8.0億美元。我國(guó)電子、汽車等產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，橋接芯片市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊，在預(yù)期內(nèi)，我國(guó)橋接芯片市場(chǎng)將以高于全球平均水平的增速增長(zhǎng)。

目前全球橋接芯片市場(chǎng)基本由北美、歐洲及中國(guó)地區(qū)的企業(yè)所占據(jù)，頭部企業(yè)主要有FTDI、芯科、智微科技、德州儀器、英飛凌等。FTDI擁有二十余年的橋接芯片行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，是全球USB橋接芯片領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，2022年6月，電連技術(shù)擬收購海外橋接芯片廠商FTDI，交易完成后，F(xiàn)TDI將成為電連技術(shù)公司控股子公司。

新思界行業(yè)分析人士表示，橋接芯片應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及到消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子、工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域，目前我國(guó)正加速發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，隨著信息技術(shù)進(jìn)步，數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)轉(zhuǎn)換等需求將持續(xù)釋放，橋接芯片可實(shí)現(xiàn)信號(hào)在不同數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，未來市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊。


高速智能互聯(lián)芯片的發(fā)展趨勢(shì)

1）傳輸速度更高帶來Repeater芯片的需求增長(zhǎng)

隨著CPU性能不斷提升，數(shù)據(jù)傳輸速度顯著提升，但高速信號(hào)在通過電纜或印刷電路板時(shí)的衰減現(xiàn)象也更加嚴(yán)重。中繼器芯片主要用于解決信號(hào)高速傳輸過程中的衰減問題。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的快速攀升，以及USB4標(biāo)準(zhǔn)和DP2.1標(biāo)準(zhǔn)的推出，Re-timer芯片憑借其穩(wěn)定性、遠(yuǎn)距離、低功耗的優(yōu)勢(shì)正在成為消費(fèi)電子PCB板中不可或缺的芯片。

在服務(wù)器領(lǐng)域，隨著5G、云計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展，服務(wù)器市場(chǎng)將迎來高速發(fā)展的歷史機(jī)遇，服務(wù)器接口將呈現(xiàn)出從SATA向PCIe加快演進(jìn)的趨勢(shì)，使得PCIeRe-timer芯片成為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器PCB板中必備的芯片。

在汽車電子領(lǐng)域，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)更新?lián)Q代，“機(jī)器視覺+激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)”正在成為高級(jí)別自動(dòng)駕駛的核心方案。Re-timer芯片可以滿足信號(hào)從攝像頭傳送至車載中控系統(tǒng)中的穩(wěn)定性、可靠性、低延時(shí)、長(zhǎng)距離、低功耗及抗電磁干擾等多項(xiàng)要求。

2）接口形態(tài)向USBType-C統(tǒng)一，帶動(dòng)Controller芯片和Converter芯片需求快速增長(zhǎng)

早期個(gè)人電腦、桌面顯示器及電視、商顯等其他顯示設(shè)備采用的接口形態(tài)非常豐富，包括USB、HDMI、LAN、VGA等。USBType-C作為新一代通用接口整合了所有視頻信號(hào)傳輸協(xié)議，同時(shí)支持電源傳輸和普通數(shù)據(jù)傳輸，大大簡(jiǎn)化設(shè)備主板上的端口設(shè)計(jì)，降低設(shè)備生產(chǎn)成本，減輕設(shè)備體積。近年來，消費(fèi)電子輕薄化是大勢(shì)所趨，例如高端主流筆記本電腦開始僅保留若干個(gè)USBType-C接口，預(yù)計(jì)未來將有更多產(chǎn)品將USBType-C接口作為設(shè)備的唯一輸入/輸出接口。

根據(jù)CredenceResearch統(tǒng)計(jì)，2018年全球USBType-C接口市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3,800億美元，預(yù)計(jì)2019-2027年，全球USBType-C接口市場(chǎng)規(guī)模將以25.7%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。

此外，雖然接口形態(tài)有統(tǒng)一到USBType-C的發(fā)展趨勢(shì)，但由于不同顯示終端所采用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)眾多，包括VGA、DVI、HDMI、DP等，為實(shí)現(xiàn)在不同終端之間的視頻傳輸，在不同接口或傳輸協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換日益頻繁催生對(duì)應(yīng)用于接口轉(zhuǎn)換的Converter芯片的大量需求。