1、概述

    從1959年美國TI公司發(fā)明第一塊集成電路（IC）以后，集成電路工藝技術(shù)即向著兩個(gè)方向發(fā)展：

    （1）沿硅片橫向和垂直硅片縱向加工精度的提高方向，使得器件特征尺寸從亞微米、深亞微米、超深亞微米（VDSM）到納米(nm)，并能形成各種結(jié)構(gòu)；

    （2）沿勻場(chǎng)范圍的擴(kuò)大方向，使得芯片面積由100mm2增加到200mm2甚至300mm2及以上。每個(gè)管子在縮小，芯片面積在擴(kuò)大，兩者的乘積使得IC集成度的CAGR（CommutationAverageGrowthRate）每年達(dá)到58％。這就是摩爾(Moore)定律指出的三年翻四番。

    微電子的加工技術(shù)已達(dá)到這樣的程度：能在硅片上制作出電子系統(tǒng)需要的所有部件，包括各種有源和無源的元器件、互連線，甚至機(jī)械部件。因此，已具有了由集成電路(IC)向系統(tǒng)集成（IS）發(fā)展的條件。

    在工藝能力提高的同時(shí)，IC的設(shè)計(jì)能力也在不斷提高，由于新的ICCAD工具不斷出現(xiàn)，使得IC設(shè)計(jì)能力大約每10年出現(xiàn)一次階躍式的提高，**地縮小了和工藝能力的差距。

    第一代ICCAD，把IC中的重復(fù)結(jié)構(gòu)建立版圖庫。利用系統(tǒng)的復(fù)制功能，提高了版圖設(shè)計(jì)效率；80年代出現(xiàn)的以門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元布局布線為主要內(nèi)容的第二代ICCAD系統(tǒng)，及90年代出現(xiàn)的綜合（synthesis）系統(tǒng)，把設(shè)計(jì)水平從原理圖輸入提高到行為描述，進(jìn)一步縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。特別是標(biāo)準(zhǔn)單元庫包括IP核的發(fā)展，從基本單元電路，到功能模塊、子系統(tǒng)、系統(tǒng)，充分利用已有的設(shè)計(jì)積累，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)重用，提高了設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

    同時(shí)，IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了電路集成、功能集成、技術(shù)集成，直到今天基于計(jì)算機(jī)軟硬件的知識(shí)集成。特別是MCU的出現(xiàn)和普及，使傳統(tǒng)電子系統(tǒng)全方面進(jìn)入了現(xiàn)代電子系統(tǒng)。電子系統(tǒng)追求的目標(biāo)之一就是*大限度地簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，達(dá)到整體產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性、精度、穩(wěn)定等品質(zhì)指標(biāo)。而SOC技術(shù)將電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、低功耗等都考慮在IC設(shè)計(jì)之中，把過去許多需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決的問題集中在IC設(shè)計(jì)中解決，使系統(tǒng)工程師能將精力集中在研究對(duì)象領(lǐng)域中的諸問題。SOC理所當(dāng)然成為微電子領(lǐng)域IC設(shè)計(jì)的*終目標(biāo)和現(xiàn)代電子系統(tǒng)的*佳選擇。因此，無論從IC工藝條件還是設(shè)計(jì)能力及產(chǎn)業(yè)需求來說，都已將SOC推到了技術(shù)發(fā)展的前沿。

    SOC的設(shè)計(jì)技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，IC設(shè)計(jì)者能夠?qū)⒂鷣碛鷱?fù)雜的功能集成到單硅片上,SOC正是在集成電路(IC)向集成系統(tǒng)(IS)轉(zhuǎn)變的大方向下產(chǎn)生的。所謂的SOC主要有三個(gè)含義：

    (1)SOC是System-on-a-Chip的縮寫，稱為系統(tǒng)級(jí)芯片，也稱片上系統(tǒng)，意指它是一個(gè)產(chǎn)品，是一個(gè)有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容；

    (2)SOC也是Service-OrientedComputing的縮寫，即“面向服務(wù)的計(jì)算”；

    (3)SOC也是SignalOperationControl的縮寫，也稱為信號(hào)操作控制器。它不是創(chuàng)造概念的發(fā)明，而是針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)狀提出的一種融合性產(chǎn)品。它采用的技術(shù)是正在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用的成熟技術(shù)，但又不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單堆砌，是對(duì)眾多實(shí)用技術(shù)進(jìn)行封裝、接口、集成，形成全新的一體化的控制器。以前需要一個(gè)集成商來做的工作，現(xiàn)在由一個(gè)控制器就可以完成，這就是SOC。

    顯然，用英文縮寫的SOC的定義多種多樣，由于其內(nèi)涵豐富、應(yīng)用范圍廣，很難給出**定義。但SOC多用上面的第1種定義，即為系統(tǒng)級(jí)芯片或片上系統(tǒng)。同時(shí)它又是一種技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開始，到軟/硬件劃分，并完成設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。

    所謂SOC技術(shù)，就是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想，就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。在使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，除了那些無法集成的外部電路或機(jī)械部分以外，其他所有的系統(tǒng)電路全部集成在一起。

    從狹義角度講，SOC是信息系統(tǒng)核心的芯片集成，是將系統(tǒng)的關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上；從廣義角度講，SOC是一個(gè)微型系統(tǒng)，如果說中央處理器(CPU)是大腦，SOC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界一般傾向?qū)OC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲(chǔ)器(或片外存儲(chǔ)控制接口)集成在單一芯片上,它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

    SOC定義的基本內(nèi)容主要表現(xiàn)在兩方面：

    (1)它的構(gòu)成。系統(tǒng)級(jí)芯片的構(gòu)成可以是系統(tǒng)級(jí)芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU內(nèi)核模塊、數(shù)字信號(hào)處理器DSP模塊、嵌入的存儲(chǔ)器模塊、與外部進(jìn)行通訊的接口模塊、含有ADC/DAC的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊；對(duì)于一個(gè)無線SOC還要有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA或ASIC實(shí)現(xiàn))以及微電子機(jī)械模塊；更為重要的是，一個(gè)SOC芯片內(nèi)嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應(yīng)用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。

    (2)它的形成過程。系統(tǒng)級(jí)芯片形成或產(chǎn)生過程包含以下三個(gè)方面：

    ①基于單片集成系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；

    ②利用邏輯面積技術(shù)使使用和產(chǎn)能占有比例**提高，即開發(fā)和研究IP核生成及復(fù)用技術(shù)，特別是大容量的存儲(chǔ)模塊嵌入的重復(fù)應(yīng)用等；

    ③超深亞微米(UDSM)、納米集成電路的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)。

    因此，SOC是將信息處理的算法、邏輯電路的結(jié)構(gòu)、各個(gè)層次的電路以器件的方式集成在一塊芯片上，從而具備整機(jī)的功能。這里包括：

    ①算法功能的突破。增加模糊算法、神經(jīng)元算法以及安全算法。

    ②電路結(jié)構(gòu)突破。因CMOS有很長的生命力，由于引入RF和Flash等又將有新的發(fā)展。

    具體地說，SOC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括總線架構(gòu)技術(shù)、IP核可復(fù)用技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、SOC驗(yàn)證技術(shù)、可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)、超深亞微米電路實(shí)現(xiàn)技術(shù)等；此外，還要做嵌入式軟件移植、開發(fā)研究等。

    下面再介紹芯片SOC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其在安防集成中的應(yīng)用。

    2、芯片SOC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

    集成電路(IC)的發(fā)展已有40多年的歷史，它一直遵循著1965年摩爾提出的規(guī)律增長，即集成電路中晶體管的數(shù)目每18個(gè)月增加一倍。每2～3年制造技術(shù)更新一代，這是基于柵長不斷縮小的結(jié)果，器件柵長的縮小又基本上依照等比例縮小的原則，并促進(jìn)其它工藝參數(shù)的提高。現(xiàn)按此規(guī)律，集成電路的基本單元CMOS器件已進(jìn)入超深亞微米乃至納米加工時(shí)代(即器件的柵長小于50nm)。由于信息市場(chǎng)的需求和微電子自身的發(fā)展，引發(fā)了以微細(xì)加工（集成電路特征尺寸不斷縮?。橹饕卣鞯亩喾N工藝集成技術(shù)和面向應(yīng)用的系統(tǒng)級(jí)芯片的發(fā)展。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入納米加工時(shí)代，在單一集成電路芯片上就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，諸如手機(jī)芯片、數(shù)字電視芯片、DVD芯片等等。

    世界集成電路大生產(chǎn)目前已經(jīng)進(jìn)入納米時(shí)代，全球多條90nm/12英寸生產(chǎn)線用于規(guī)?；a(chǎn)，基于65nm之間水平線寬的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)基本成形，Intel公司的CPU芯片已經(jīng)采用45nm的生產(chǎn)工藝。在世界*高水平的單片集成電路芯片上，所容納的元器件數(shù)量已經(jīng)達(dá)到80多億個(gè)。如2006年，單片系統(tǒng)集成芯片的*小特征尺寸0.09μm、芯片集成度達(dá)2億以上個(gè)晶體管、芯片面積520mm2、7～8層金屬連線、管腳數(shù)4000個(gè)、工作電壓0.9～1.2V、工作頻率2～2.5GHz，功率160W。到2010年，己提高到0.07μm的水平。而硅IC晶片直徑尺寸，如2000年～2005年己從200mm轉(zhuǎn)向300mm，2006～2010年又轉(zhuǎn)向到400mm。單片硅集成技術(shù)*小特征尺寸的發(fā)展?fàn)顩r如表1所示。

表1、單片硅集成技術(shù)*小特征尺寸的發(fā)展?fàn)顩r   

    整個(gè)半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展隨著晶體管柵長及光刻間距持續(xù)地縮小，使得芯片能夠在面積越來越小的同時(shí)，獲得較快的運(yùn)行速度，同時(shí)也使得一個(gè)晶圓所能產(chǎn)出的芯片數(shù)目越來越多，大幅提高晶圓工藝的生產(chǎn)力。整個(gè)半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展仍是呈現(xiàn)持續(xù)加速的狀態(tài)，特別是在DRAM、MPU等領(lǐng)域，而光刻等微細(xì)加工技術(shù)則呈現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)展。

    在集成電路設(shè)計(jì)中，硅技術(shù)是主流技術(shù)，硅集成電路產(chǎn)品是主流產(chǎn)品，占集成電路設(shè)計(jì)的90%以上。正因?yàn)楣杓呻娐吩O(shè)計(jì)的重要性，各國都很重視。目前，產(chǎn)業(yè)鏈的上游仍被美國、日本和歐洲等**和地區(qū)占據(jù)，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和裝備等核心技術(shù)也由其掌握。

    以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)目前超過了以汽車、石油和鋼鐵為代表的傳統(tǒng)的工業(yè)而成為第1大產(chǎn)業(yè)，成為改造和拉動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時(shí)代的強(qiáng)大引擎和雄厚基石。以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的世界貿(mào)易總額約占世界GNP的3%，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)表明，每l～2元集成電路產(chǎn)值，帶動(dòng)10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值的形成，進(jìn)而帶動(dòng)100元GDP的增長。發(fā)達(dá)的**國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增長部分的65%目前與集成電路相關(guān)。作為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，擁有自主版權(quán)的集成電路日益成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵、社會(huì)進(jìn)步的基礎(chǔ)、國際競(jìng)爭(zhēng)的籌碼和**安全的保障。

    隨著集成方法學(xué)和微細(xì)加工技術(shù)的持續(xù)成熟與應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，不同類型的集成電路相互鑲嵌，形成了各種嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)和片上系統(tǒng)(SystemonChip即SOC)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)從集成電路(IC)到系統(tǒng)集成(IS)過渡中，“硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)模塊”和“軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)”技術(shù)興起，可以將一個(gè)電子子系統(tǒng)或整個(gè)電子系統(tǒng)“集成”在一個(gè)硅芯片上，以完成信息加工與處理的功能。如1995年LSILogic公司為Sony公司設(shè)計(jì)的SOC，可能就是基于IP(IntellectualProperty)核完成SOC設(shè)計(jì)的*早報(bào)導(dǎo)。由于SOC可以充分利用已有的設(shè)計(jì)積累，顯著地提高了ASIC的設(shè)計(jì)能力，因此發(fā)展非常迅速，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

    SOC是集成電路發(fā)展的必然趨勢(shì)，其技術(shù)特點(diǎn)是：半導(dǎo)體工藝技術(shù)的系統(tǒng)集成；軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的集成。

    SOC具有的優(yōu)勢(shì)是，能創(chuàng)造其產(chǎn)品價(jià)值與市場(chǎng)需求：降低耗電量；減少體積；增加系統(tǒng)功能；提高速度；節(jié)省成本。

    眾所周知，“IC”(IntegratedCircuit)是集成電路的*早定義，它出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，如集成電路74系列、4000系列諸邏輯器件等，它屬于功能級(jí)芯片；后十年左右出現(xiàn)了“ASIC”(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)，即具有某種特定功能的集成電路、立體聲解碼、維特比糾錯(cuò)芯片等，屬于專業(yè)級(jí)芯片；到90年代后出現(xiàn)了直接使用系統(tǒng)芯片開發(fā)產(chǎn)品，即呈爆炸性發(fā)展的“SOC”，屬于系統(tǒng)級(jí)芯片：再后至本世紀(jì)初“SIP”(SystemInPackage)、“MCP”(MultiChipPackage)已出現(xiàn)在越來越多的場(chǎng)合，即針對(duì)產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品芯片，因而“SIP”屬于產(chǎn)品級(jí)芯片，是SOC的一種延伸。

    因此，“IC”--“ASIC”--“SOC”--“SIP”是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展標(biāo)志。

    所謂SIP是指將系統(tǒng)所需不同SOC及其配置芯片的裸die綁定連接后再封裝，需要具備SOC及SOC以外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。如圖1所示。

圖1、用不同SOC及其配置芯片5層綁定的SIP實(shí)物像片

    如某集成電路暨系統(tǒng)集成公司，在研發(fā)完成64bitCPUSOC后，又斥巨資以SIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單芯片系統(tǒng)集成，單芯片內(nèi)除計(jì)算機(jī)各部功能外，內(nèi)置數(shù)Gb的RAM、Flash、顯示功能core；同時(shí)將Windows操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件也實(shí)現(xiàn)了芯片內(nèi)置。下一步的發(fā)展目標(biāo)是將64bitCPU系統(tǒng)、GPRS(CDMA)系統(tǒng)、圖像芯片整合為一顆芯片。

    市場(chǎng)的需求決定著需要研發(fā)的SOC，考慮到我國巨大的移動(dòng)通信和數(shù)字家電市場(chǎng)的核心芯片主要依賴于進(jìn)口的狀況，研發(fā)數(shù)字家電類SOC已為國內(nèi)各大IC設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、公司所看好，紛紛投入人力、物力進(jìn)行這兩個(gè)方面SOC的研發(fā)工作。國內(nèi)移動(dòng)通信類SOC的研發(fā)主要集中在華為、中興、大唐等通信公司；數(shù)字家電類SOC的研發(fā)主要集中在海爾、華大、華虹等設(shè)計(jì)公司。目前，海爾研發(fā)出的可產(chǎn)品化的HMD2002芯片集傳統(tǒng)MPEG-2芯片組于一身，含有下列成分：MPU、OSD處理器、解擾器、解復(fù)用器、MPEG-2視頻解碼器、音頻解碼器(Musicam或DolbyDigital)和PAL/NTSC/SECAM數(shù)字編碼器，主要完成DVB解擾、MPEG-2解復(fù)用、MPEG-2解壓縮、音視頻信號(hào)恢復(fù)和模擬音視頻信號(hào)合成編碼等信源解碼工作。隨著進(jìn)一步研發(fā)，海爾數(shù)字電視SOC芯片將把信道解碼部分也包含進(jìn)去，真正成為數(shù)字電視的單芯片解決方案。

    值得指出的是，集成電路技術(shù)的發(fā)展，并不意味著一代淘汰一代。實(shí)際上是多代并存，以成本*低，收益/投人比*大的原則各自占領(lǐng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。如目前已使用300mm硅片，但生產(chǎn)上仍使用150mm、200mm硅圓片，實(shí)際上150mm和200mm硅片的生產(chǎn)量幾乎相等。100mm硅片的產(chǎn)量仍有一定的比例。而且特征加工尺寸≥0.5μm的在200mm硅片生產(chǎn)中仍占有21％的比例。

    未來十幾年，是我國微電子發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。要充分利用我國經(jīng)濟(jì)調(diào)整發(fā)展和巨大市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，精心規(guī)劃，重點(diǎn)扶持，力爭(zhēng)通過10年或略長一些時(shí)間的努力，充分掌握集成電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，提高國內(nèi)外市場(chǎng)占有率和國內(nèi)市場(chǎng)的自給率，以滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防工業(yè)對(duì)集成電路的需求。并且，形成良性循環(huán)的科研、生產(chǎn)體系，把我國微電子產(chǎn)業(yè)推進(jìn)到一個(gè)嶄新的階段。

    實(shí)際上，集成系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)：

    (1)軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)：面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論，硬件和軟件更加緊密結(jié)合不僅是SOC的重要特點(diǎn)，也是21世紀(jì)IT業(yè)發(fā)展的一大的趨勢(shì)；

    (2)IP模塊庫技術(shù)：IP模塊有三種，即軟核(主要是功能描述)、固核(主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))和硬核(基于工藝的物理設(shè)計(jì)，與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝和實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)過的)。其中以硬核使用價(jià)值*高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成為硬核，其中尤以基于超深亞微米的器件模型和電路模擬基礎(chǔ)上在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有*大工藝容差的模塊*有價(jià)值；

    (3)模塊界面間的綜合分析技術(shù)：這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)和IP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

    通過以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新，必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)級(jí)芯片為特色的信息技術(shù)上的革命。目前SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

    3、SOC技術(shù)在安防集成中的應(yīng)用

    隨著安防視頻監(jiān)控技術(shù)由數(shù)字化向網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化的發(fā)展，對(duì)安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的融合集成要求越來越高。隨著微電子技術(shù)以及SOC芯片處理技術(shù)的不斷發(fā)展，從而可融合集成一個(gè)“單片系統(tǒng)”，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品集成度，降低了成本，為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個(gè)更好的硬件平臺(tái)。這個(gè)SOC芯片，即是具有多處理器核心的單片集成系統(tǒng)，其中集成有CPU主處理器，所集成的核心既可以是ASIC類的硬核，也可以是DSP或協(xié)處理器類的軟核，甚至也包含其它的專用處理子系統(tǒng)，且集成有豐富的外設(shè)。由于SOC是面向特性應(yīng)用的片上系統(tǒng)，結(jié)合硬件加速等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)H.264的高復(fù)雜度的算法運(yùn)算，并可針對(duì)視頻編碼方面進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)*優(yōu)化效果。

    SOC芯片從2006年開始就在視頻監(jiān)控設(shè)備中得到應(yīng)用，它經(jīng)歷了CPU+DSP到CPU+ASIC的發(fā)展過程。CPU+ASIC在近幾年給DSP市場(chǎng)帶來了沖擊，它把視頻編解碼算法固化在芯片內(nèi)，集成豐富的外圍接口，并通過提供完善的開發(fā)工具，極大地降低了DVR、DVS、IPC等監(jiān)控設(shè)備開發(fā)門檻。

    利用SOC的主要價(jià)值是它可以用較短的時(shí)間將產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來，從而縮短產(chǎn)品的上市周期，**地降低系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。目前歐美市場(chǎng)的DVR廠商多采用SOC芯片方案；我國臺(tái)灣的DVR廠商也多采用SOC芯片方案，華南地區(qū)的DVR企業(yè)也大多采用SOC芯片方案，華東、華北地區(qū)的DVR企業(yè)開始采用DSP芯片方案多一些，但隨著SOC芯片技術(shù)的日漸成熟，也逐漸采用SOC芯片方案。隨著產(chǎn)品集成度的提升，單路視頻壓縮處理的成本開始大幅降低，從而推動(dòng)了安防視頻監(jiān)控技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模化發(fā)展。

    目前，很多半導(dǎo)體方案提供商都在走向SOC，致力于提高集成度，引入**工藝，降低系統(tǒng)成本，改善系統(tǒng)性能以增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。每一代新的SOC都能更為**地優(yōu)化和共享資源，增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同工作能力，*小化成本、功耗，同時(shí)提高產(chǎn)品的可靠性。現(xiàn)在，所有芯片供應(yīng)商都將致力于使下一代SOC能進(jìn)行1080PH.264HD編碼。

    SOC不是簡(jiǎn)單的一個(gè)芯片，而是一個(gè)解決方案。它的出現(xiàn)，降低了設(shè)備成本，助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)，也加速了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形成。同時(shí)，它**地節(jié)省了設(shè)備廠家的對(duì)基本功能的大量的重復(fù)開發(fā)工作，讓設(shè)備廠家真正聚焦行業(yè)的需求應(yīng)用。隨著SOC芯片的發(fā)展，會(huì)推動(dòng)安防監(jiān)控產(chǎn)品規(guī)模化發(fā)展，加速安防產(chǎn)品的普及度。DVR產(chǎn)品未來將會(huì)向多元化發(fā)展，以適應(yīng)不同行業(yè)應(yīng)用需求的發(fā)展，一方面通過集成度的不斷提高降低成本，開發(fā)出更加普及化的產(chǎn)品；另一方面針對(duì)專業(yè)行業(yè)推出具有個(gè)性化的產(chǎn)品，適應(yīng)不同專業(yè)市場(chǎng)的需求。

    嵌入式DVR是在DVR應(yīng)用成熟之后出現(xiàn)的新型產(chǎn)品形態(tài)，目前成為了市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。單芯片SOC方案具有集成度高、成本低和可靠性高的特點(diǎn)，非常適合安防行業(yè)的應(yīng)用。下面列舉幾款在DVR、DVS與IPC中采用較為普遍的SOC。

    （1）升邁科技推出的GM8180是高度集成的編解碼系統(tǒng)單芯片，支持H.264、MPEG-4以及JPEG編解碼，CPU核心頻率可達(dá)333/500MHz，這給執(zhí)行各種音頻壓縮編解碼提供了動(dòng)力。GM8180集成各種存儲(chǔ)方式接口，還有圖形輸出接口。它支持高清影像傳輸接口，集成H.264硬件解碼，在分辨率1280×720和1280×960下，H.264壓縮效能可以達(dá)到30和22.5幀。還有雙芯片主/從架構(gòu)，同時(shí)具備雙重PCI主/從模式的設(shè)計(jì)，也大幅減少多通道DVR應(yīng)用的系統(tǒng)復(fù)雜度，單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)H.264D175fps的編解碼，非常適用于4路、8路H.264DVR。升邁科技于2008年底推出了針對(duì)4/8/16chDVR的GM8185(高效4D1Encode+2D1Decode)整合單芯片。

    （2）海思開始推出的SOC芯片是Hi3510、接著推出了Hi3511與Hi3512。如Hi3511是全球**帶有MUX功能的H.264SOC芯片，單芯8路性能，是目前性價(jià)比*優(yōu)的CIFDVR解決方案。Hi3511集成性能高達(dá)250FPS（352×288分辨率）的H.264/MJPEG雙碼流硬件編解碼器和主頻288MHz的ARM926處理器，支持4路BT656視頻輸入，16路音頻輸入和PCI接口，提供靈活的從1路到32路系列化嵌入式DVR和PCBasedDVR產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)方案，**地降低了客戶開發(fā)與存儲(chǔ)成本。

    海思提供的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PC端H.264解碼庫，性能高達(dá)600FPS，解碼效率達(dá)到業(yè)界一流水平，可滿足平臺(tái)化、多通道管理的客戶需求。而Hi3512，是市面上性價(jià)比*高的4路DVR解決方案，不僅把性能提高到實(shí)時(shí)同編同解、網(wǎng)傳等多工能力，還把BOM成本做到MPEG4的水平，是目前4路DVR的*佳選擇。Hi3511與Hi3512同樣也是比較好的DVS與IPC產(chǎn)品的SOC芯片，欲了解該芯片在DVR、DVS與IPC中實(shí)現(xiàn)方案的詳情，可參閱本人在2010年10月《CPS安防集成商》上發(fā)表的“當(dāng)前市場(chǎng)海思主流芯片在安防監(jiān)控中的應(yīng)用方案”一文。

    目前，海思的第3代Hi3520芯片更加適用于現(xiàn)代高清的發(fā)展，它是基于ARM11處理器內(nèi)核，其處理頻率達(dá)600MHz，雙DDR架構(gòu)能提供更大的數(shù)據(jù)處理帶寬和能力，能提供*佳的多路編解碼DVR方案，*高分辯率1920×1080p@30Hz，接口豐富，能夠帶來更加清晰的畫質(zhì)和視頻體驗(yàn)。顯然，它將會(huì)在市場(chǎng)獲得更為廣泛的應(yīng)用。

    （3）TI針對(duì)數(shù)字多媒體的SOC芯片TMS320DM642通過與杭州?？低暤暮献?，成功推出了H.264的數(shù)字視頻硬壓卡；TMS320DM6446基于CPU+DSP的SOC芯片成為DVR設(shè)計(jì)的高性價(jià)比平臺(tái)；支持1080p高清編解碼的SOC芯片TMS320DM6467達(dá)芬奇處理器是一種基于DSP的片上系統(tǒng)(SOC)，特別適合實(shí)時(shí)多格式高清(HD)視頻轉(zhuǎn)碼，并配套提供完整的開發(fā)工具與數(shù)字媒體軟件。該系統(tǒng)解決方案集成了ARM926EJ-S內(nèi)核與600MHzC64x+DSP內(nèi)核，并采用高清視頻協(xié)處理器、轉(zhuǎn)換引擎與目標(biāo)視頻端口接口，在執(zhí)行高達(dá)H.264HP@L4(1080p30fps、1080i60fps、720p60fps)的同步多格式高清編碼、解碼與轉(zhuǎn)碼方面，比前代處理器性能提高了十倍。顯然，它將會(huì)成為下一代安防產(chǎn)品的重要開發(fā)平臺(tái)。其他芯片如DM644x、DM643x、DM646x、DM648、DM3xx等也都適合數(shù)字視頻服務(wù)器和錄像機(jī)等產(chǎn)品的應(yīng)用。

    （4）恩智浦NXP目前有PNX1700、PNX1005用作DVR、DVS、NVR、混合DVR、IPC（IP攝像機(jī)）的主機(jī)處理器或協(xié)處理器。自2007年到現(xiàn)在，PNX1700被廣泛用作DVR/DVS/NVR等的SOC或協(xié)處理器。PNX1700系列芯片適合于8×CIFMPEG4編碼，也能提供高質(zhì)量的MPEG4視頻解碼和音頻解碼。它是基于DSP（采用TM5250內(nèi)核）的媒體處理器，支持視頻壓縮、視頻分析、視頻改善等，提供靈活的外設(shè)硬件模塊。新芯片PNX1005（采用TM3282DSP內(nèi)核）將支持8×CIFH.264壓縮或H.264720P壓縮。NXP將會(huì)把更多功能納入考慮，例如：更多的視頻輸入、PCIe、SATA、千兆位以太網(wǎng)、多重編碼能力、圖像/視頻預(yù)處理等。

    TI和NXP作為傳統(tǒng)DSP芯片廠商，隨著監(jiān)控設(shè)備商向標(biāo)準(zhǔn)的H.264壓縮技術(shù)的逐漸靠攏，在陸續(xù)推出了ASIC+CPU或DSP+CPU架構(gòu)的SOC芯片方案后，已經(jīng)將目標(biāo)投向純SOC芯片的研發(fā)，為DVR、NVS、IpCamera量身定制SOC方案。升邁和海思一直致力于SOC芯片的研發(fā)和推廣，為SOC芯片引入視頻監(jiān)控領(lǐng)域已做出了很大貢獻(xiàn)，并已經(jīng)取得了很大的成績(jī)。

    SOC芯片的發(fā)展趨勢(shì)將表現(xiàn)在主控CPU的升級(jí)換代、視頻協(xié)處理器的能力增強(qiáng)、DSP資源**同于增值應(yīng)用且同時(shí)支持定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算，還有更多的高性能外設(shè)接口被集成到單片中來，如DVI、SATA、PCIe等等。

    下一代安防專用SOC芯片的發(fā)展已經(jīng)非常明晰：SOC芯片要設(shè)計(jì)具有D1/CIF雙碼流設(shè)計(jì)能力；能低成本組成1～16路D1DVR；具有高清輸出系統(tǒng)（包括接口和輸出能力）；具有固化標(biāo)準(zhǔn)H.264壓縮算法以降低壓縮成本；具有高清解碼能力；具有高性能CPU等。從SOC芯片的發(fā)展趨勢(shì)看來，“圍繞著用戶的體驗(yàn)用*優(yōu)性價(jià)比的方式實(shí)現(xiàn)”是SOC芯片的重要發(fā)展軌跡。

    4、結(jié)束語

    由上看出，系統(tǒng)級(jí)芯片SOC已經(jīng)成為IC業(yè)界的焦點(diǎn),其要求的性能越來越強(qiáng)，規(guī)模越來越大。SOC技術(shù)在安防集成的應(yīng)用中將越來越廣，尤其安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化更是離不開它。顯然，它的發(fā)展也將推動(dòng)安防視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

    需要指出的是，在SOC設(shè)計(jì)中，仿真與驗(yàn)證是SOC設(shè)計(jì)流程中*復(fù)雜、*耗時(shí)的環(huán)節(jié)，約占整個(gè)芯片開發(fā)周期的50%～80%，因而采用**的設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證方法將成為SOC設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。SOC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是基于SOC開發(fā)平臺(tái),基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)是一種可以達(dá)到*大程度系統(tǒng)重用的面向集成的設(shè)計(jì)方法，分享IP核開發(fā)與系統(tǒng)集成成果，不斷重整價(jià)值鏈，在關(guān)注面積、延遲、功耗的基礎(chǔ)上，還要向成品率、可靠性、EMC、成本、易用性等轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)級(jí)集成能力快速地發(fā)展。