公开课35期笔记：国科微解析基于国产标准的4K机顶盒芯片设计

公开课35期笔记：国科微解析基于国产标准的4K机顶盒芯片设计绿茶批发 （文/holly），2019年3月，国家发布了《超高清视频产业发展行动计划(2019年-2022年)》，该文件推测到2022年，4K产业生态体系将基本完善。此后，地方实施方案及配套政策启动，将“超高清显示”推向了

（文/holly），2019年3月，国家发布了《超高清视频产业发展行动计划(2019年-2022年)》，该文件推测到2022年，4K产业生态体系将基本完善。此后，地方实施方案及配套政策启动，将“超高清显示”推向了风口。与此同时，全国各地DVB机顶盒市场掀起了换机潮，为4K解码芯片带来了巨大的市场机遇。

集微直播间自开播以来获得了大量来自行业的关注与好评。其中“集微公开课”栏目联合行业头部企业，通过线上直播的方式分享精彩主题内容，同时设立直播间文字提问互动环节。希望将“集微公开课”栏目打造成中国ICT产业最专业、优质的线上培训课程，深化产教融合，助力中国ICT产业发展。

第三十五期“集微公开课”邀请到了国科微智能多媒体事业群芯片设计总监胡德才，带来以《基于国产标准的4K机顶盒芯片设计》为主题的精彩演讲。

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据胡德才介绍，超高清视频是继视频数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新，将带动视频采集、制作、传输、呈现、应用等产业链各环节发生深刻变革。自2012年ITU发布UHD标准建议以来，全球超高清产业步入了高速发展的阶段，截至目前，全球共有142个4K频道和服务。

我国在2019年3月制定了《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022）》，遵循“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。目前国内8K显示屏和电视机已初步实现量产，2021年CCTV将开展8K超高清技术试验。

胡德才指出，超高清是一个全产业链，涵盖网络、内容、期间、终端、运营、制造等环节。其中，国科微所做的是提供4K机顶盒芯片等核心关键芯片。

超高清带来了分辨率、帧率、色彩、色域、动态范围、三维立体声场等全方位的提升。包含四个一级技术分支，共计25个关键技术。其中，AVS技术于2006年成为了我国的信源编码标准。

从直观的感受来说，从720P到1080P分辨率提高了2倍，而从1080P到4K提高了4倍。

工艺选择、架构与关键规格剖析

胡德才表示：“以往我从事的行业都与机顶盒息息相关，从标清到高清再到超高清都有参与芯片的研发和量产。”

典型的标清产品配置单核CPU/RTOS系统，CPU频率为200~300MHz,工艺是180~90nm；高清产品配置双核CPU/Linux或TVOS系统，CPU频率为600~800MHz，采用55 ~ 40nm工艺；而超高清产品配置四核CPU，Android或TVOS系统，CPU频率在1GHz以上，工艺为28nm及以下。胡德才强调，“CPU是重要因素，还需综合考虑PPA。”

上述图片中“标红”的地方，4K芯片相对于1080P来说，差别比较大。“标黄”的地方可以认为是在架构上做的小调整，没有特别大的变化。而其它部分则是传统的架构。

胡德才称，在做4K芯片时，要关注AVS2、HDR、国密、ChinaDRM等关键规格。值得一提的是，国科微4K芯片的特色在于“全面拥抱国产标准”。

另外，胡德才强调，芯片涉及的IP非常多，在做芯片时，要考虑哪些IP需要自研、哪些IP需要外购、如何确保一次T/O成功等问题。

4K芯片设计、验证与实现

芯片验证包括Block Sim、SoC Sim、FPGA原型验证、 Emulator验证、Low power verification、GSIM等部分的工作。

其中，胡德才主要讲述了系统性能验证要关注以下四个方面：

1.典型（4K播放）和最大应用（画中画、视频通话等）场景定义；

2.单模块的访问特性；

3.基于硬件加速器的性能仿真：相较EDA仿真，效率大幅提升；

4.总线/DDR控制器的仲裁机制。

据胡德才介绍，4K芯片实现要点分为四个部分，即综合、DFT的设计、Timing Signoff和Power Signoff。“只有各个部分都做的非常好时，芯片才能导入量产。在这期间，会碰到不小的挑战。”胡德才如是说。

4K低功耗策略

胡德才指出，在过去一些年，其实低功耗的手段并没有出现特别多的新技术，但是将功耗做到极致仍面临不少挑战。

在Gate&Circuit-level阶段，要注意减少逻辑电路翻转、做好clock gating等工作。另外，胡德才强调：“低功耗设计，开始得越早，收益越大。”

胡德才列举了4K芯片低功耗实现的各种应用场景以及需要考虑的问题，如上图所示。

4K芯片量产的挑战

胡德才认为，对比1080P芯片来说,4K芯片有更多高速信号（DDR3/4，USB 3，HDMI 2.0）和电源信号，在基板/封装/PCB上面临了新的挑战。另外，更多模拟IP将会面临测试时间与测试成本的挑战。

胡德才总结了4K机顶盒的主要特点和应用市场，即（1）支持AVS2 4K@P60解码的智能4K解码芯片；(2)支持国密SM2/3/4加解密算法，从硬件上为广播电视安全保驾护航;(3)应用于DVB， IPTV，IPBOX等泛智能终端市场。

值得一提的是，2019年3月，CCBN展会上，国科微智能4K解码芯片精彩亮相。目前，4K解码芯片GK6323已获得湖南有线、山西广电网络青睐，正在导入河北、大连、甘肃等有线市场，开拓全国市场版图。

最后胡德才讲述了对8K的展望，8K会有更多的新技术、更高的性能和更好的视听体验。与此同时，8K技术也带来了更深度的挑战。

（校对/零叁）