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

2022年10月，在經(jīng)過一年半的攻堅克難之后，井芯微電子技術(天津)有限公司繼發(fā)布 240G 網(wǎng)絡 DPU 芯片 SDI2820 后，再度向市場推出國產(chǎn)替代新產(chǎn)品—— PRB0400 型 PCIe 轉 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 應用創(chuàng)新大會”上，井芯微電子芯片研發(fā)部門王盼部長代表公司正式宣布，在完成了包括芯片功性能、系統(tǒng)兼容性、老化穩(wěn)定性在內的多批次、多類型測試之后，PRB0400 開始進入量產(chǎn)應用階段。

全正向自主設計

PRB0400 芯片自主立項于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計算處理系統(tǒng)內部各組件之間的互連需求，實現(xiàn) PCIe 協(xié)議網(wǎng)絡和 RapidIO 協(xié)議網(wǎng)絡之間數(shù)據(jù)互連互通。該芯片可以輕松實現(xiàn) RapidIO 系統(tǒng)與 PCIe 系統(tǒng)的無縫連接，實現(xiàn)兩個生態(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)互連國際標準(ISO/IEC18372)，PCIe 則是一種高速串行計算機擴展總線標準。兩種協(xié)議在信息基礎設施中均有較為廣泛的應用以及互連需求，在器件級、板卡級和系統(tǒng)級的設備中大規(guī)模地采用了 PCIe 協(xié)議和 RapidIO 協(xié)議。

作為成功研制出國內首款 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)構建者，井芯微電子始終以更高的代際、更高的性能和更強的互連作為自身發(fā)展目標，努力將 SRIO 協(xié)議所支持的高可靠、低延時、高靈活特性拓展到其他協(xié)議領域。

“與競品相比，我們之所以能在如此短的時間內實現(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) 技術上的深厚積累和豐富的芯片開發(fā)經(jīng)驗，能夠將許多復雜問題簡單化，從而加速了上市時間。”王盼表示。

作為互連技術的新方向，SDI 技術在2009年由中國工程院鄔江興院士團隊所提出，其核心是打破現(xiàn)有網(wǎng)絡的剛性體系結構，實現(xiàn)從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層到業(yè)務層全維軟件定義的網(wǎng)絡體系，從而將剛性網(wǎng)絡變?yōu)槿嵝跃W(wǎng)絡，構建可定義、可重組、可重構、可重建的新一代軟件定義體系架構。

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 等構成的密集型電子系統(tǒng)，用于解決 PCIe 網(wǎng)絡與 RapidIO 網(wǎng)絡的連接問題，同時內嵌消息引擎和 BDMA 引擎，可以在無需主控處理器過多參與的情況下實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高效傳輸。

在井芯 PRB0400 芯片中，PCIe 接口實現(xiàn)與 PCIe 相關的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層協(xié)議功能，SRIO 接口則實現(xiàn)與 SRIO 相關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個獨立的處理引擎。映射引擎則是用于 PCIe 和 RapidIO 之間的地址映射和轉換，可根據(jù)需要進行分割和重組。BDMA 引擎支持8個獨立的 DMA 通道，其中的每個 DMA 通道都可以根據(jù)描述符執(zhí)行讀或寫操作。

除此之外，為了更好地幫助用戶實現(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、用戶手冊、軟件使用說明)、豐富的產(chǎn)品開發(fā)板卡 (功能評估子卡、OPT 功能評估板)、廣泛應用場景的參考設計 (開發(fā)應用手冊、設計兼容性手冊、原理圖設計手冊、用戶使用手冊)和 豐富的軟件工具 ( RapidIO 快速配置軟件、SerDes 調節(jié)工具、芯片驅動軟件)，其中驅動軟件支持麒麟、天脈3、統(tǒng)信、FPGA 嵌入式等國內主流操作系統(tǒng)。

橋接芯片市場前景廣闊

橋接芯片克服了主機接口到外設之間的限制，是管理不同總線接口之間通信的新一代接口解決方案。橋接芯片應用在不同接口格式的設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接口轉換為SATA、I2C等標準接口。根據(jù)轉換類型不同，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，由于科技技術進步、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，信號接口及協(xié)議也不斷迭代，而在信號傳輸過程中，通常須經(jīng)過橋接轉換成相同的信號協(xié)議。橋接芯片實現(xiàn)了信號在不同數(shù)據(jù)格式之間的轉換，廣泛應用在汽車電子、高清視頻、醫(yī)療設備、工業(yè)控制、新能源、互聯(lián)網(wǎng)、消費電子等領域，其中2021年，我國高清視頻橋接芯片市場規(guī)模接近9.6億元。

橋接芯片應用領域廣泛，市場需求空間廣闊，未來隨著5G、自動駕駛、工業(yè)4.0等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，橋接芯片市場需求將進一步釋放。預計2023-2027年，全球橋接芯片市場仍將保持增長態(tài)勢，并將于2027年達到8.0億美元。我國電子、汽車等產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，橋接芯片市場發(fā)展空間廣闊，在預期內，我國橋接芯片市場將以高于全球平均水平的增速增長。

目前全球橋接芯片市場基本由北美、歐洲及中國地區(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，是全球USB橋接芯片領域的領軍企業(yè)，2022年6月，電連技術擬收購海外橋接芯片廠商FTDI，交易完成后，F(xiàn)TDI將成為電連技術公司控股子公司。

新思界行業(yè)分析人士表示，橋接芯片應用領域廣泛，涉及到消費電子、醫(yī)療設備、汽車電子、工業(yè)控制等多個領域，目前我國正加速發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，隨著信息技術進步，數(shù)據(jù)傳輸、信號轉換等需求將持續(xù)釋放，橋接芯片可實現(xiàn)信號在不同數(shù)據(jù)格式之間的轉換，未來市場發(fā)展空間廣闊。


高速智能互聯(lián)芯片的發(fā)展趨勢

1）傳輸速度更高帶來Repeater芯片的需求增長

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

在消費電子領域，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的快速攀升，以及USB4標準和DP2.1標準的推出，Re-timer芯片憑借其穩(wěn)定性、遠距離、低功耗的優(yōu)勢正在成為消費電子PCB板中不可或缺的芯片。

在服務器領域，隨著5G、云計算、人工智能和大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展，服務器市場將迎來高速發(fā)展的歷史機遇，服務器接口將呈現(xiàn)出從SATA向PCIe加快演進的趨勢，使得PCIeRe-timer芯片成為數(shù)據(jù)中心服務器PCB板中必備的芯片。

在汽車電子領域，隨著自動駕駛技術更新?lián)Q代，“機器視覺+激光雷達+毫米波雷達”正在成為高級別自動駕駛的核心方案。Re-timer芯片可以滿足信號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、長距離、低功耗及抗電磁干擾等多項要求。

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

早期個人電腦、桌面顯示器及電視、商顯等其他顯示設備采用的接口形態(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傳輸協(xié)議，同時支持電源傳輸和普通數(shù)據(jù)傳輸，大大簡化設備主板上的端口設計，降低設備生產(chǎn)成本，減輕設備體積。近年來，消費電子輕薄化是大勢所趨，例如高端主流筆記本電腦開始僅保留若干個USBType-C接口，預計未來將有更多產(chǎn)品將USBType-C接口作為設備的唯一輸入/輸出接口。

根據(jù)CredenceResearch統(tǒng)計，2018年全球USBType-C接口市場規(guī)模達到3,800億美元，預計2019-2027年，全球USBType-C接口市場規(guī)模將以25.7%的年復合增長率持續(xù)增長。

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