芯片:夯实超高清产业基础

来源:《中国电子报》2021年04月30日

在电子信息产业的发展过程中,芯片往往起到“夯基垒台”的作用,支撑并控制着产业的前行。超高清视频作为融合采集、制作、传输、终端、内容、应用等多个节点的综合性产业,需要编解码、图像画质处理、终端主控、采集设备主控、存储、显示驱动、通信等多品类芯片的支持。目前,国内4K核心芯片布局初具体系,部分品类已经面向8K需求推出最新产品。2022年,我国超高清视频产业总体规模将超过4万亿元,相关部门、企业家表示,超高清芯片要打通自身产业链并融入超高清产业生态,以抢占市场先机。

初步形成对4K产业链的芯片支撑能力

更高的分辨率,意味着更先进的编解码技术标准、更大的数据处理量以及更高的画质要求。每一项显示效果的改进,都建立在芯片性能的提升和对特定功能的支持上。

“随着分辨率提升,芯片同一时间处理的数据量更多,需要进一步提升芯片架构的基础设计、算力、高速接口速度及接口标准协议。同时,超高清芯片的技术升级,也要满足更高制程、更小工艺节点、更低功耗等消费类核心器件的共性要求。”中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所消费电子产业研究室主任赵燕向《中国电子报》指出。

编解码是超高清技术的核心能力。如果没有基于编解码的压缩和解压缩技术,高分辨率的原始视频将无法进行存储和传输。随着第二代数字音视频技术标准AVS2成为4K超高清电视的信源视频编码格式,支持AVS2格式的专业编码芯片成为产业刚需。

国内企业是AVS的主要参与者。海思推出多款AVS超高清解码芯片,广泛应用于机顶盒厂商和电视厂商,同步销往欧洲、日、韩等国家和地区。国科微也推出了支持AVS2等标准的解码芯片,并在多地广电运营商和多款机顶盒实现应用和搭载。

超高清编码还需要芯片算力的进一步提升。据悉,海思、联发科、晶晨股份等公司面向4K/8K电视的芯片已应用12nm制程,晶晨已有7nm制程工艺的研发计划。

显示芯片是决定显示质量的关键一环,主要涉及显示驱动IC、电源管理IC、显示用SoC芯片等。业内专家向记者表示,屏幕决定了电视画质的上限,芯片决定了电视画质的下限,在屏幕供应集中在少数面板厂商的情况下,芯片对画质的优化能力是整机厂商寻求差异化竞争的重要方向。

面向超高清领域的高分辨率要求,显示芯片设计厂商和整机厂商都在芯片领域有所布局。在高分辨率应用中,多颗驱动芯片遇到细长的PCB板,往往面临信号完整度失真和电源压降等问题。对此,集创北方的驱动芯片在前期设计中做好了解决对策,并应用于京东方的4K条形屏。海信视像旗下的信芯微公司屏端驱动芯片产品已经覆盖从高清到8K超高清全系。

总体来看,国内超高清核心芯片体系逐步完善,初步形成了对4K超高清产业链的支撑能力。4K超高清视频资源不仅需要大容量,也需要低延迟、高带宽,因此,提供“三高”即高性能、高容量、高带宽的存储产品成为必然选择。随着闪存颗粒的本地化进度不断加快,在存储介质领域逐步满足供给超高清视频内容生产的需求。在机顶盒等终端和摄像机等采集设备上,国内企业4K机顶盒芯片占全球出货量的71%,准专业级的摄像机芯片也已规模出货。

8K引领芯片新一轮技术升级

8K节目处理带来的庞大运算需求和新的编码要求,导致芯片复杂性较4K芯片进一步提升,但也带来了稳定性、散热、成本等方面的问题。

面向5G和8K发展需求,第三代音视频编解码技术标准AVS3应运而生。相比于上一代编码标准,AVS3在块划分结构、参考帧管理、预测、变换等模块都有创新,增加了新的编码技术,在大幅提升编码效率的同时也增加了芯片设计难度。国科微多媒体事业部市场总监黄新军表示,不同于4K解码芯片,8K解码芯片需要支持AVS3、H.266编解码等标准,系统复杂度高、功耗较大,至少需要采用12nm或更先进的工艺才能生产,对芯片设计人员提出了更高的要求。

2019年,海思发布了全球首颗基于AVS3标准、支持8K分辨率的超高清芯片。国科微支持AVS3的超高清8K芯片有望2021年第二季度推出,抢占视频行业至高点。中关村视听产业技术创新联盟(AVS产业联盟)秘书长张伟民向《中国电子报》记者表示,AVS3超高清芯片的发布,意味着AVS3进入产业化的初始阶段,但还有一些技术和产业的关键点需要突破。

8K对画质的更高需求,催生了更加专业的画质芯片。索尼、东芝等国际企业,海信、创维等国内企业已经推出了相应的8K芯片产品。索尼XR芯片能检测用户注视点,对用户聚焦区域进行画质的再次处理和提升,并进一步优化了动态流畅、对比度、色彩、清晰度等显示指标。海信第四代画质芯片在MEMC动态补偿、亮度及灰度调节、可变刷新率等指标达到业内领先,并搭载神经网络算法,使画面效果更加贴近人类感官。据悉,海信将在今年11月全面量产国内首颗8K+120Hz超高清画质芯片。

终端芯片的配置也有了进一步的升级。根据中国联通发布的超高清机顶盒演进预测,8K智能机顶盒相比4K版本,不仅实现NPU搭载的从无到有,闪存容量也提升了1倍,使用户能够更加快速地访问超高清内容。

以“链式”发展补齐短板

超高清视频产业具有产业链长、涉及范围广、跨领域综合性强等特性,正在形成全新的产业生态体系。预计到2022年,我国超高清视频产业总体规模将超过4万亿元。值得注意的是,国内超高清市场的蛋糕虽大,关键核心芯片的竞争却十分激烈,联发科、晨星、瑞昱、联咏和高通等企业在超高清芯片市场占据主导地位,大陆厂商要“抢蛋糕”还需要强化本土供应链、融入产业生态链,并加强对技术、人才等关键要素的攻关引育。

对于超高清芯片产业链本身,企业要提升与设计、制造、封测、材料、装备等环节的联动能力,提高供应链话语权。

集创北方董事长张晋芳表示,必须打通国内显示芯片产业链条,推动“设计为龙头、制造为基础、装备和材料为支撑”的本土化发展。目前,显示芯片设计行业巨头均与上下游有绑定关系,以联咏为例,它已与联电建立IDM模式,在工艺开发及产能上均得到有效保障。大陆显示芯片产业链缺乏天然的联动关系,传统的“设计+委外代工生产”模式因为各方诉求和目标不一致,造成产品实际性能、产能无法达到最高水平。要成长为国际显示芯片龙头,打通本土产业链是唯一有效途径。

作为底层技术支撑,超高清芯片要避免“单点”式发展,融入超高清产业的“链式”发展模式,形成用户需求牵引技术创新、技术成果高效转化的良性互动。安徽、福建等地在构建超高清产业链条的过程中,都将“芯屏一体”“屏-芯-端”联动作为抓手。

安徽省经济和信息化厅负责人表示,安徽省内超高清视频产业链条尚未成型,在前端设备、核心芯片、内容供给等产业链关键环节存在缺失或有明显短板。相关企业间缺乏协同与配套,上下游需求和供给难以实现有效匹配。对此,应深化“屏—芯—端”联动,促进4K/8K显示面板提速发展,推动超高清存储芯片、视频芯片产业化,聚焦发展上游关键配套环节,多样化发展和壮大配套产品,拓展下游终端产品,进一步补齐、壮大、拓展超高清视频产业链条。

产业的持续创新演进,也需要技术、资本、人才等创新要素的支撑。赵燕表示,面向超高清芯片的人才引育也要提上日程,在高校普及芯片相关的课程,不仅包括集成电路设计,还包括材料、机械、光学、精密仪器等学科,更有效地支持超高清产业发展。

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