USB3.0应用高速增长,本土IP解决方案助力SoC设计应对技术挑战

导言：按Intel发布的资料数据显示，到2014年USB3.0的市场渗透率有望接近30%，采用USB3.0接口技术的台式和便携终端设备出货量将超过5亿台。在USB3.0应用即将爆发性增长之际，本土IP提供商发布USB3.0完整IP解决方案对国内产业有什么样的意义呢？但作为USB3.0 IP方案提供商，在众多IP厂商中如何通过独特技术实现的关键差异化设计优势，直面国际同类产品竞争？请看本刊详细报道……

近日，国内规模最大的数模混合IP核提供商四川和芯微电子股份有限公司（IPGoal）正式宣布推出通过USB IF（USB Implementers Forum）兼容性测试的USB3.0完整IP解决方案，为目前大陆地区第一家通过该项测试的USB3.0物理层IP产品。作为一家专注于高速高精度数模混合信号集成电路IP核研发、推广和授权的企业，IPGoal也是国内首家掌握USB 2.0核心技术并实现批量生产的企业。USB3.0 IP解决方案的推出再次完善了国内在高速接口技术上的产业生态链，为集成电路设计企业实现目前热门的USB3.0接口技术提供了新的选择。

按Intel发布的资料数据显示，到2014年USB3.0的市场渗透率有望接近30%，采用USB3.0接口技术的台式和便携终端设备出货量将超过5亿台。在USB3.0应用即将爆发性增长之际，本土IP提供商发布USB3.0完整IP解决方案对国内产业有什么样的意义呢？“USB3.0的普及应用已经完全启动，以目前USB接口的应用规模来看，未来市场空间非常巨大，但目前国内企业在实现难度和成本上都有一定压力。”IPGoal技术总监武国胜指出，“本土企业推出经过USB IF官方认证的第三方IP解决方案将帮助芯片厂商克服技术上的挑战，加速产品研发，同时在成本上更具竞争优势”。

极具挑战性的USB3.0物理层设计
作为一家半导体行业的IP提供商，IPGoal的产品锁定在那些对于芯片设计厂商而言通常最具挑战的混合信号物理层IP核的设计上，而USB3.0的物理层设计无疑是当前接口设计中最具挑战性的部分。据悉，仅仅在满足USB3.0物理层测试认证上就有很多挑战，例如在兼容性测试上，USB3.0的测试难度远超过业界广泛使用的PCIE和SATAII等其他标准，指标裕量非常小，要满足苛刻的认证测试要求难度极高。

“我们的USB3.0 IP还针对多种工艺进行了设计，可以应用于针对0.13微米、90纳米和65纳米工艺节点的IC设计。”武国胜指出。目前市场可用的第三方USB3.0 IP解决方案基本上是针对90纳米及65纳米等高速工艺设计，很少有适用于0.13微米工艺的同类IP。与90纳米以及65纳米设计实现相比，0.13微米的USB3.0实现方案主要挑战在于5Gbps的速度几乎接近了该工艺下半导体技术所能实现的极限，设计难度极高。目前IPGoal的USB3.0 IP解决方案已经针对TSMC、SMIC和GLOBALFOUNDRIES三家全球领先的代工厂实现了设计与验证。

在IPGoal公开的资料中，其USB3.0 IP解决方案具有如下关键特性：完全与PIPE3接口兼容；实现了接收器自适应均衡以补偿通道损耗、串扰和码间干扰（ISI）；可编程发送幅值、预加重和压摆率；支持不依赖外部器件的扩频产生与接收；支持USB3.0所有的节能模式(U0、U1、U2和U3)，可以完成超级低功耗工作模式；等等。“具体到设计实现上，要满足USB IF的认证要求，其中每一项特性的实现都具有极大的挑战性。”武国胜指出，“例如，要满足USB IF兼容性测试项目长达3米的电缆要求，芯片层面与应用层面的信号完整性的优化设计非常重要。而支持USB3.0所有的节能模式对于便携式等应用来说，是必不可少的关键特性要求。”
 

图：IPGoal的USB3.0 IP通过了USB IF认证,因此基于该IP开发的IC产品可以轻松通过此认证。

标准IP产品如何实现差异化竞争？
尽管USB3.0标准具有非常广阔的市场，但作为USB3.0 IP方案提供商，IPGoal绝不是唯一一家，IPGoal如何直面国际同类产品竞争？“我们作为目前国内唯一一家通过USB IF兼容性测试的USB3.0 IP产品，在性能指标上完全满足标准要求，因此基于我们的IP解决方案实现芯片设计可以轻松通过USB IF认证。在解决方案的关键特性上，我对我们的技术优势也非常有信心。”武国胜表示。作为一个具有严格规范要求的接口产品，其实并没有多少可以实现产品差异化竞争的机会，但武国胜依然能指出IPGoal USB3.0 IP实现的几点关键差异化设计优势：

首先，IPGoal推出的USB3.0 IP解决方案可以满足当前的主流半导体生产工艺，包括0.13微米、90纳米和65纳米。当前适用于0.13微米工艺的USB3.0 IP非常少，但目前不少国内SoC设计依然沿用了0.13微米的半导体工艺，因此满足0.13微米生产工艺的IP选项可以让客户的产品设计具有更大的灵活性。

其次，IPGoal的方案还不乏一些局部设计上的技术优势。例如，一些竞争解决方案可能还需要外部参考器件提供内部参考偏置，而IPGoal已经在IP中解决了这个问题，在降低系统BOM采购成本的同时，也减少了芯片封装的开销。此外，USB接口的ESD设计通常具有很高的挑战性，而基于IPGoal设计的验证芯片ESD超过了4kV的测试，客户基于该IP方案设计的芯片可以轻松提高系统级ESD防护等级。

第三，作为本土设计团队，无论在方案总体实现成本上还是设计服务上都具有明显的优势，这也是IPGoal能够成为国内最大混合IP提供商的原因。

对于最后一点，武国胜并不想谈及具体的费用问题：“我们是国内首家通过USB IF兼容性测试的USB3.0 IP提供商，同时也是国内第一家掌握USB2.0核心技术的企业，尽管目前USB2.0已经很成熟，但每年依然有大量客户购买我们的USB2.0 IP方案，客户看重的正是我们的成本优势和服务能力。”