Продукция Atmel — общие направления и тенденции развития Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Окончание, начало в № 3, 2000

Продукция ATMEL — общие направления и тенденции развития

Направление ASSP (или микросхемы для специализированных применений) с 1999 года является у Atmel приоритетным. В состав ASSP входят такие изделия, как энергосчетчики, микросхемы для аудиоприложений, USB-контроллеры, чипсеты для устройств хранения данных HDD/DVD, микросхемы для беспроводной связи, универсальные SmartRF приемопередатчики для дистанционного управления, изделия класса Smart Cards и многое другое. Естественно, для того чтобы разрабатывать конкурентоспособные устройства, необходимо не только быть специалистом в области технологии стандартных электронных продуктов, но и знать предмет каждого конкретного приложения. Поэтому корпорация Atmel активно подключает к творческому сотрудничеству сторонние фирмы США, Европы и Азии, специализирующиеся на создании конечных приложений. Комбинируя технологию и идеи, Atmel планирует выпускать прогрессивную продукцию XXI века.

Игорь Кривченко

igor@efo.spb.su

http://www.efo.ru

ASIC

ASIC — это заказные/полузаказные СБИС, которые изготавливаются на фабрике по маскам заказчика. В мире интерес к ASIC достаточно велик, и год от года он продолжает неуклонно расти (рис. 8). За 1998 год прирост объема производства ASIC составил 42 %, а за 1999-й — более 50 %. Открываются специализированные центры для разработки ASIC, центры обучения и переподготовки инженеров по ASIC, проводятся многочисленные технические

Cuntrvllei

BJttlvy —

тло

"

п .11....

Hiuoyjniior.

ЙКС

ь.я.1 исимши

ANALOC

еа№дйдт£Ц}

Рис. 6. Микроконтроллеры корпорации Atmel

семинары. В 1999 году отмечено активное смещение «центра тяжести» ASIC в сторону изделий системного уровня интеграции, когда в кристалл интегрируется стандартное фиксированное ядро массового применения (микроконтроллер, драйвер LCD, периферийные контроллеры USB и CAN, массивы памяти и т. д.).

Традиционными рынками потребления ASIC являются США и Европа. Многие фирмы-производители электронной продукции снижают требования к минимальному объему заказа ASIC. Так, если в 1998 году были необходимы начальные инвестиции в проект на ASIC на сумму не менее $100 тыс., то сейчас многие проекты могут быть реализованы при объеме начальных затрат около $20 тыс. Например, фирма Orbit Semiconductor готова реализовать проекты на ASIC при сложности кристалла около 2500 эквивалентных логических вентилей с объемом начальных затрат $20,5 тыс., при этом себестоимость конечного изделия при производстве около 5000 изделий в год не будет превышать $2,00.

Основным преимуществом ASIC является низкая стоимость конечного массового продукта. Поэтому с постоянным совершенствованием технологического цикла производства микросхем снижаются и требования к минимальным заказам ASIC. Становится выгодно заказывать «свои» микросхемы даже для средних объемов производства, получая основную прибыль после реализации конечной продукции. При этом заказчик является владельцем как конечного продукта, так и заложенной в него идеи и, следовательно, несет на себе всю тяжесть и ответственность принятия решения. Именно поэтому высокие

требования предъявляются к качеству подготовки инженеров — разработчиков ASIC, которые обязаны проходить переподготовку не менее двух раз в год. Фирма-производитель готовых микросхем выступает здесь только как исполнитель идеи и проекта, которые приносит заказчик. С другой стороны, хозяин современного технологического производства, как правило, владеет набором готовых фиксированных ядер, которые также могут быть интегрированы в ASIC по договоренности с заказчиком.

В последнее время набирает силу еще одна интересная тенденция в производстве заказных микросхем — изготовление так называемых «платформ». Как уже говорилось, весь риск при изготовлении ASIC несет заказчик, так как он является разработчиком проекта. Но если несколько заказчиков и производитель договариваются о совместной разработке ряда конечных изделий одного класса и вкладывают каждый со своей стороны идеи, ядра, возможности и инвестиции, то риск становится совместным. В результате такого сотрудничества появляется так называемая универсальная «платформа», которая в дальнейшем используется для изготовления нескольких типов или наборов микросхем, причем для каждого конкретного клиента на базе этого общего решения может быть изготовлено свое изделие. Классическим примером может служить «платформа» для чипсета для устройств записи/хранения данных HDD/DVD.

В 1998 году корпорация Atmel заняла 7-е место в мире по объемам производства ASIC, а по итогам 1999 года вышла на 3-е место. Основное направление развития фирмы — внедрение в ASIC современных технологий производства электронных ячеек памяти Flash и EEPROM. За 1999 год разработаны и выпущены два новых семейства ASIC — FlashASIC и E2ASIC, в которых внедрены ячейки памяти Flash и EEPROM соответственно. Микросхемы изготавливаются по освоенным проектным нормам 0,5 и 0,35 мкм, переход к технологии 0,25 мкм планируется к концу 2000 года. Сочетание быстрого логического массива КМОП-структур с массивами памяти, изготовленными по архитектуре стандартной продукции Аtmel, позволяет придавать кристаллам ASIC новые потребительские качества и обеспечивать удобство при проектировании.

Наиболее удачные решения ASIC корпорация Atmel переводит в стандартные, серийные изделия, которые могут существовать самостоятельно наряду с микроконтроллерами, микросхемами памяти и изделиями программируемой логики. Это, например, комбинации ARM Thumb + USB, AVR + CAN и AVR + USB, специализированный универсальный чип для микросотовой телефонии DECT, базовый кристалл для миниатюрных Flash-карт и др.

ASSP

ASSP — это СБИС для специализированных приложений массового применения. Каждая микросхема ASSP обязана своим появлением какой-либо идее, задаче, приложению. Клас-

сическим примером здесь могут служить чипсеты для материнских плат компьютеров и видеокарт. Отметим главную особенность: ASSP — это стандартные изделия. Будучи один раз разработаны для конкретной цели, они затем производятся массовыми тиражами и могут быть использованы несколькими потребителями в разных конечных устройствах.

Как уже говорилось, в состав ASSP входят энергосчетчики, микросхемы Multimedia, контроллеры USB и Ethernet, чипсеты для устройств хранения данных HDD/DVD, микросхемы для беспроводной связи, универсальные SmartRF приемопередатчики для систем бесконтактного управления, изделия класса Smart Cards и многое другое. Основным преимуществом микросхем ASSP является низкая стоимость серийной продукции. При этом фирма-производитель является одновременно инвестором, генератором идеи, исполнителем и владельцем конечного изделия микроэлектроники, то есть несет полную ответственность за обоснованность данной разработки. Зато созданный серийный продукт, если он грамотно задуман и реализован, может принести гораздо больше прибыли, так как будет востребован производителями разнообразной электронной аппаратуры. Примером может служить, например, специализиро-

ванный кристалл для цифровых фотоаппаратов. Дизайн и оптика собственно фотокамеры могут быть различными, а электронное ядро — одним и тем же. Другими примерами являются кристалл для систем беспроводной связи Bluetooth и универсальный аудиопроцессор Dolby Digital.

Все микроэлектронные изделия ASSP корпорации Atmel можно разделить на группы (рис. 9), каждая из которых разрабатывается в тесном творческом сотрудничестве между Atmel и сторонними фирмами, специализирующимися на создании конечных приложений.

Контроллеры USB HUB

Корпорация Atmel в настоящее время выпускает два семейства интегральных USB-контроллеров. В первое входят две микросхемы — AT43301 и AT43312A — для построения стандартных сетевых концентраторов HUB. Второе содержит микросхемы нового поколения для программируемых HUB-контроллеров AT43320 и AT43USB321, которые специально разрабатывались для реализации USB-порта в современных мониторах. AT43320 и АТ43USB321 выполнены на основе микрокон-троллерного ядра megaAVR, имеют периферийные узлы AVR AT90S8515 и большое коли-

Cnrim ГРт^л PLD

ScoùiIüN (Vil

Рис. 8. Прогнозируемые объемы производства ASIC

ASS Р

HMlne Wrdra

hluhinKdj Спп rmirtc ä Ú oí 9 -timmjrHr-illhWH

todd: íji^vy . к if.

wl'aJ ,'і'уліAj“1.á. .'.s*!I

Л%*ІҐ. Іл^і-ґ-ли- HdíAirt

int*» i r^Mirrc ирпо;

lITú1 і àirv L j ПІГ.11' п і .ті г

Im HÍ+ С'фМІГС

Il І*. Gratae. НІИГ

і LS*.'.' і' i'lJ іІ

KlhdHcl! ,'VÍ .'К'ЛІК «ЛПІУ

■: ^t-L-г 'lll-l- lli: (ІЧ7Ї*.

і r*jL* . Lillïawl С ИН

'Гі.М.'ІЬІЛмІ

Л'гі» vtklliií 'Тгґкіі fjkr .ihJ JU^iuM

АН ил . Lkj.-J tst ..її J RfWtt f ЧІТ

Рис. 9. Классификация изделий класса ASSP

PüWtT hlCu БіпшЧ Cad iÇ Slnrtÿ? P^mhídí

hwlfetai >^ГЧГ! Dm

ltaitt? Chrsti. Мкг*г»пгг':11гг-і Flofpy

ILinl

чество линий ввода/вывода общего назначения (20 у AT43320 и 32 у AT43USB321). Отличительными особенностями USB-контроллеров Atmel являются небольшой уровень создаваемых электомагнитных помех, устойчивость в работе по отношению к электростатическим разрядам, а также меньшее количество дополнительных внешних компонентов. В настоящее время Atmel разрабатывает еще два новых интегральных USB-устройства. Это микросхема AT43USB324, представляющая собой совмещенный контроллер клавиатуры и HUB, а также кристалл AT43USB389, который реализует быстрый обмен данными («Host-to-Host Bridge») между двумя USB-устройствами, как правило, компьютерами. Образцы новых изделий появятся в июне — июле, а массовое производство планируется в 3-м квартале 2000 года.

Действуя в рамках своей активной политики создания разнообразных средств поддержки разработок, Atmel выпустил ряд аппаратнопрограммных комплексов для применения контроллеров HUB и отладки аппаратуры на их основе. Наборы AT43DK301 для AT43301, AT43DK312 для AT43312A и AT43DK320 для AT43320/AT43USB321 содержат макет-прототип контроллера HUB, источник питания, соединительные кабели и всю необходимую сопроводительную документацию для построения реально функционирующих узлов HUB.

One-chip+ — микросхемы для устройств записи/хранения данных

В этой группе микросхем наиболее сильно проявляется политика системного уровня интеграции, так как в подобных устройствах комбинируется несколько разнородных типов электронных ячеек. Первым кристаллом, выпущенным корпорацией Atmel, был специализированный контроллер AT78C1200 для устройств записи/считывания гибких магнитных дисков — FDD. Микросхема используется корпорацией CALEB Technologies в контроллере FDD для работы с гибкими магнитными дисками нового поколения — Ultra Hard Disk

(UHD) емкостью 144 Мбайта. AT78C1200 содержит модуль цифровой логики, аналоговый многофункциональный блок, 10-разрядный ЦАП, синтезатор частоты, операционные усилители и драйверы светодиодных индикаторов. Следующим в этой группе изделий был кристалл ATA66/Ultra DMA66 — контроллер жестких магнитных дисков. В состав интегральной микросхемы входят контроллер DMA с пропускной способностью 66 Мбайт/с, блок статической памяти, логика управления приводом жесткого диска и различные сервисные узлы. В качестве процессорного ядра в ATA66/Ultra DMA66 используется ARM7TDMI. В настоящее время Atmel разрабатывает еще несколько типов сервисных микросхем для построения современных приводов HDD.

Отслеживая требования динамично развивающегося рынка устройств записи/хранения информации, корпорация создала три специализированных набора микросхем (чипсета) для устройств HDD/DVD. Чипсет Atmel содержит практически все необходимые микросхемы для построения контроллера DVD (рис. 10). Активно используются уже хорошо зарекомендовавшие себя процессорные ядра AVR и ARM, различные типы памяти и скоростные операционные усилители. Исключение составляет только модуль управления источником лазерного излучения. Здесь используется кристалл Fiona производства Temic. Последнее (третье) поколение чипсета поддерживает каналы чтения 16X DVD и 60X HDD. Как и в случае с USB-контроллерами, Atmel выпускает набор аппаратных средств поддержки разработки проектов и демонстрационных плат для микросхем контроллера DVD/HDD.

Микросхемы для приборов учета электроэнергии

Данное направление также является одним из активно развивающихся на современном рынке микроэлектроники. В него входят интегральные микросхемы для построения энергосчетчиков промышленного и бытового назначения. На рис. 11 показана обобщенная

структурная схема современного энергосчетчика и та его часть, для которой Atmel производит свои специализированные кристаллы. Первым появился набор микросхем для измерений параметров промышленных трехфазных сетей, который был выпущен в середине

1999 года. В его состав входят предназначенные для совместной работы специализированный DSP-процессор AT73C500 и две микросхемы AT73C501/502, каждая из которых содержит 6 синхронных 16-разрядных сигма-дельта АЦП. Процессор поддерживает широкий спектр вычисляемых параметров трехфазных электрических сетей. Аналого-цифровые преобразователи имеют классы точности измерений 0,5 и 0,2, причем они могут быть использованы отдельно, без процессора AT73C500, так как имеют синхронный последовательный выход. Данный набор микросхем выгодно отличает минимальное количество внешних компонентов и гибкий интерфейс связи с модулями последующей обработки данных. Корпорацией Atmel разрабатывается ряд новых кристаллов для измерений в трехфазных сетях. Это два сигма-дельта АЦП класса точности 0,2, работающих при пониженном напряжении питания 3 В, и микросхема AT73C560, объединяющая DSP AT73C500 и шесть 16-разрядных сигма-дельта АЦП класса точности 0,5 или 0,2 (выбирается программно). AT73C560 имеет встроенный SPI-интерфейс для связи с внешним микропроцессором и возможность цифровой калибровки в процессе работы.

В настоящее время Atmel активно работает над расширением номенклатуры микросхем для построения энергосчетчиков. Идя навстречу требованиям рынка, корпорация разработала новый набор микросхем для бытовых однофазных энергосчетчиков. Он содержит две однокристальные микропроцессорные системы AT73C540/550 (DSP + АЦП) с импульсным выходом и с микропроцессорным интерфейсом, а также микросхему AT73C552 с двумя сигма-дельта АЦП класса точности 0,5. AT73C550 также имеет возможность цифровой калибровки в процессе работы.

Корпорацией Atmel выпущены три аппаратных комплекса для поддержки разработок на микросхемах энергосчетчиков. Это базовые наборы разработчика ATEK500 и ATEK540/550, а также набор для калибровки ATCK500.

DREAMTM

В эту группу изделий ASSP входят специализированные микросхемы для синтеза и цифровой обработки звука. Целевыми приложениями являются звуковые карты для персональных компьютеров, разнообразные караоке-приложения, музыкальные синтезаторы, гармониза-торы, микросхемы для построения электронных музыкальных инструментов и кристаллы для звукового оформления компьютерных игровых приложений. Из реализованных изделий хочется отметить SAM9708 — интегральный Hi-Fi синтезатор на 128 голосов, SAM9753 — микросхему для построения профессиональных музыкальных электронных инструментов, SAM9703 — ядро современного гармонизато-

ра и SAM9707 — кристалл для построения MP2 аудиоплейеров.

Как и для большинства изделий класса ASSP, Atmel выпускает демонстрационные платы низкой стоимости и специализированные наборы разработчика для каждого типа новых микросхем DREAM.

SmartRFTM

Данное направление ASSP в 1999 году было представлено только одной микросхемой для бесконтактных пультов дистанционного управления (ПДУ) — передатчиком AT86RF401 для частотного диапазона 200-450 МГц. Основные приложения — это автомобильные охранные системы, сигнализации для дома и служебных помещений, а также ПДУ для разнообразных промышленных и бытовых устройств. Данный кристалл уже прошел стадии опытной разработки и доводки, и теперь готовится его серийное производство. Ориентировочная дата выпуска — третий квартал 2000 года. Поскольку на изделия этого класса на рынке наблюдается повышенный спрос, Atmel проводит работы по созданию целого семейства на основе «базовой» микросхемы. Так, разработано несколько новых типов передатчиков для автомобильных приложений. AT86RF403, предназначенный для контроля давления в шинах современного автомобиля, представляет собой комбинацию измерительного датчика давления и собственно передатчика. AT86RF405 является совмещенным передатчиком и иммобилайзером. Еще несколько микросхем предназначены для работы в расширенных частотных диапазонах (868 МГц — Европа, 902-928 МГц — США) и имеют функцию динамически плавающего секретного кода. Разработан также и приемопередатчик AT86RF410. Интересным изделием в этой группе является кристалл AT86RF407, предназначенный для реализации бесконтактной связи между персональным компьютером и периферийными устройствами (манипулятор «мышь» и клавиатура). Все новые

изделия планируются к выпуску в конце

2000 — начале 2001 года.

Мультимедиа/Связь

Направление ASSP для мультимедийных приложений и устройств связи является, пожалуй, наиболее развитым и заслуживает специального, более детального обзора. Поэтому здесь мы лишь вкратце рассмотрим основные идеи и решения Atmel.

Большинство идей, о которых было объявлено в начале 1999 года, реализованы на практике и существуют в действующих опытных образцах. Многие из этих кристаллов прошли этапы отладки и разработки. К каждому типу микросхем корпорацией Atmel выпускается своя отладочная плата для демонстрации возможностей кристалла и поддержки разработок. Тем не менее требования к минимальному объему заказа достаточно высоки и составляют $500 тыс., причем бесплатных образцов и программного обеспечения поддержки Atmel распространять не обещает. Вся продукция в этой группе делится на три группы.

Первая группа — продукция Multimedia. В нее входит специализированный кристалл AT76C110 MPIX для цифровых фотоаппаратов. Интегральная микросхема имеет набор встроенных функций для обработки изображений, а также поддерживает большое количество интерфейсов связи с внешними устройствами. В эту группу также входит многофункциональный однокристальный Dolby Digital AC-3 аудиопроцессор AT76C202 для построения систем объемного звучания, который был сертифицирован Dolby Laboratories. Для AT76C202 также разработаны аппаратные и программные отладочные средства, позволяющие определять производительность и качество звучания нового процессора Dolby Digital. Кристалл AT76C202 содержит 24-разрядный цифровой сигнальный процессор, оптимизированный по архитектуре для высококачественной обработки аудиосигналов,

а также модули памяти программ и данных такого объема, который позволяет устранить необходимость подключения дополнительных внешних устройств.

Вторая группа — продукция для беспроводной связи. Лидирующую роль здесь играет направление Bluetooth, которое представляет собой, по сути, новый протокол для беспроводной связи и организации сетей на коротком (до 10 м) расстоянии. Главным требованием здесь является ограниченная выходная мощность с порогом 1 мВт в частотном диапазоне 2,4 ГГц. Над созданием микросхем для Bluetooth сейчас работают многие признанные лидеры микроэлектроники (Ericsson, Philips, STM, Siemens, Mitel, Lucent Technologies и другие). Основными областями применения являются сотовая телефония, беспроводная связь на близком расстоянии (данные/голос) и компьютерные сети. Для реализации протокола Bluetooth корпорация Atmel выпустила кристалл «Pluton» AT76C555, построенный на процессорном ядре ARM Thumb. Помимо Bluetooth, Atmel разрабатывает мосты AT76C901 для обеспечения беспроводных высокоскоростных сетей Wireless LAN в соответствии со стандартом IEEE 802.11, а также микросхемы для реализации беспроводной IP-телефонии.

Третью группу составляют несколько специализированных кристаллов для скоростной проводной связи. В настоящее время в опытном производстве находятся: AT76C701 — 10/100 Mбит/с Ethernet/Fast Ethernet приемопередатчик; AT76C711 — мост между скоростным каналом USB и скоростным асинхронным последовательным интерфейсом UART и AT76C910 — кристалл для создания соединений в IP-телефонии.

Smart Cards

Данная группа изделий ASSP включает в себя кристаллы для бесконтактных и контактных Smart Cards.

Микросхемы для бесконтактных Smart Cards, по сути, представляют собой кристаллы защищенной памяти с последовательным доступом по радиоканалу. Корпорацией Atmel выпускаются два типа данных микросхем. AT24RF08 поставляется фирме IBM как микросхема памяти для хранения всей идентификационной информации о компьютере. AT88RF256 разработана для приложений массовой бесконтактной идентификации (системы контроля и доступа, транспорт, конвейер, идентификация скота и т. д.).

Микросхемы для контактных Smart Cards делятся на группы защищенной памяти и микропроцессоров. Микросхемы защищенной памяти широко распространены в мире и используются в системах здравоохранения и образования (карта пациента, доступ к библиотеке и в спортзал, парковка автомобиля, клубные карты), в разнообразных бытовых приложениях (небольшой электронный кошелек, водительские права), в датчиках прохода, для хранения конфигурации оборудования компьютеров и т. д. Корпорацией Atmel выпускаются два типа наборов разработчика

| ОБШИТІ. ГіріГМГІІЛІЦН ІГІЦ-ПІІІ ЛіШГІ Г. Hlf-pl lKJHTTfll J-Y

uaucpurtn^uQt Адрп

АЦП

l-.B" ЕЧЄТЧИНИ

ДТТЗСЬк*

к': 11 іінм'їг il iLiLViii.nl. jr p-M n fr4f p W И Ы M И дм:імін

Ei Flaih

■ЧР

1*41

Е2 I 1 Fla-sh I

ЛИНИН стандарты • і і часть, завислими внешний

электро- IEC6437 і от функциенал ьнои выход

передачи (ЕСІЇШ і і иапраелвииости

Рис. 11. Структура современного энергосчетчика

для ознакомления с архитектурой и возможностями микросхем этого класса.

Но наибольшее внимание в настоящее время Atmel уделяет микроконтроллерам для контактных Smart Cards. В зависимости от процессорного ядра они делятся на две группы. Интегральные 8-разрядные Flash-микроконтроллеры AT89SC168/1616A базируются на архитектуре промышленного стандарта MCS-51™, а AT90SC1616С/3232C/6464С — на прогрессивной AVR™ RISC-архитектуре Atmel. На кристалле микроконтроллеров семейства AT90SC размещен криптографический сопроцессор с предварительно запрограммированными функциями шифрования и идентификации. Микроконтроллеры семейства AT90SC являются одними из наиболее мощных электронных устройств в своем классе. Они специально разработаны для использо-

вания в многоцелевых приложениях для Smart Card, требующих высокой степени защищенности кода и данных. Это, например, разнообразные банковские приложения, платное телевидение, системы социального и медицинского страхования, компьютерные приложения типа GSM SimtoolKit, Java и т. д.

Наличие на кристаллах микроконтроллеров блока Flash-памяти обеспечивает семействам AT89SC и AT90SC значительную гибкость и предоставляет серьезные преимущества производителям Smart Cards: исключаются задержки времени на подготовку к серийному производству новых версий программных приложений, снижается время их разработки и отладки. Так как производительности одного и того же микроконтроллера достаточно, чтобы «справляться» с несколькими прило-

жениями, то нет необходимости ждать выхода новой версии кристалла с масочной ROM.

Чтобы гарантировать быструю, эффективную разработку прикладных программ для семейств AT89SC и AT90SC, корпорацией Atmel были созданы соответствующие средства поддержки. Так, программно-аппаратные комплексы SDK89 для семейства AT89SC и SDK90 для семейства AT90SC включают программные симуляторы и внутрисхемные эмуляторы реального времени. Аппаратные внутрисхемные эмуляторы построены на базе специальных отладочных кристаллов, что позволяет в точности воспроизводить поведение реальных микросхем. Используя встроенный считыватель Smart Card, готовые карты с микроконтроллерами могут быть оперативно запрограммированы как в течение заключительной проверки целостности кода, так и во время последующего цикла производства.

В заключение обзора продукции Atmel хочется еще раз отметить основные особенности политики корпорации. Atmel активно расширяет свою производственную базу, постоянно осваивая новые мощности. Она привлекает для совместной работы многочисленные сторонние фирмы, специализирующиеся на разработке и выпуске микросхем для ASSP. Atmel координирует и финансирует работу консультационных центров и центров поддержки разработок, размещаемых по всему миру, проводит постоянно действующие семинары для обучения и переподготовки специалистов. Все это позволяет разработчикам и производителям электронной техники в России надеяться на сохранение полноценной поддержки для перспективных линий продукции Atmel и в будущем.