西安邮电大学 陕西省通信集成电路与集成系统工程研究中心 建设项目可行性研究报告 、摘要 1项目名称、依托单位 项目名称:通信集成电路与集成系统工程研究中心。 依托单位:西安邮电大学。 1.2项目的必要性 通信系统在经济和社会发展过程中发挥更重要的作用,通信专用集成电路是 通信设备和通信终端的基础和核心,是通信设备中最能体现自主知识产权的部 分。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化和环保化将成为移动通信发展 的新趋势;三网融合的稳步推进将极大地促进光通信产业的发展。通信专用集成 电路未来将拥有巨大的市场。通信行业这些新的发展趋势将对通信专用集成电路 的实时性、可靠性、可扩展性、体积、功耗等方面提出了更高的要求。 西安邮电大学专用集成电路设计中心ASIC依托原邮电,是国内最早成为国 内最早开发通信专用集成电路芯片的单位之一。1996年设计出国内第一款SDH 专用芯片“2路2Mb/s异步映射及去同步SDH专用芯片”并在台湾TSMC公司 次投片成功,填补了国内SDH专用芯片领域的空白。承担并完成了国家自然科学 基金、国家“863”计划、国家科技攻关计划项目,完成了一大批通信专用集成 电路设计的纵向和横向合作项目,与武汉烽火、中兴通信、西安深亚等企业建立 良好的产品产业化链。经过近20年的积累,西安邮电大学先后成功设计了具有 自主知识产权的通信专用集成电路,其中面向光通信的SDH系列芯片进行了产业 化,实现了良好的经济效益和社会效益。通过这些项目,西安邮电大学在通信专 用集成电路的设计技术、通信系统开发以及通信芯片的产业化方面积累了丰富的 经验并培养了一大批通信集成电路设计人才。 三星、中兴、华为等大公司相继在西安落户,为西安成为中国的通信和集成 电路产业的重要基地打下了良好的基础。为促进国内通信专用集成电路的快速发 展,加速科技成果的转化效率、减小国内外的技术差距和增强国内产品的在通信 专用集成电路领域的竞争力,增强西安通信业在全国的竞争优势,依托西安邮电
1 西安邮电大学 陕西省通信集成电路与集成系统工程研究中心 建设项目可行性研究报告 一、摘要 1.1 项目名称、依托单位 项目名称：通信集成电路与集成系统工程研究中心。 依托单位：西安邮电大学。 1.2 项目的必要性 通信系统在经济和社会发展过程中发挥更重要的作用，通信专用集成电路是 通信设备和通信终端的基础和核心，是通信设备中最能体现自主知识产权的部 分。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化和环保化将成为移动通信发展 的新趋势；三网融合的稳步推进将极大地促进光通信产业的发展。通信专用集成 电路未来将拥有巨大的市场。通信行业这些新的发展趋势将对通信专用集成电路 的实时性、可靠性、可扩展性、体积、功耗等方面提出了更高的要求。 西安邮电大学专用集成电路设计中心 ASIC 依托原邮电,是国内最早成为国 内最早开发通信专用集成电路芯片的单位之一。1996 年设计出国内第一款 SDH 专用芯片“2 路 2Mb/s 异步映射及去同步 SDH 专用芯片”并在台湾 TSMC 公司一 次投片成功，填补了国内 SDH 专用芯片领域的空白。承担并完成了国家自然科学 基金、国家“863”计划、国家科技攻关计划项目，完成了一大批通信专用集成 电路设计的纵向和横向合作项目，与武汉烽火、中兴通信、西安深亚等企业建立 良好的产品产业化链。经过近 20 年的积累，西安邮电大学先后成功设计了具有 自主知识产权的通信专用集成电路，其中面向光通信的 SDH 系列芯片进行了产业 化，实现了良好的经济效益和社会效益。通过这些项目，西安邮电大学在通信专 用集成电路的设计技术、通信系统开发以及通信芯片的产业化方面积累了丰富的 经验并培养了一大批通信集成电路设计人才。 三星、中兴、华为等大公司相继在西安落户，为西安成为中国的通信和集成 电路产业的重要基地打下了良好的基础。为促进国内通信专用集成电路的快速发 展，加速科技成果的转化效率、减小国内外的技术差距和增强国内产品的在通信 专用集成电路领域的竞争力，增强西安通信业在全国的竞争优势，依托西安邮电
大学多年来在通信集成电路设计方面的技术积累和专业特色,填补陕西省发改委 工程中心在通信集成电路设计领域的空白,在西安邮电大学建设陕西省发改委工 程中心对促进通信专用集成电路产品研究开发升格、培养高层次科技创新人才、 加强与通信设备制造企业和研究院所的密切合作做出重大贡献。 1.3项目建设的目标、地点、内容、规模与方案 1.3.1建设的目标 (1)建设一个通信专用集成电路设计、验证、测试和系统开发、人才培养 的创新平台 (2)培养一支具有创新精神和具有通信专用集成电路设计与系统集成能力 的创新团队 (3)形成通信专用集成电路设计技术创新、产品开发和工程化、产业化基 地 (4)形成陕西省通信集成电路与集成系统技术服务和培训基地 1.3.2地点: 工程中心设立在西安邮电大学雁塔校区。 1.3.3项目建设内容 项目建设内容主要包括:科研场地、创新平台、成果转化体系和人才队伍四 个主要部分的建设。具体的内容为在原有的实验条件的基础上,扩展科研场所面 积以满足科研环境需要;以电子科学与技术一级学科为依托,整合、优化校内外 的优势资源建设通信集成电路设计相关领域的科硏、开发、人才培养相结合的集 成创新平台,形成科技成果技术水平和可行性评估以及产业化的工程验证环境; 探索适合工程中心发展的运行机制,培养和建立一支学科分布、梯队合理的科研 队伍,促使工程中心健康、平稳的发展。 1.3.4规模与方案 (1)规模 工程中心建成后,科研队伍达到100余人,其中全职人员达到20人,50% 具有博士学位;研发场地由现有2000多平米扩建到5000多平米,满足芯片分析 室、调试环境、测试平台、服务器机房、成果转化办和办公室等场所的需要;増
2 大学多年来在通信集成电路设计方面的技术积累和专业特色，填补陕西省发改委 工程中心在通信集成电路设计领域的空白，在西安邮电大学建设陕西省发改委工 程中心对促进通信专用集成电路产品研究开发升格、培养高层次科技创新人才、 加强与通信设备制造企业和研究院所的密切合作做出重大贡献。 1.3 项目建设的目标、地点、内容、规模与方案 1.3.1 建设的目标 （1）建设一个通信专用集成电路设计、验证、测试和系统开发、人才培养 的创新平台； （2）培养一支具有创新精神和具有通信专用集成电路设计与系统集成能力 的创新团队； （3）形成通信专用集成电路设计技术创新、产品开发和工程化、产业化基 地； （4）形成陕西省通信集成电路与集成系统技术服务和培训基地。 1.3.2 地点： 工程中心设立在西安邮电大学雁塔校区。 1.3.3 项目建设内容 项目建设内容主要包括：科研场地、创新平台、成果转化体系和人才队伍四 个主要部分的建设。具体的内容为在原有的实验条件的基础上，扩展科研场所面 积以满足科研环境需要；以电子科学与技术一级学科为依托，整合、优化校内外 的优势资源建设通信集成电路设计相关领域的科研、开发、人才培养相结合的集 成创新平台，形成科技成果技术水平和可行性评估以及产业化的工程验证环境； 探索适合工程中心发展的运行机制，培养和建立一支学科分布、梯队合理的科研 队伍，促使工程中心健康、平稳的发展。 1.3.4 规模与方案 （1）规模 工程中心建成后，科研队伍达到 100 余人，其中全职人员达到 20 人， 50% 具有博士学位；研发场地由现有 2000 多平米扩建到 5000 多平米，满足芯片分析 室、调试环境、测试平台、服务器机房、成果转化办和办公室等场所的需要；增
加高端FPGA开发系统、逻辑分析仪、信号示波器、任意波形/函数发生器设备, 进一步扩建HPC集群系统等,以加强科研的综合实力。 (2)建设方案 在现有科硏条件的基础上,加强科硏硬件环境包括研发玚地、科硏设备和大 型软件以及软件环境如规章制度、人文环境和科硏队伍的建设。根据实验的功能 性细化研究室如芯片分析室、测试平台和服务器机房等的配置;同时,使各个研 究室有机的、系统的结合在一起,以实现大型、综合性科研的需要:加强队伍建 设,争取在较短的时间提升整体科研团队的水平;确保工程中心形成一个通信集 成电路与集成系统相关领域的科研、开发、人才培养相结合的集成创新平台,构 建成一个科技成果技术水平和可行性评估以及产业化的工程化验证环境。 1.4项目总投资、投资构成与资金筹措 通信专用集成电路设计工程研究中心建设资金实行多元化融资,组建经费预 算总投资为2360万元,前期已投资860万元用于软、硬件环境建设,还需新増 投资1500万元。后期新增资金主要用于工程中心的基础设施建设、项目开发及 产业化建设所需的成套装置、设备仪器以及必要的软件及技术购置、产业化风险 基金及人员引进与培养等等 二、建设背景及必要性 2.1本领域在国民经济建设中的地位与作用 通信业被列为陕西省三大支柱产业之一,通信专用集成电路作为通信产业的 基础和核心,是关系国民经济建设的基础性、先导性、战略性产业,是提高通信 产品质量和附加值的关键。通信专用集成电路应用领域几乎覆盖了所有的通信系 统电子产品,并且由于具有推动作用强、倍增效应大的特点,对于诸如和通信产 业相关的家用电器、数码等产业的发展意义重大。特别是随着三网融合的不断推 进以及物联网兴起,以宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化和环保化为 发展趋势的通信产品将为通信专用集成电路发展提供广阔的发展空间。 22国内外技术和产业发展状况、趋势与市场分析 2.2.1国内外技术和产业发展状况、趋势 (1)通信传输与交换芯片
3 加高端 FPGA 开发系统、逻辑分析仪、信号示波器、任意波形/函数发生器设备， 进一步扩建 HPC 集群系统等，以加强科研的综合实力。 （2）建设方案 在现有科研条件的基础上，加强科研硬件环境包括研发场地、科研设备和大 型软件以及软件环境如规章制度、人文环境和科研队伍的建设。根据实验的功能 性细化研究室如芯片分析室、测试平台和服务器机房等的配置；同时，使各个研 究室有机的、系统的结合在一起，以实现大型、综合性科研的需要；加强队伍建 设，争取在较短的时间提升整体科研团队的水平；确保工程中心形成一个通信集 成电路与集成系统相关领域的科研、开发、人才培养相结合的集成创新平台，构 建成一个科技成果技术水平和可行性评估以及产业化的工程化验证环境。 1.4 项目总投资、投资构成与资金筹措 通信专用集成电路设计工程研究中心建设资金实行多元化融资，组建经费预 算总投资为 2360 万元，前期已投资 860 万元用于软、硬件环境建设，还需新增 投资 1500 万元。后期新增资金主要用于工程中心的基础设施建设、项目开发及 产业化建设所需的成套装置、设备仪器以及必要的软件及技术购置、产业化风险 基金及人员引进与培养等等。 二、建设背景及必要性 2.1 本领域在国民经济建设中的地位与作用 通信业被列为陕西省三大支柱产业之一，通信专用集成电路作为通信产业的 基础和核心，是关系国民经济建设的基础性、先导性、战略性产业，是提高通信 产品质量和附加值的关键。通信专用集成电路应用领域几乎覆盖了所有的通信系 统电子产品，并且由于具有推动作用强、倍增效应大的特点，对于诸如和通信产 业相关的家用电器、数码等产业的发展意义重大。特别是随着三网融合的不断推 进以及物联网兴起，以宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化和环保化为 发展趋势的通信产品将为通信专用集成电路发展提供广阔的发展空间。 2.2 国内外技术和产业发展状况、趋势与市场分析 2.2.1 国内外技术和产业发展状况、趋势 （1）通信传输与交换芯片
SDH作为通信传输的国际标准,其设备和芯片广泛地得到应用。国外以PMC 为代表的通信设备和芯片设计公司,从90年代开始推出SDH系列芯片产品,包 括实现SDH映射、指针处理、开销处理、连接交叉等单功能ASLC芯片等,随着 工艺的发展,该公司后推出了集成多速率 SONET/SDH成帧器、非阻断STS/AU与 VT/TU互联和 SERDES多种功能单芯片 国内设计SDH芯片的厂家比较多,例如大唐电信、中兴通信、华为、武汉 邮电科学院、西安深亚等设备或者芯片设计公司都先后推出了SDH系列ASC芯 片或者FPGA芯片。随着集成电路工艺制造水平的提高,芯片集成度变得越来越 高,单片实现多速率多功能的任务也是SDH传输芯片技术发展的必然。例如, 西安邮电学院自主开发了单片实现多速率SDH映射、交叉连接、开销处理和指 针处理等功能多业务芯片。 西安邮电学院在SDH2M映射芯片、SDH指针处理芯片、不同速率的SDH通 道开销芯片、SDH段开销芯片以及SDH多业务芯片进行了自主知识产权的研究 和设计,该系列芯片在西安深亚电子有限公司进行了产业化开发,在国内的中兴 通信、上海贝尔-阿尔卡特、烽火通信等国内外著名公司的设备上得到了广泛的 应用。我校自主研究和设计的SDH宽带电路交换核心芯片在西安聚芯电子有限 公司进行了产业化开发,在烽火通信科技有限公司的大型光交换网络上进行批量 的应用 随着互联网的快速发展,多媒体业务日益成长,骨干网承受的压力越来越大, 对通信各个层次的设备容量和性能也要求越来越高,对这些设备中的核心芯片 (高速大容量的宽带交换芯片、高速包交换芯片以及高性能路由器芯片等)设计 技术提出了更大的挑战。国家“863”、计划项目国家自然科学基金、以及陕西省 重点科技发展项目等对这些核心芯片研发给予了大力支持。 (2)无线通信基带处理芯片 无线通信系统中的基带处理是通信系统中最重要的功能,为了提高基带处 理设计的灵活性、兼容性和可升级能力,一般用LW和SMD结构相结合的DSP 处理器实现。例如,TMS320C80是一个紧耦合多指令多数据流MMD的单片多 处理器系统。片上集成有4个并行处理器(PP)和一个RSC主处理器(MP)等 资源。处理能力为2GoPS/s,具有高度并行性、高计算精度和通用性;飞思卡尔 推出的单片多DSP核芯片系列产品MSc812X是一个多核数字信号处理器(DSP)产
4 SDH 作为通信传输的国际标准，其设备和芯片广泛地得到应用。国外以 PMC 为代表的通信设备和芯片设计公司，从 90 年代开始推出 SDH 系列芯片产品，包 括实现 SDH 映射、指针处理、开销处理、连接交叉等单功能 ASIC 芯片等，随着 工艺的发展，该公司后推出了集成多速率 SONET/SDH 成帧器、非阻断 STS/AU 与 VT/TU 互联和 SERDES 多种功能单芯片。 国内设计 SDH 芯片的厂家比较多，例如大唐电信、中兴通信、华为、武汉 邮电科学院、西安深亚等设备或者芯片设计公司都先后推出了 SDH 系列 ASIC 芯 片或者 FPGA 芯片。随着集成电路工艺制造水平的提高，芯片集成度变得越来越 高，单片实现多速率多功能的任务也是 SDH 传输芯片技术发展的必然。例如， 西安邮电学院自主开发了单片实现多速率 SDH 映射、交叉连接、开销处理和指 针处理等功能多业务芯片。 西安邮电学院在 SDH 2M 映射芯片、SDH 指针处理芯片、不同速率的 SDH 通 道开销芯片、SDH 段开销芯片以及 SDH 多业务芯片进行了自主知识产权的研究 和设计，该系列芯片在西安深亚电子有限公司进行了产业化开发，在国内的中兴 通信、上海贝尔-阿尔卡特、烽火通信等国内外著名公司的设备上得到了广泛的 应用。我校自主研究和设计的 SDH 宽带电路交换核心芯片在西安聚芯电子有限 公司进行了产业化开发，在烽火通信科技有限公司的大型光交换网络上进行批量 的应用。 随着互联网的快速发展，多媒体业务日益成长，骨干网承受的压力越来越大， 对通信各个层次的设备容量和性能也要求越来越高，对这些设备中的核心芯片 （高速大容量的宽带交换芯片、高速包交换芯片以及高性能路由器芯片等）设计 技术提出了更大的挑战。国家“863”、计划项目国家自然科学基金、以及陕西省 重点科技发展项目等对这些核心芯片研发给予了大力支持。 （2）无线通信基带处理芯片 无线通信系统中的基带处理是通信系统中最重要的功能，为了提高基带处 理设计的灵活性、兼容性和可升级能力，一般用 VLIW 和 SIMD 结构相结合的 DSP 处理器实现。例如，TMS320C80 是一个紧耦合多指令多数据流(MIMD)的单片多 处理器系统。片上集成有 4 个并行处理器（PP）和一个 RISC 主处理器（MP）等 资源。处理能力为 2 GOPS/s，具有高度并行性、高计算精度和通用性；飞思卡尔 推出的单片多 DSP 核芯片系列产品 MSC812x 是一个多核数字信号处理器(DSP)产
品,采用LⅣW结构,基于 StarCore技术的SC140核。比克其公司提出的pc102 和pC20x系列芯片是一个多核的DSP结构,采用阵列结构,具有良好的扩展性, 该系列芯片开发3G、 WIMAX和4G产品时提供了极大的灵活性 由于各种技术、政治、利益原因,无线通信系统的标准比较多,技术发展又 让通信系统演变非常快,为了适应不断发展的通信协议和标准,以面向通信领域 的多核和多粒度重构芯片是这个领域未来技术发展的一个趋势 重庆邮电大学针对3G通信系统,对TD- SCDMA手机基带芯片进行了研究与 设计,在重庆重邮信科股份有限公司采用013微米工艺进行了产业化开发,该 芯片功耗低,内核尺寸小,成本低,标志着中国3G通信核心芯片的关键技术达 到了世界领先水平 (3)图形图像处理芯片 图形处理器(GPU, graphic processing unit)是加速计算机进行二维和三维图 形显示的专用处理器。现代图形处理器产品主要来自于美国 Nvidia、AMD和ntel 等三家公司。Nvda最新推出采用40纳米工艺的新一代 GPU Ferm集成了约30 亿晶体管,具有512个CUDA核,存储器接口384位宽,存储器峰值带宽230GB/s, 主要应用于实时图形处理和大规模并行计算领域。为了解决深亚微米工艺下,芯 片出现的“红墙砖”问题,基于规则处理器元邻接互连、统一结构和计算统一的 阵列处理系统芯片体系结构将是技术发展趋势。随着手机和平板机这类个人数字 终端产品的大量出现以及人们对多媒体应用的追求,GPU必将成为这类产品中 个重要组成,具有巨大的市场前景。目前,三星的S5PC110,Ti的OMAP36X0, 高通的 Snapdragon8X50等芯片都含有图形加速处理器,以适用手机应用。功耗 和性能将是GPU在这个领域中应用需要解决的重要技术问题。 在国内GPU研究方面,由于起步较晚,现阶段的研究仍局限于图形算法方 面,在硬件架构领域的硏究很少。国防科技大学提出了一种适合图形处理的多维 自适应流处理器结构,中国科技大学研究面向移动设备的图形处理系统,西安邮 电大学、西安芯意半导体有限公司和航天部631所将联合开发面向个人数字终端 的图形加速器,主要是针对髙端手机芯片和平板机 22.3项目的市场分析 赛迪顾问的统计资料显示“通信lC芯片,尤其是支持第三代移动通信系统
5 品，采用 VLIW 结构，基于 StarCore 技术的 SC140 核。比克其公司提出的 pc102 和 pc20x 系列芯片是一个多核的 DSP 结构，采用阵列结构，具有良好的扩展性， 该系列芯片开发 3G、WiMAX 和 4G 产品时提供了极大的灵活性。 由于各种技术、政治、利益原因，无线通信系统的标准比较多，技术发展又 让通信系统演变非常快，为了适应不断发展的通信协议和标准，以面向通信领域 的多核和多粒度重构芯片是这个领域未来技术发展的一个趋势。 重庆邮电大学针对 3G 通信系统，对 TD-SCDMA 手机基带芯片进行了研究与 设计，在重庆重邮信科股份有限公司采用 0.13 微米工艺进行了产业化开发，该 芯片功耗低，内核尺寸小，成本低，标志着中国 3G 通信核心芯片的关键技术达 到了世界领先水平。 （3）图形图像处理芯片 图形处理器（GPU, graphic processing unit）是加速计算机进行二维和三维图 形显示的专用处理器。现代图形处理器产品主要来自于美国 Nvidia、AMD 和 Intel 等三家公司。Nvidia 最新推出采用 40 纳米工艺的新一代 GPU Fermi 集成了约 30 亿晶体管，具有 512 个 CUDA 核，存储器接口 384 位宽，存储器峰值带宽 230 GB/s， 主要应用于实时图形处理和大规模并行计算领域。为了解决深亚微米工艺下，芯 片出现的“红墙砖”问题，基于规则处理器元邻接互连、统一结构和计算统一的 阵列处理系统芯片体系结构将是技术发展趋势。随着手机和平板机这类个人数字 终端产品的大量出现以及人们对多媒体应用的追求，GPU 必将成为这类产品中一 个重要组成，具有巨大的市场前景。目前，三星的 S5PC110，Ti 的 OMAP 36X0， 高通的 Snapdragon 8X50 等芯片都含有图形加速处理器，以适用手机应用。功耗 和性能将是 GPU 在这个领域中应用需要解决的重要技术问题。 在国内 GPU 研究方面，由于起步较晚，现阶段的研究仍局限于图形算法方 面，在硬件架构领域的研究很少。国防科技大学提出了一种适合图形处理的多维 自适应流处理器结构,中国科技大学研究面向移动设备的图形处理系统，西安邮 电大学、西安芯意半导体有限公司和航天部 631 所将联合开发面向个人数字终端 的图形加速器，主要是针对高端手机芯片和平板机。 2.2.3 项目的市场分析 赛迪顾问的统计资料显示“通信 IC 芯片，尤其是支持第三代移动通信系统