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华为电视参战:电视芯片进入群雄割据时代

时间:2019-07-25 作者:黄烨锋 阅读:
华为荣耀今年7月15日宣布即将推出一个新的大屏品类产品“智慧屏”,实质上就是电视,预计8月上旬就会发布具体的产品。这对提升海思电视主控芯片的市场份额是有好处的,而且华为荣耀电视的上市,可能标志着电视芯片正式进入群雄割据时期,这对联发科而言可不是什么好消息。

商务部去年2月曾发出过一份公告,名为《关于解除联发科技股份有限公司吸收合并开曼晨星半导体公司经营者集中限制性条件的公告》[1]。实际联发科收购MStar(晨星半导体)是2012年就开始的事情,到2013年中国大陆批准这项收购交易。不过当时的批准是有附带条件的,尤其是在后续持续3年时间里要求两家公司独立运营,原因是这两家公司的合并可能对中国大陆市场的竞争造成不利影响。DdAEETC-电子工程专辑

当时的背景下,MStar是全球范围内最大的“电视芯片”供应商。早在2011年,联发科和MStar就已经联合拿下全球电视芯片市场过半的市场份额。后续很长一段时间内,MStar还在进一步吞噬市场。商务部在去年2月的这份公告中提到:“根据《公告》,在中国液晶电视主控芯片市场,开曼晨星的市场份额为65%,联发科技的市场份额为15%,合计市场份额为80%。”DdAEETC-电子工程专辑

但“2013年以来,联发科技和晨星台湾市场份额持续下降。根据独立第三方数据,2017年上半年,在中国液晶电视主控芯片市场,晨星台湾市场份额约40%-45%,联发科技市场份额约5%-10%,合计低于50%,市场份额明显下降。”DdAEETC-电子工程专辑

这也成为大陆政府解除联发科与MStar并购限制的一大原因。后续也有不少媒体援引了公告中的这一数据。去年南方网报道称[2],就“电视核心芯片”,“目前中国市场国产芯片占有率已提升至60%左右,其中华为海思占领了国内一半以上的市场。”DdAEETC-电子工程专辑

实际上这两份数据都没有提供相应的出处,而且我们认为这个数据是很值得商榷的,这将在下文中提到。不过华为荣耀今年7月15日宣布即将推出一个新的大屏品类产品“智慧屏”,实质上就是电视,预计8月上旬就会发布具体的产品。这对提升海思电视主控芯片的市场份额是有好处的,而且华为荣耀电视的上市,可能标志着电视芯片正式进入群雄割据时期,这对联发科而言可不是什么好消息。DdAEETC-电子工程专辑

究竟什么是电视芯片?

既然说到电视芯片,首先就需要搞清楚什么是电视芯片,毕竟电视涉及到的半导体器件那么多,即便限定在“主控芯片”,实际也是个很模糊的概念。我们从目前主流的一些电视品牌入手,以拆解来探寻到底一般人所谓的“电视芯片”,说的是什么芯片。DdAEETC-电子工程专辑

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来源:海信多媒体产品维修手册(笔者对原图进行了二次演绎)DdAEETC-电子工程专辑

一般现在的LCD电视拆开后就如上图所示的布局,主体包含了三部分,电源板、主板(也有称作数字板、主控板、信号处理主板的)和TCON板与驱动板(TCON板也有逻辑板或“图像处理板”的叫法)。此例中,驱动板与TCON板位于金属屏蔽罩下方。DdAEETC-电子工程专辑

那么所谓的电视芯片究竟在哪块板子上呢?这里我们首先可以排除掉电源板;驱动板也不在讨论范畴内——驱动板通常是直连液晶显示面板的,其上会有个扮演重要角色的DDI(显示驱动IC)芯片。DDI是负责屏幕扫描的,包括横向扫描工作的Gate IC和纵向工作的Source IC。这也不是我们平常所说的“电视芯片”。DdAEETC-电子工程专辑

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三星电视驱动板及其上的DDI芯片DdAEETC-电子工程专辑

那就只剩下主板和TCON板了。主板还是比较容易理解的,尤其在“智能电视”普及之后,它和手机或PC主板实际上很类似,其上包含了SoC(包括CPU、GPU、视频编解码单元等),还有配套的存储系统、外部连接支持等,典型的如海思的方案。但其存在形态也不一定是一整颗SoC,例如Realtek瑞昱前不久在Computex展会上展示的RTD2983,本质上是视频decoder与处理IC,支持AV1/HEVC/VP9的8K视频解码,以及处理HDR格式、降噪、upscale,另外也带PCIe、USB 3.0这样的接口,它还需要搭配一颗主SoC。DdAEETC-电子工程专辑

首先我们可以确认,现在所谓的“电视芯片”必定包含这类型的SoC。而商务部那份公告提到的“主控芯片”应该就是指这里的SoC,毕竟它真正涉及到了视频信号处理。通常包含主SoC的这块板子上都会看到一个巨大的散热片,因为SoC在智能电视,和现在流行的AI电视中,是相对重要的主体。DdAEETC-电子工程专辑
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微鲸电视主板部分,主SoC位于散热片下方,这应该是一颗来自MStar的ARM芯片;图片来源:ZOLDdAEETC-电子工程专辑

不过这还不是全部。我们知道,索尼、海信、LG这些电视制造商在进行产品宣传时,都会提到他们自家的“画质芯片”“图像增强”或者“画质增强引擎”。索尼的这颗芯片叫X1,LG则为alpha 9,海信宣传的自主研发芯片实则已经历经了数代·,现在是信芯H3。这些芯片是不是主板上的主SoC呢?DdAEETC-电子工程专辑

以索尼为例,索尼官方网站的资料显示[3],最新的X1 Ultimate Picture Processor功能包括了基于对象的超级分辨率、基于对象的HDR重制、动态对比度加强等等,总之就是让电视画面更好看。不过索尼绝大部分电视产品所用的SoC都来自联发科,X1并非主SoC,那么X1在此又扮演何种角色呢?索尼官方有关X1的介绍很少,似乎也没有人通过电视拆解真正看到X1实体。我们很难了解X1在索尼电视系统中处在哪个层级。那就不妨先来看看前面还没有提到的TCON芯片,或许跟它有关?DdAEETC-电子工程专辑

TCON又是什么呢?这里我们再来看一个例子:DdAEETC-电子工程专辑
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这是一台早两年LG电视的内部布局,和前面我们看到海信那台电视的布局很类似,主体上也是这几个板块。这里最下方直连液晶显示面板的驱动与TCON板上,可以看到两颗主要芯片:DdAEETC-电子工程专辑
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图片来源:PConlineDdAEETC-电子工程专辑

这两颗芯片虽然都打着LG的标志,但一颗是来自LG Display,另一颗则来自LG电子。我们推测这两颗芯片至少有一颗就是TCON系统中的“图像处理芯片”(从走线和封装来看应该是右边的LG1122A),另一颗可能是前文提到的DDI驱动芯片。DdAEETC-电子工程专辑

这里我们简单说一说什么是TCON。TCON广义上是指Timing Contoller时序控制器,一般来说从前面的主板接收到信息以后,信息就会发往TCON进行处理。它们对信号做进一步加工处理。处理完成后再发给DDI驱动芯片,并最终将画面显示到LCD或OLED面板上。DdAEETC-电子工程专辑

早些年,TCON系统是集成了各种功能的控制IC,它一直是电视的核心所在,是相关显示面板控制和画质提升的重要组成部分。TCON的本职工作是将数字板传来的LVDS或 TTL 图像数据信号、时钟信号进行处理移位存储器存储,将图像数据信号、时钟信号转换为屏幕可以识别的控制信号、行列信号。除此之外,TCON系统很长一段时间内也负责对视频图像信号进行算法处理,提高画质效果。它在电视整个系统中所处的位置大概是这样的:DdAEETC-电子工程专辑
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来源:《基于FPGA的TCON系统设计与实现》[4]DdAEETC-电子工程专辑

上图中的Control ASIC就是指TCON系统。左侧Data Signal的来源就是主板或者说SoC。DdAEETC-电子工程专辑

在TCON系统内部,除了时序控制这项本职工作,如果论及“图像加工处理”的部分,TCON系统则可能还包含了一些不同的芯片,比如说典型的FRC芯片。乐视超级电视相对比较早的版本中就有一块单独的FRC板子,上面有一枚来自联咏科技的FRC芯片。FRC技术就是所谓的“时间抖动”技术,比如它可以把8bit色深的显示屏,通过抖动在显示效果上,以较低的成本接近10bit色深面板的显示效果。DdAEETC-电子工程专辑

图像增强除了FRC处理,还有典型的MEMC,也就是现在电视功能里常见的运动补偿。常见的应用是在运动画面中,通过插入中间帧让动态画面看起来更流畅。除此之外,TCON可能还包含Gamma调整等相关组成部分。DdAEETC-电子工程专辑

就其功能来看,如果TCON系统仍然保留了画质增强特性,则很显然也应当被看做日常所说的“电视芯片”。这一点,从海信宣传所谓的“叠屏电视”也能看得出来,PPT中提到一个“叠屏超画芯片”,虽然我们不清楚它在整个系统中所处的具体位置,但它也一定和TCON有关:DdAEETC-电子工程专辑
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图片来源:海信DdAEETC-电子工程专辑

到这里,我们基本可以确定,“电视芯片”应该至少可以包括主板上的SoC,以及包含再往后端走的TCON系统(尤其在它做画质增强时)。不过这是基于日常对话的某种主观定义,电视设备内部涉及的芯片也远不止这些,除了DDI、TCON、主SoC,另外还相关通讯、存储、供电等。不过这些并不与“显示”直接相关,也不应混为一谈,这里也就不做讨论了。DdAEETC-电子工程专辑

与此同时,当代“画质增强芯片”所处的位置可能正在发生变化,更多的“控制功能”正在往主板这一侧偏移。就“电视芯片”的定义,我们大概还需要考虑一点。海信在早年推出自家“自主研发SoC级画质芯片Hi-View Pro”时,曾提到过,“高端电视的配置由主芯片+TCON组成,但随着4K、8K片源的普及和视频流媒体播放和解析需要,大屏还需要画质芯片”。这个层级的“画质芯片”又是什么意思呢?我们大致可以pixelworks这类厂商的产品为参考。DdAEETC-电子工程专辑
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图片来源:pixelworksDdAEETC-电子工程专辑

Pixelworks的主要业务除了电视领域之外,现在也包括手机,实现手机显示屏的画质增强。这家公司早前一直也是TCON时序控制IC的供应商之一。Pixelworks现在的主要产品是Iris芯片,实现的也包括了动态补偿、抖动、HDR、对比度加强之类的图像视频强化。这家公司今年宣布和高通达成合作,在骁龙855芯片中,集成了Iris软件,即所谓的Soft Iris。DdAEETC-电子工程专辑

这类方案,可能属于TCON原有画质增强功能部分的剥离,以及往主SoC端的整合;原有的TCON芯片则相对更单一地负责给DDI分配任务;甚至可能包括索尼X1等在内的方案就是如此。前不久,pixelworks移动业务营销副总裁Peter Carson曾告诉我们,pixelworks的Iris芯片实际非常非常小。或许索尼X1、LG alpha 9、三星UHD处理芯片也是这么回事,在拆解中也很难被发现。DdAEETC-电子工程专辑

LG在电视芯片的宣传资料中,针对TV SoC的介绍实则囊括了主SoC、TCON的各部分:DdAEETC-电子工程专辑
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图片来源:LG Electronics[5]DdAEETC-电子工程专辑

这其中的Display Engine显示引擎看起来是个很抽象的概念,而且LG当前的电视芯片似乎也并没有达到像图示这么高的集成度。但这也印证了我们前面提到,“电视芯片”理应包含主SoC、TCON系统,以及剥离出的独立的画质增强组件。DdAEETC-电子工程专辑

还有一个技术趋势,也值得一提。今年的CES展会上,联发科推出画质增强的MT8175 AI视觉平台。其核心在于,利用深度学习进行画质增强,比如分析画面中的每个对象,进行平滑处理、优化色阶;或者根据画面整体对比度进行HDR明暗调节;甚至对相同内容两种不同画质版本作比较,学习两者差异,这样一来在海量的学习过后,就能对新的视频内容进行亮度、黑场、噪点等的优化了。这还是需要用到主SoC的神经网络单元的。DdAEETC-电子工程专辑
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来源:LG ElectronicsDdAEETC-电子工程专辑

所以就电视画质增强的发展趋势,或许未来的电视芯片可以彻底狭义地定义为主板上的主SoC,或者从中分离出来的一些强化IC,不管是视频解码器,还是视频处理IC。只是如果做市场份额预估,则很难将电视制造商自己的这些画质增强技术或“芯片”笼统地划归进“电视芯片”市场竞争中作比较,毕竟这些技术和芯片并不对外出售。比如索尼X1和信芯H3,这两者从技术和市场两方面可能都很难对比;而且海信似乎在电视芯片多个层级,甚至包括TCON也都有涉足。DdAEETC-电子工程专辑

与此同时,就“电视芯片”这个说法,TCON依然不应被遗忘,典型如苹果的5K iMac推出时,5K分辨率配合60Hz刷新率,带宽要求本身已经超出了DisplayPort 1.2标准的能力,苹果为解决这一问题,采用了谱瑞科技专门为其定制的TCON芯片,实现近40Gbit/s的处理能力。如果说TCON都不算“电视芯片”,就其在显示流程中地位而言,那也实在说不过去吧。DdAEETC-电子工程专辑

群雄割据的市场正在形成

有了这部分背景知识以后,我们就可以继续往下讨论了。现在回看南方网报道的海思占领国内一半以上市场,这个说法可能还是值得细究的。华为海思在电视市场的明星产品包括hi3751V600、hi3751V510,属于典型的主SoC,其中的V600除了4个ARM Cortex-A53核心、6个Mali-450 GPU核心等配置之外,着力点当然是相对强大的视频编解码能力。其公开资料比较少,我们也无从了解相关“画质增强”部分,其自身是否具备相关技术。DdAEETC-电子工程专辑

不过很显然这类产品是借用了海思在手机领域的经验。尤其在性能和发热方面,海思SoC表现都是相当出色的。当前海思的这部分产品和海信、康佳、创维等电视制造商都有合作。然而抛开TCON不说,即便只讨论主板相关的主SoC芯片,也很难说海思已经在国内超过“一半以上市场”。DdAEETC-电子工程专辑

实际上,联发科自收购MStar后,就专门开设了电视芯片业务。在联发科新一轮转型中,加强IoT、电视等业务在营收中的占比,降低对手机业务的依赖实则基本已经达成。三星、索尼等电视产品中,联发科SoC的身影也很常见。DdAEETC-电子工程专辑

IHS Markit的数据显示[6],全球LCD电视市场,就电视制造商的出货量来看,中国企业已经占到了31.9%的市场份额,首次超过了韩国。不过如果就单个厂商来看,虽然2018年三星电子在电视机市场的份额首次跌破了20%,但目前三星和LG仍是电视市场份额的冠亚军,而且高端市场(超过2500美元)上三星则保持了接近一半的市场份额。DdAEETC-电子工程专辑

基于这个数据,加上索尼等日系厂商与联发科的合作,联发科(与MStar)理论上应该仍是电视SoC市场的头把交椅。只是这个位置早已不似当年那般稳固。DdAEETC-电子工程专辑

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如果只看国内市场,奥维云网的数据显示,今年2月份各电视品牌在国内的出货量,排名第一的是小米。且在今年1-6周的电视单品销量榜单中,前10的席位有8个都是被小米占据的。群智咨询2018年全球电视出货量数据显示,小米出货量增幅超过200%。DdAEETC-电子工程专辑

雷军最近在个人微博上还提到中怡康的统计数据,提及小米是今年上半年国内电视品牌销量冠军:今年上半年国内电视总销量为2194万台(这个数据未知是否总和了线上与线下),小米占到了将近20%的份额,基数为419万台,比第二名的海信多出91万台,索尼和三星则分别是59万和44万。所以小米电视今年上半年在国内的销量约等于海信、索尼、三星这三家之和。DdAEETC-电子工程专辑
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小米电视3主板上的MStar SoCDdAEETC-电子工程专辑

小米电视除了一代采用高通骁龙SoC,二代、三代均采用MStar作为主板SoC,四代的主角则为Amlogic晶晨半导体。所以就终端产品销售数量,有关“海思占领国内电视机市场过半份额”的这个说法可能还是存疑的。DdAEETC-电子工程专辑

在国际市场上,三星、LG和索尼以往都有采用联发科与MStar SoC的传统,联发科至少目前仍然是电视机SoC市场的主要玩家。考虑到国际市场,海信、小米等国内品牌的崛起——包括诸多统计机构就电视机销量的统计也特别提及海信、TCL等,中国大陆的电视SoC制造商,包括华为海思、晶晨半导体亦有了一席之地。DdAEETC-电子工程专辑

另外如前所述,Realtek瑞昱也是电视SoC市场的重要一员,前几个月Geekbench站点还出现了一款尚未上市的索尼电视,传出索尼似乎在测试Realtek SoC的消息,前几天LG则宣布要发布一款“游戏”电视,预计会采用瑞昱RTD2893 SoC。DdAEETC-电子工程专辑

更重要的是,不管是出于何种原因,即便电视机市场已经在萎缩,但华为即将进军这一市场,这本身就会进一步带动海思SoC在电视领域的市场份额。这些对于曾经一手掌控“电视芯片”市场份额的联发科和已经被并购的MStar而言,的确不是什么好消息。在华为荣耀“智慧屏”真正杀入电视市场以前,电视SoC市场的群雄割据时代或许会持续一段时间。DdAEETC-电子工程专辑

实际的市场状况可能还将更加复杂。有分析观点认为,华为海思芯片原本正在电视芯片领域大肆斩获市场份额,但华为在推出自家电视产品后,国内的其他电视制造商可能会重新考虑是否仍然采用海思电视芯片,尤其是考虑到华为这家企业本身的体量,及其市场扩张的能力。这一局就显得愈发有趣了。DdAEETC-电子工程专辑

最后仍值得一提的是,如前文所述,毕竟“电视芯片”不仅关乎电视主板部分的SoC,DDI驱动芯片往前的TCON时序控制器也是重要组成部分,即便可能画质提升已经或者即将转移到更靠前的位置和层级。目前显示面板TCON市场的主要参与者包括:三星、谱瑞科技、联咏科技、联发科、MegaChips、奇景光电、硅谷数模、Silicon Works(隶属LG)、矽创电子、IDT、哉英电子、瑞鼎科技、敦泰电子。主要是来自台湾的企业。DdAEETC-电子工程专辑

单TCON市场的市场规模本身还在扩大,Market Study Report的数据显示,这部分市场2019-2025复合年增长率约在0.8%,从2018年的217.98亿美元,增长至2025年的230.16亿美元[7]。只不过TCON的主要驱动力并不主要来自电视。DdAEETC-电子工程专辑

参考来源:DdAEETC-电子工程专辑

[1] 关于解除联发科技股份有限公司吸收合并开曼晨星半导体公司经营者集中限制性条件的公告 – 商务部(http://english.mofcom.gov.cn/article/policyrelease/buwei/201802/20180202714996.shtml)DdAEETC-电子工程专辑
[2] 广东年底全国率先开通4K电视,背后产业链你了解多少?- 南方网(http://static.nfapp.southcn.com/content/201707/25/c568634.html)DdAEETC-电子工程专辑
[3] SONY X1 Ultimate – Sony(https://www.sony.co.th/en/electronics/picture-quality#SonyProcessors)DdAEETC-电子工程专辑
[4] 基于FPGA的TCON系统设计与实现,2014 - 郭登科,中国海洋大学(http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=aec28228f2c5874e4a09e22645a9c795)DdAEETC-电子工程专辑
[5] TV SoC Solutions for the Immersive Display & Intelligent Platform - LG Electronics(http://mcsoc-forum.org/2017/wp-content/uploads/2017/09/keynote-Choi-Material.pdf)DdAEETC-电子工程专辑
[6] China Overtakes Korea in World LCD TV Market - BusinessKorea(http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=28987)DdAEETC-电子工程专辑
[7] At 0.8 % CAGR, Timing Controllers Market Size will reach 2301.6 Million USD by 2025 - Marekt Study Report(https://www.marketwatch.com/press-release/at-08-cagr-timing-controllers-market-size-will-reach-23016-million-usd-by-2025-2019-05-08)
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黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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