三星电子系统半导体部门开发支持超高清 8K 电视技术的半导体

▲（左起）在公司 8K 电视中制造集成电路的三星开发人员——Sangdeok Kim、Hansoo Seong、Junghyun Lim 和 Yongjoo Song

随着高清电视的不断发展，我们的电视屏幕上显示的世界正变得比以往更加逼真。8K 电视代表了高级电视的新标准，通过提供如此生动的高清晰度，尽可能提高用户的沉浸感，就像在眼前看到那些场景一样。 这种令人难以置信的清晰分辨率是通过提升电视内的半导体而实现的。这些解决方案能够实现更清晰的分辨率，包括 DTV SoC（芯片上数字电视系统）、T-CON（计时控制器）和 DDI（显示器驱动集成电路）。三星新闻编辑室与 S6HD820（为 8 nm1 DTV SoC 提供可能）、S6TST21（一款 8K 120 赫兹 T-CON）和 S6CT9BC（速度为 8 千兆比特/秒 (Gbps) 的 DDI）的开发人员坐下来，倾听这些解决方案背后看不见的创新故事。 从 DTV SoC 到 DDI——向显示器发送视频信号 与过去只用于收看电视节目的电视不同，电视的作用随着时间的推移而逐渐扩大。如今，我们的电视正在成为一个平台，使我们也可以打游戏、锻炼，以及做各种各样其他的活动。随着人们对电视功能的期望值越来越高，电视也开始具备更高标准的高端功能。 电视是内容输出设备，制定高标准的图像质量对用户满意度至关重要。数字信号在显示前通常要经过三个阶段。首先，DTV SoC 接收来自广播或互联网的压缩数据，提取数据将其转换为视频，并将视频和音频发送到屏幕和扬声器。然后，T-CON 接收已处理的视频数据，将其发送回 DDI，并仔细计时以确保平稳运行。最后，发送到 DDI 的数字信号被转换为模拟格式，视频显示在电视屏幕上。 使用“一个芯片”简化 DTV SoC 并提升神经处理单元 (NPU) 功能 DTV SoC 从有线电视或机顶盒接收视频数据，也被称为“电视的大脑”。DTV SoC 开发团队的 Seong Hansoo 解释说：“DTV SoC 将音频和视频信号从压缩输入流中分离出来。然后，它提供根据显示的每个场景调整音频和视频数据的功能。”

随着图像质量从 4K 标准发展到 8K 标准，DTV SoC 的作用变得越来越重要。三星的开发人员致力于找到一种解决方案，支持 8K 分辨率，同时减少功耗。DTV SoC 应用了 NPU（神经处理单元），以便将人工智能 (AI) 技术应用于整体提高图像质量和音频处理。这项技术带来了更精确的显示输出。在此基础上，DTV SoC 还与升级的 IC2 集成，以提高电源效率。 制造 8 nm1 DTV SoC 的最大障碍是将两个 IC 集成到一个芯片中所需的复杂工程以及随后的过热问题。“NPU 性能越好，人工智能学习就越加强，从而带来更好的电视性能。但这也使得半导体的工程更加复杂，并导致更严重的过热。”Seong Hansoo 说,“我们努力寻找合适的平衡点，以防止过热，并最终成功优化了解决方案。” T-CON 的演变：从两个 60 赫兹芯片到单个 120 赫兹芯片 T-CON 从 DTV SoC 中收集视频数据，并根据 DDI 的要求进行转换。“面板尺寸越大，分辨率越高，T-CON 的作用就越重要。”参与三星新款 8K T-CON 的 Lim Junghyun 说，“T-CON 的数据传输速度对于快速将高分辨率视频数据传输到 DDI 也很重要。”

随着从 4K 到 8K 的改进，屏幕分辨率提高了四倍。因此，需要发送的数据量也翻了两番，这意味着 T-CON 的速度也需要提高。开发团队通过应用新的节点流程和简化芯片，解决了速度迅速上升带来的过热问题。此外，两个 8K 60 赫兹芯片已集成为一个 S6TST21。 以前的系统需要 8K 电视中的四个半导体，包括DTV SoC、8K 升级的 IC2 和两个 T-CON。新系统将 DTV SOC 和升级 IC2 合并为一个解决方案，并将两个 T-CON 合并为一个解决方案，将所需的半导体总量减少到两个。这些更改使得设计所需的电路板更加容易。 DDI 集成提升速度，减少芯片数量 DDI 负责显示视频前的最后一步。在这里， T-CON 接收的数字数据转换为模拟信号的位置，该信号将用作显示的输入。参与 DDI 开发的 Song Yongjoo 说：“DDI 需要快速准确地向面板提供高模拟电压，以便准确显示来自 T-CON 的视频数据。”

为了方便电压增加，需要一种新的驱动 IC，可以同时处理更高的电压并防止过热。“提高驱动器缓冲区的速度是最困难的挑战。”Song Yongjoo 说，“在以各种方式改变电路结构和布局以减少驱动器 IC 的输入/输出延迟后，我们开发出一种能够以更快速度运行的新驱动程序 IC。” 高速运行的 DDI 的发展使得 DDI 数量减少了近一半，相关芯片的数量减少了几十个。这使得电视面板更容易构建。 技术领先的秘密：三星自有界面和有机半导体的发展 从 4K 到 8K 电视，三星技术的秘诀在于其专有技术和随着时间的推移积累的高水平消费者信任度。此外，三星不断分析市场和技术趋势，将其应用于产品，三星自己的界面在这些努力中发挥了巨大作用。“三星界面不仅提供速度，而且还利用公司的半导体驱动技术。”Kim Sangdeok 说,“通过采用自有界面，三星能够根据快速的界面制作 8K 电视 DDI。”

三星的另一个独特优势是，它正在开发 DTV SoC、T-CON 和 DDI 串联。这提供了很大的优势，因为它允许在必须协同工作的三个组件之间更好地集成和兼容。

三星 S.LSI 业务的开发人员毫不掩饰他们对 8K电视技术和半导体未来的兴奋。“当我刚开始在这个领域工作时，我是为全高清 (FHD) 分辨率电视制作半导体。我记得当产品进入量产的时候，我感到非常自豪。”Song Yongjoo 说，“电视分辨率已经超过 4K 达到 8K 标准，电视屏幕也越来越大。随着更大的高分辨率电视被引入市场，半导体必须具备更复杂的功能，这增加了开发的挑战。但是，对于像我们这样的开发人员来说，克服这些挑战仍将是始终存在的目标。”

¹ nm：纳米

² 升级 IC：将低分辨率视频转换为高分辨率的半导体（将 2K 和 4K 视频转换为 8K）