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【行業解決方案】Altium：非凡視聽體驗的技術基石

2025-11-14

在追求沉浸式體驗的今天，從高端家庭影院到專業錄音設備，視聽產品正朝著高保真、超高清、智能互聯的方向飛速發展。這要求核心電路板必須處理愈發復雜的高速數字信號（如HDMI 2.1、DisplayPort 2.0）、承載高動態范圍的敏感模擬音頻鏈路，并在此基礎上面臨著設備小型化帶來的散熱與電磁干擾挑戰。設計團隊需要在有限的空間內，平衡信號完整性、電源完整性和電磁兼容性，任何細微的偏差都可能導致音質損耗或畫質劣化。Altium Designer 作為一套完整的電子設計生態系統，為應對這些挑戰提供了精準而強大的工具集。其在高速度設計、規則驅動布局以及跨領域協同方面的專業能力，使其成為打造非凡視聽體驗的精密畫布，助力工程師將創新構想轉化為穩定可靠的產品。視聽設備的核心在于無損傳輸。Altium Designer 集成的信號完整性分析工具，能夠在制造原型之前，對關鍵高速網絡進行仿真和優化。設計師可以直接在布局環境下，基于器件IBIS模型，分析阻抗不匹配、反射、串擾等問題，并通過眼圖等直觀工具評估高速數字視頻信號（如HDMI、DisplayPort）的質量，確保4K/120Hz甚至8K視頻信號的穩定傳輸。預布局與后仿真：支持在布線前根據疊層參數進行拓撲規劃，并在布線完成后進行精確驗證，形成設計閉環。端接方案優化：仿真工具可幫助確定推薦的端接電阻（如串聯端接）位置和數值，有效抑制信號反射，提升信號質量。眼圖與波形分析：提供專業的眼圖模板和波形觀察器，量化分析信號抖動、噪聲容限等關鍵參數，為設計決策提供數據支撐。一家領先的音響品牌在開發一款支持8K視頻透傳的AV功放時，面臨HDMI 2.1信號在經過復雜切換電路后出現碼間干擾，導致畫面閃爍的嚴峻挑戰。傳統依賴經驗的設計方法已無法滿足其長距離、高帶寬的傳輸要求。設計團隊利用Altium Designer的信號完整性分析功能，對HDMI差分對進行建模和仿真。仿真結果清晰地顯示了因過孔殘樁和布線長度不匹配引起的阻抗突變和時序偏差。通過調整布線層、優化過孔設計并嚴格進行差分對等長布線，最終將信號質量提升了50，眼圖張開度完全符合規范。產品一次性通過HDMI協會認證，實現了超高清視頻的完美透傳，奠定了其在高端市場的技術領先地位。高保真音頻電路的本質是極致的模擬信號處理，對數字開關噪聲、電源紋波極為敏感。Altium Designer強大的規則驅動設計環境允許工程師為不同類型的電路區域定義精確的“交通規則”。通過區域規劃、層分配和間距控制，實現敏感的模擬地（AGND）與嘈雜的數字地（DGND）的有效隔離，從源頭提升信噪比，確保純凈的音質表現。區域規則：可以劃定模擬區、數字區、射頻區等，為每個區域設置獨特的布線寬度、間距、過孔樣式及敷銅連接方式。屏蔽與包地：可為關鍵模擬信號線（如麥克風輸入、唱放電路）自動或手動添加屏蔽地線，有效防止串擾。電源分割與隔離：利用敷銅管理功能，精確分割不同的電源域，并為低壓差線性穩壓器（LDO）等模擬電源提供獨立的、干凈的供電島嶼。某專業音頻接口制造商在設計一款高采樣率音頻接口時，深受數字電路噪聲耦合到模擬輸出通道的困擾，導致本底噪聲（Noise Floor）指標無法達到專業級要求。工程師采用Altium Designer的規則驅動設計方法。首先，在布局階段使用“Rooms”功能嚴格劃分模擬和數字區域。隨后，為模擬區域設置更寬的布線間距，并禁止數字信號線穿越。最后，為模擬電源層和數字電源層進行星型單點接地連接，并為所有模擬音頻走線施加了“包地”規則。最終，產品的動態范圍（DNR）提升了6dB，本底噪聲降低了40，達到了行業超高水準，獲得了專業音頻工程師的廣泛贊譽。為了追求更纖薄、更富創意的工業設計，越來越多的視聽設備（如超薄電視、Soundbar、VR頭顯）開始采用剛柔結合板。Altium Designer提供了專業的剛柔結合板設計支持，允許在單一設計環境中定義剛性區和柔性區的層疊結構、材料屬性及彎曲區域。設計師可以在3D空間內直觀地檢查柔性部分在彎曲狀態下的布線情況，避免因反復彎折導致的線路斷裂風險。層疊結構管理：可獨立定義剛性部分（FR-4）和柔性部分（聚酰亞胺）的層數、厚度和材料，并精確設置彎曲區域的幾何形狀。3D彎曲仿真：支持將柔性電路部分按照預設的彎曲半徑和角度進行3D彎曲，實時觀察導線在彎曲狀態下的應力分布，優化布線路徑。定制化出圖：可為剛柔結合板生成特定的制造圖紙，清晰標注剛性區、柔性區、加強板及彎曲指示，確保制造精度。一家消費電子巨頭在開發一款極具藝術感的曲面Soundbar時，需要將主板與分布在弧形外殼兩側的揚聲器單元連接起來。傳統線纜連接方式占用空間大、可靠性低，且影響美觀。設計團隊利用Altium Designer的剛柔結合板設計功能，設計了一塊將主控剛性板與兩側延伸的柔性電路集成的部件。柔性部分用于連接高頻揚聲器和功放芯片。在3D環境中，團隊模擬了Soundbar的弧形外殼，并驗證了柔性板在彎曲狀態下的可靠性。最終產品實現了無縫的一體化連接，內部結構極其緊湊，整機厚度減少了35，且避免了連接線纜可能帶來的故障點，提升了生產良率和產品可靠性。在音視頻技術邁向極致體驗的進程中，Altium Designer已遠遠超出一款布線工具的角色。它通過精準的信號完整性分析守護了數據的無損流通，憑借嚴格的規則驅動布局奠定了純凈的聲學基礎，更以創新的剛柔結合板設計賦能了產品的藝術形態。從高端影音器材到專業制作設備，再到日常的消費電子產品，Altium Designer為工程師提供了將嚴謹電氣理論與前沿工業設計融為一體的強大平臺。它不僅是實現功能的工具，更是成就專業音畫品質的戰略伙伴，持續推動著視聽體驗的邊界向前拓展。+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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2025年Arm最新處理器架構介紹——全新C1系列

2025-10-17

2025年9月，Arm發布了其最新的處理器架構。今年，Arm拋棄了原有的X系列和A系列命名規則，采用了新的的命名規則，叫C1系列，包括了C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano等產品。名稱上感覺更像手機的命名系列，并且微架構新全新升級到了Armv9.3-A。此外，今年的GPU的新架構叫做GPU Mali G1。除了微架構的名稱變化，Arm還為每個目標市場都創建了完整的品牌名稱：Neoverse 用于服務器Zena 用于汽車Lumex 用于移動設備Niva 用于個人電腦Orbis 用于物聯網值得一提是有一個新的PC品牌Niva，推測對Windows有更好的支持。除了Qualcomm's Snapdragon X 系列處理器，我們有望看到更多的Arm處理器運行Windows系統。今年用于手機處理器的C1系列和G1系列則屬于Lumex套件，全稱叫做Arm Lumex CSS Platform。那么Lumex里面都包含什么？根據Arm的資料，Lunux包含CPU、GPU、System等IP設計，還包含了3nm等工藝節點的物理實現，以及一些生態的支持，例如Pre-silicon的平臺指導、安卓16支持、SME2的應用等等，可以幫助芯片廠商更快的完成芯片設計。Arm期望通過CSS套件將這些IP以套裝打包起來售賣以提升產品競爭力，提升整體性價比，提升對客戶的吸引力，從而提升Arm的銷售額。打個比方，這就類似麥當勞更喜歡賣套餐，而不是單賣漢堡。我們用一個表格，直觀的展示這5年來Arm微架構演進迭代的情況。上面這張圖包含了今年新C1架構的核心參數指標參數的變化，后面我們會看具體的變化。首先看一下C-Ultra相比上一代X925的性能提升。C1-Ultra的IPC性能，從Arm給出的數據看，比上一代的X925要提升12左右，前期有預測過C1-Ultra可能會采用12路decoder設計，現在看來應該沒有用12路這么激進，不然性能應該能有20以上的提升。圖中下面2024年的安卓旗艦競品，應該是指用了X4核心的處理器8Gen3處理器。在前端設計上，C1-Ultra和上一代X925的核心參數decoder寬度，ALU數量，FPU數量等基本相同。C1-Ultra主要優化是提升分支預測性能，增加記錄預測歷史的空間，從而提升分支預測的準確性，對性能和功耗都有幫助。此外，一個明顯的變化是，L1指令緩存的帶寬提升了33，以實現更快的指令獲取速度。在后端設計上，C1-Ultra的L1數據緩存容量從64KB提升到128KB，這個大小要超出高通Oryon的96KB，可惜L1指令緩存還是大小還是64KB，不如Oryon的192KB。這也是多年來Arm第一次在旗艦核心上增加L1緩存的容量。性能和功耗指標上，C1-Ultra比X925，峰值性能提升了25，同性能下功耗則降低了28，在工藝沒有變化，都是3nm的情況下，性能的提升主要通過優化微架構和提升頻率。至于功耗，需要注意C1-Ultra的極限功耗是增加的，但是得益于微架構的優化和緩存的提升，原來X925極限性能的高能效區間在這一代同性能頻率可以跑的更低。在C1-Ultra的使用上，建議多使用這段高能效的區間，以達到最經濟的能效使用。下面用一個表格總結了Arm旗艦核心在過去六年里的發展變化：在這幾年中，變化最大的演進是2023年的Cortex-X4，其decoder寬度從6路提升到10路，ALU也從6個增加到8個，性能提升明顯，典型處理器代表是MTK的天璣9300和高通的驍龍8Gen3處理器。再來看一下C1-Premium，面積比C1-Ultra減少35，主要是減少了矢量單元和L2緩存，并優化了物理實現。如果說是減少了FPU，推測其性能和X4的差不多。今年的天璣9500信息提到了一顆Travis和三顆Alto，應該是一顆超大C1-Ultra加三顆C-Premium來實現。C1-Pro是高性能大核心，相比上一代游戲性能提升了16，正統A725的繼承者。A725的能效相當不錯，也期待C1-Pro在今年處理器的表現，天璣9500剩余的4顆Gales，應該是C1-Pro。 C1-Nano是功耗核心，A520的下一代，功耗降低26，性能稍弱，應該還是三路decoder的非亂序執行，在高端處理器中已經見不到身影，主要用于中低端處理器，可以做小芯片面積。C1-Pro在前端設計上重點優化了分支預測的吞吐率和準確性，L1指令的TLB容量提升了50，并且降低了分支預期的功耗。C1-Pro在后端上提升了數據L1緩存的帶寬，優化L2的TLB延遲，新增了間接預期器，提升預取的性能和減少L3到SLC和內存的數據擁塞。性能功耗上，C1-Pro相比A725，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。A725已經是一顆能效優秀的大核心處理器，從這個數據看非常期待C1-Pro的市場表現。下面我們來看一下C1-Nano核心，這也是一顆Armv9.3-A架構的處理器。Arm宣稱C1-Nano相比A520提升了26的效能，并有效減少L3到內存的擁塞。性能上，在不到2的核心面積增加下（小核心很在意核心面積），性能可以提升5.5。還通過解耦預測和取指流水線，提升了指令預取的性能。DSU是連接多個處理器核心的關鍵模塊，這一代的新DSU命名為C1-DSU。這一代的C1-DSU，Arm宣稱功耗可以節省11，Quick Nap內存（L3支持的功能）功耗可以降低7。新一代的C1-DSU相比DS120，調整了CPU連接的拓撲結構，提供優秀的AI能力支持，支持新的SME2擴展指令集，并且在不影響性能的情況下降低了功耗和面積。C1-DSU還更新了L3的Quick Nap支持。Quick Nap是系統在進入低功耗狀態前，L3緩存會標記高頻率訪問的數據（如進程上下文），在喚醒時通過硬件級數據預取功能（如SME2），直接從L3恢復關鍵數據，降低系統延遲。C1-DSU通過把L3緩存進行切片，只需喚醒需要數據所在的區片，進一步降低了系統延遲和功耗。下面是一個L3 Quick Nap和傳統深度休眠的數據對比：和上一代一樣，C1-DSU最多可以支持14個處理器核心的組合，并且可以實現不同C1處理器的組合，除了最初級的2核心配置，其余都可以支持SME2。2025年新Arm架構的一個特征就是采用了新的Armv9.3-A指令集，并且支持SME2擴展指令集，我們來看一下SME2的特點。SME（Scalable Matrix Extension，可擴展矩陣擴展）是Armv9架構引入的指令集，雖然SME指令集在2021年就提出了，但是Arm的Cortex-X系列處理器從X925才開始支持第一代的SME指令集，蘋果公司的M4處理器和今年的A19處理器也支持第一代的SME指令集，最新的高通的8 Elite 2處理器也可以支持SME指令集。今年的Arm C1系列則全面升級到了SME2指令集。SME2是第二代SME指令集，Arm宣稱其專為加速AI/ML工作負載設計，通過矩陣運算優化提升能效比。相比SME，SME2引入了多矢量指令和動態去量化等技術，可以顯著提升矩陣運算效率。SME2采用可變長度寄存器架構（128-2048位），支持流式SVE模式和高吞吐量矩陣數據處理。在性能表現上，Arm宣稱SME2對性能上有顯著幫助，例如在AI任務中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時實現了3倍的能效提升。由于AI類計算需要調用非常多的矩陣計算，因此SME2在AI類應用中尤為有效。在開發上，SME2對開發者也會非常友好，Arm宣稱，很多應用程序開發都集成了Arm的開發套件KleidAI來輔助執行AI處理，在這種情況下，用戶只要講KleidiAI更新到支持SME2的版本即可。另外。多數情況，用戶只需要修改少量代碼，即可實現兼容，同時也支持C語言用內聯函數intrinsics預言開發。在應用場景上，SME2可以廣泛應用在端側AI，大模型推理，智能助手，計算機視覺等場景。總結如果不想看前面的文章，可以快速跳轉到這一部分。這次的總結部分用簡潔整理，讓大家可以快速了解今年Arm的處理器升級點。 2025年Arm處理器采用新的架構命名體系，CPU新架構叫做C1系列，GPU新架構叫做G1，手機處理器平臺套件叫做Lumex。CPU家族包含C1-Ultra、C1-Premium、C1-Pro、C1-Nano四款產品。C1-Ultra對標原來的Cortex-X系列，峰值性能提升25，IPC性能提升12，同性能下功耗降低28。C1-Premium是新出的次旗艦核心，面積比C1-Ultra小35，性能參考Cortex-X4。C1-Pro是A725的升級，峰值功耗差異不大的情況下，性能提升了11，相同性能下功耗則降低了26。C1-Nano是A520的升級，相比A520提升了26的效能。C1-DSU是DSU120的升級，功耗可以節省11，提供優秀的AI能力支持，支持新的SME2擴展指令集。C1家族全新支持SME2擴展指令集，全面面向AI矩陣運算優化性能和功耗，在AI任務中，SME2可使CPU集群的AI性能提升5倍，同時實現了3倍的能效提升。雖然2025年Arm的發布會姍姍來遲，但是一口氣發布的這么多款產品也是可圈可點的，整體也有比較明顯的提升，讓我們期待今年搭載最新Arm C1家族處理器的旗艦芯片的體驗！本文轉自OPPO內核工匠公眾號+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子上海億道電子技術有限公司是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于2009年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。十多年來，先后與ARM、Altium、Ansys、QT、Green Hills、Minitab、EPLAN、QA Systems、OpenText、Visu-IT、HighTec、PLS、Ashling、MSC Software、Autodesk、Source Insight、IncrediBuild、Lauterbach、Adobe、Testplant、TeamEDA等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式GUI工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識

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