Así es la tecnología de semiconductores de los televisores 8K

▲(Desde la izquierda) Los ingenieros de Samsung que crearon los circuitos integrados de los televiores 8K de la compañía – Sangdeok Kim, Hansoo Seong, Junghyun Lim, y Yongjoo Song

La continua evolución de los televisores de alta definición hace que las imágenes que aparecen en las pantallas de nuestros televisores sean más realistas que nunca. Los televisores 8K, que representan el nuevo estándar de la imagen de alta calidad, proporcionan una definición tan real que es como si los usuarios estuvieran contemplando las escenas en directo, y no a través de un televisor.

Esta resolución increíblemente nítida ha sido posible gracias entre otros motivos a la mejora de los semiconductores de los televisores. Los principales componentes que permiten estas enormes mejoras son el DTV SoC (Digital TV System on Chip), el T-CON (Timing Controller) y el DDI (Display Driver IC).

Los desarrolladores del S6HD820 (que abrió la puerta al DTV SoC de 8nm[1]), del S6TST21 (el primer T-CON de 8K y 120Hz del sector) y del S6CT9BC (un DDI con una velocidad máxima de 8Gbps) explican toda la innovación que hay detrás de esta tecnología.

Del SoC en TV Digital al DDI: Transmisión de señal de vídeo a pantalla óptima

En el pasado, los televisores sólo se utilizaban para ver noticias y canales de televisión. Actualmente, tiene un rol mucho más amplio en nuestros hogares. Los televisores se están convirtiendo en la plataforma de entretenimiento del hogar ya que también nos permiten jugar, hacer ejercicio, trabajar y muchas otras actividades.

Los televisores son dispositivos de salida de contenidos de todo tipo, así que el nivel de calidad de imagen es esencial para la satisfacción del usuario. Las señales digitales suelen pasar por tres etapas antes de ser reproducidas en el televisor. En primer lugar, el DTV SoC recibe los datos comprimidos de las emisiones o de Internet, los extrae para convertirlos en vídeo y audio. A continuación, el T-CON recibe los datos de vídeo procesados y los devuelve al DDI con una cuidadosa sincronización para garantizar un funcionamiento fluido. Por último, la señal digital enviada al DDI se convierte en formato analógico y el vídeo se muestra en la pantalla del televisor.

Simplificación del SoC de DTV “en un chip” y mejora de la NPU (Neural Processing unit)

El DTV SoC, también se conoce como “el cerebro del televisor”. Hansoo Seong, que forma parte del equipo de desarrollo del DTV SoC, explica que “DTV SoC extrae las señales de audio y vídeo por separado del flujo de entrada. A continuación, proporciona la función que ajusta los datos de audio y vídeo según cada escena que se muestra”.

La calidad de la imagen ha ido evolucionando desde el estándar 4K hasta el 8K, y el papel del SoC de televisión digital se ha vuelto más importante. Los desarrolladores de Samsung se comprometieron a encontrar una solución que soportara la resolución 8K y, al mismo tiempo, redujera el uso de energía. Se aplicó una NPU (Unidad de Procesamiento Neuronal) al DTV SoC para poder aplicar tecnología de Inteligencia Artificial a la mejora tanto de la calidad de la imagen como del procesamiento del audio. Esta tecnología permitió obtener unos resultados que no habrían sido posibles con otras tecnologías. Además, el DTV SoC se ha integrado con un IC2 (circuito integrado) de escalado para mejorar la eficiencia energética.

El mayor obstáculo a la hora de crear el SoC DTV de 8nm, conocido como S6HD820, fue la compleja ingeniería necesaria para integrar dos IC2 (circuito integrado) en un solo chip y el consiguiente problema de sobrecalentamiento. “Cuanto mejor sea el rendimiento de la NPU, más se reforzará el aprendizaje de la IA, lo que redundará en un mejor rendimiento del televisor. Pero esto también hace que la ingeniería de los semiconductores sea mucho más compleja y provoca un sobrecalentamiento más severo”, explica Hansoo Seong. “Nos esforzamos por encontrar el equilibrio adecuado para evitar un sobrecalentamiento excesivo, y finalmente conseguimos optimizar la solución”.

La evolución de T-CON: de dos chips de 60 Hz a un único chip de 120 Hz

El T-CON toma los datos de vídeo del DTV SoC y los convierte según las necesidades del DDI. “Cuanto mayor sea el tamaño del panel y la resolución, más importante será el papel del T-CON”, afirma Junghyun Lim, que participó en el desarrollo del último T-CON 8K de Samsung. “La velocidad de transmisión de datos del T-CON también es importante cuando se trata de transmitir rápidamente los datos de vídeo de alta resolución al DDI”.

Con la mejora de 4K a 8K, la resolución de la pantalla se multiplica por cuatro. Por lo tanto, la cantidad de datos que hay que enviar también se cuadruplica, lo que significa que la velocidad del T-CON también tiene que mejorar. El equipo de desarrollo solucionó el problema de sobrecalentamiento aplicando un nuevo proceso de nodos y simplificando los chips. Además, los dos chips de 8K con una tasa de refresco de 60Hz se han integrado para convertirse en un solo S6TST21.

Los sistemas anteriores requerían cuatro semiconductores en los televisores 8K, incluidos el DTV SoC, el IC2 de escalado para 8K y dos T-CON. El nuevo sistema ha reducido la cantidad total de semiconductores necesarios a dos al combinar el SOC de DTV y el IC2 de escalado en una sola solución, y fusionar los dos T-CON en uno solo. Estos cambios han facilitado mucho el diseño del televisor, permitiendo construir modelos mucho más finos.

La integración del DDI aumenta la velocidad y reduce el número de chips

DDI se encarga del último paso antes de la visualización del vídeo. Aquí es donde los datos digitales recibidos del T-CON se convierten en la señal analógica que se utilizará como entrada para la pantalla. Yongjoo Song, que participó en el desarrollo de la DDI, expone: “El DDI tiene que suministrar un alto voltaje analógico al panel de forma rápida y precisa para permitir que los datos de vídeo del T-CON se muestren con la calidad deseada por el creador de contenido”.

Para facilitar el aumento de voltaje, fue necesario un nuevo circuito integrado de controlador, que pudiera manejar simultáneamente voltajes más altos y evitar problemas de sobrecalentamiento. “Aumentar la velocidad del driver-buffer fue el reto más difícil”, explica Yongjoo Song. “Después de cambiar la estructura y el diseño del circuito de diversas maneras para reducir la latencia de entrada/salida del CI conductor, pudimos desarrollar un nuevo circuito integrado conductor, que pudiera funcionar a mayor velocidad”.

El desarrollo de un DDI que funciona a altas velocidades permitió reducir el número de DDIs a casi la mitad y el número de chips relevantes a decenas. Esto facilita la construcción de paneles de televisión de menor tamaño, obteniendo como resultado el diseño ultrafino de la gama Neo QLED.

El secreto del liderazgo tecnológico: El desarrollo de la interfaz propia de Samsung y el semiconductor orgánico

Desde los televisores 4K hasta los 8K, el secreto del liderazgo tecnológico de Samsung es el conocimiento de los desarrolladores y el alto nivel de confianza de los consumidores que se ha conseguido con el tiempo. Además, Samsung analiza constantemente las tendencias del mercado y de la tecnología para aplicarlas a sus productos, y la interfaz propia de Samsung ha desempeñado un enorme papel en estos esfuerzos. “La interfaz de Samsung no sólo ofrece velocidad, sino que también utiliza las tecnologías de drivers de semiconductores de la empresa”, afirma Sangdeok Kim. “Al utilizar su propia interfaz, pudimos hacer el DDI de TV 8K basado en la interfaz más rápida de la industria”.

Otra de las ventajas exclusivas de Samsung es que está desarrollando el DTV SoC, el T-CON y el DDI de forma conjunta. Esto supone una gran ventaja, ya que permite una mejor integración y compatibilidad entre los tres componentes que deben trabajar conjuntamente.

Los desarrolladores de la unidad de negocio Samsung System Large Scale Integration (S.LSI) no ocultan su entusiasmo por la tecnología de los televisores 8K y el futuro de los semiconductores. “Cuando empecé a trabajar en este campo, fabricaba semiconductores para televisores de resolución FHD. Recuerdo que me sentí muy orgulloso cuando los productos entraron en producción masiva”, relató Yongjoo Song. “Las resoluciones de los televisores ya han superado el 4K para alcanzar el próximo estándar 8K, y las pantallas de los televisores siguen siendo cada vez más grandes. Con los televisores de alta resolución que llegan al mercado, los semiconductores deben estar equipados para realizar funciones más complejas, lo que aumenta los desafíos en su desarrollo. Pero superar esos retos seguirá siendo el objetivo para desarrolladores como nosotros”.

[1] Nanómetro