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                                SoC面世八年后的产业机遇

                                发布时间:2007/8/30 访问次数:29646

                                作者:梁合庆


                                1 SoC基本情况
                                (1)什么是SoC
                                20世纪90年代中期,因使用ASIC实?#20013;?#29255;组受到启发,萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。这?#20013;?#29255;,初?#35745;?#21517;叫System on a Chip(SoC),直译的中文名是系统级芯片。
                                如何界定SoC,认识并未统一。但可以归纳如下:
                                ①SoC应由可设计重用的IP核组成,IP核是具有复杂系统功能的能够独立出售的VLSI块;
                                ②IP核应采用深亚微米以上工艺技术;
                                ③SoC中可以有多个MPU、DSP、MCU或其复合的IP核。
                                由上可见,无论从功能、工艺和应用技术上,SoC都是站在高的起点上,对复杂功能的VLSI级IP核,使用重用技术。由于使用的是VLSI级的IP核为部件,设计重用的效率非常高。
                                (2)硬核、软核、固核
                                IP核是可设计重用的核。“设计重用”是指在设计?#24067;?#29256;图时予以重用,以区别于过去所说的软件“重用”。所以,依?#24067;?#35774;计阶段的不同,重用的IP核也不同,?#35782;?#26377;硬核、软核、固核之分。
                                ◆硬核(hard core),专为版图阶段使用的IP核,以版图的?#38382;?#25552;交。硬核是已经过性能、功耗、几何尺寸的优化,并?#25104;?#20026;指定的工艺和通过实际流片验证的核。使用时,只要符合整体IC工艺,满足本核物理限制的核就可使用。它的使用最为简单,但损失了灵活性。
                                ◆软核(soft core),专为RTL阶段重用的IP核。它以综台之后的RTL级的描述?#38382;?#25552;交,或以通用库元素的网表?#38382;?#25552;交。此类重用IP核只是通过了性能和时序的验证,其它的实现内容及相关的测试验证等事项均留待使用者来完成。因为后续的布局布线、功耗、几何尺寸,优化、工艺?#25104;?#31561;等尚未进行,故用户有最大的灵活性。
                                ◆固核(firm core),因所使用的设计阶段介于软核及硬核之间,故其IP核叫做固核。它是以综合后的代码或是通用库网表的?#38382;?#25552;交的。因只在布局规划的层面上对性能和几何尺寸等进行过结构性的或拓扑意义的优化和初?#38454;?#36807;了多种工艺的?#25104;洌?#22240;而用户的灵活性介于硬、软核之间。
                                选购何种IP核为佳?若着眼于可被重用的频度、?#19978;?#20854;它工艺移植的可能、重用的灵活等方面来说,则以软核最好、固核其次、硬核最差;若着眼于保证满足要求的性能和规范、有较短的上市时间、自己付出劳动尽量地少又并不在乎高价,则正好是倒过来,?#20174;?#26680;最好、固核其次、软核最差。
                                (3)SoC的一般构成
                                从大处来分,SoC含有:
                                ◆逻辑核一包括CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I/O端口以及用于各种IP核之间的粘合逻辑等等;
                                ◆存储器核一包括各种?#36164;А?#38750;?#36164;?#20197;及Cache等存储器;
                                ◆模拟核——包括ADc、DAc、PLL以及一些高速电路中所用的模拟电路。(如数据传输率1.[email protected] RDRAM的低摆幅信号传输部分、为传输彩色视频信号速率达到1Gbps的l394/1394.B串行总线物理层以及为克服I/O端口瓶颈而采用的Hyper_LVDs高速缓冲的PCI总线等。)
                                (4)SoC开发的两大问题
                                开发设计重用IP核为基础的SoC,存在设计和测试两方面的难题。
                                传统的设计方法、测试开发等工具及其资源, 依然是开发SoC产品时的起步的参考。但是?#30452;?#39035;与?#26412;?#36827;,必须充分考虑设计重用引发的诸多方法学、黑箱测?#26434;?#39564;证,以及深亚微米技术出现的天线效应、信号流失等的特殊问题。硬/软件协同设计的新理论、协同设计新工具、硬软固核的开发原则与提交规范、核库的建设、可测性设计、可验证性设计以及方便前述各项实施的新型EDA、高级设计验证综合平台的完善等。1997年伊始,VSlA(虛拟插座接口联盟)、Si2(硅片集成创始者刊物)、RAIPD网站(可重用专用IP开发者网站)等刊物以及散见于其它杂志的先驱们都发表过许多原创性的概念和规范文本,奠定了基于重用核SoC的基础。目前SoC方面的论文书籍与曰俱增, SoC产品不断涌现,但是真正达到各个公司之间的共享知识产权, 决非一蹴而就的事。
                                SoC的根本难点在于产品上市时间要求十分?#37327;?#21644;生产上的一步到位的直接流片工艺, 其次,它所要求的技术又都特別前沿。只因逼上梁山, 非用一块块复杂IP堆起来不足以满足要求。眼下最好的例子就是手机一越是高档的, 其内部越是只有一片技术含量更高的SoC。
                                2 IC业的第二次重组
                                早期,IC业一直是少数IDM(集成器件制造厂)垄断的行业。IDM从接受订单、器件的设计,到IC的加工等等都是独家封闭地完成的,如Intel、Motorola、IBM等公?#23613;?#38543;着PC机的普及和技术的发展,IDM自己独立地扩充或靳建生产线,不仅耗贸巨大而且时间上也来不及,外包生产便是顺理成章的事。这就是20世纪80年代末期, 第一次IC业重组的动因。这次重组的特点是生产?#26041;?#30340;外包。为此,竟然造就了一批新兴的专门从事生产晶园及加工器件的独立产业, 叫做Foundy(代工厂)。IDM将加工外包之后, 剩下来的设计部门及器件销售部门等等就泛称为Fabless,实际应是FablessIDM。它无对应的合适中文名。
                                20世纪90年代末,进入IP核为基础的So

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