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嵌入式系统开发将开辟新战场——SoC的另类设计哲学:可组态性处理器IP

来源:www.gkong.com2008.02.16阅读 2782

     由于半导体制程进步,相同芯片面积中可以放入愈来愈多的晶体管,致使这10多年来业界开始积极发展所谓的系统单芯片SoC,而可组态性处理器IP概念就像自助餐式的自组拼盘CONTROL ENGINEERING China版权所有,提供嵌入式系统更宽广的应用空间。

       过往需多颗芯片才能组构的运算系统,现在透过半导体的整合工艺CONTROL ENGINEERING China版权所有,单一SoC芯片即可实现,但无论是用多颗芯片构成的系统,还是用单颗芯片就实现的系统,系统中都包含各种属性、功效电路,而在SoC需求愈来愈普遍,同时内部设计愈形复杂后,芯片公司已难完全以自力、自主完成SoC设计,若完全自力设计,则电路的设计、验证过程费时更长,影响SoC上市时间与研发成本。

       为能用更简便、快速方式完成SoC设计www.cechina.cn,半导体产业衍生新经营型态的公司,称为IP Provider(矽智财供应商),IP Provider只专注于芯片内各功效电路研发设计,并将功效电路设计成果授权给其它业者使用,而技术授权费或芯片量产后的权利金,就成了IP Provide

r的主要收益来源。

      不过,并不是只有IP Provider才能授权芯片的功效电路设计,半导体产业中其它经营型态业者,也提供类似服务,包括整合装置制造商(IDM)、晶圆代工厂(Foundry)、无晶圆厂的芯片公司(Fabless)、芯片设计服务业者(Design House)、以及电路设计自动化的工具供应商(EDA Vendor)等也多有提供,差别只在于专营与兼营,IP Provider属专营业者,其余各种型态的业者属于兼营。

      事实上矽智财概念最初来自Foundry,Foundry业者为让投单客户芯片电路设计可尽快投产,所以向客户提供现成、已完成各项验证的功效电路设计,当这类型的设计累积数量够多后,才逐渐开展出更高层次的矽智财产业。

        处理器IP是SoC的最核心

      了解IP能简化、加速SoC设计后。如今的SoC,芯片内多半会使用1个或1个以上的IP,在用及各种IP中,又以控制器、处理器的IP最为基础与关键。每颗SoC设计之初就要决定控制器/处理器架构,此等于决定SoC的最核心设计,接著才能决定外围功效电路,最后才能完成SoC整体设计。

      也因为控制器/处理器的需求最基础、普遍,所以如英国ARM(安谋国际)、美国MIPS(美普思)等业者在矽智财业界中相当活跃,因为ARM、MIPS等皆以处理器的IP授权为主业务。今日多数SoC均直接使用ARM、MIPS业者授权的处理器IP,已少有完全自力设计的SoC执行核心。(附注1)

嵌入式系统开发将开辟新战场——SoC的另类设计哲学:可组态性处理器IP如图

      图说:英国ARC公司可组态性处理器IP的展望规划图(Roadmap),图上半为ARC 700系列的展望规划,下半则为600系列的展望规划。

  Soft IP与Hard IP之别

      虽然IP可以加速SoC设计,但进一步还要了解IP层次,大体而言IP可分成Soft IP与Hard IP 2个层次;Soft IP是偏向电路功效逻辑层面设计,而Hard IP则是除了具备电路功效逻辑外CONTROL ENGINEERING China版权所有,连带已完成芯片实际投产前的实体性电路设计。

      如果SoC业者期望对IP部分电路设计能有较高的再修改性,或者是更高度的电路设计整合,则必须选择Soft IP,反之Hard IP难以再修改,整合度也有限。不过Hard IP设计完成度较高,已经完成逻辑、实体2部分的设计,相对的Soft IP仅完成前期性的功效逻辑,所以就SoC整体设计的加速性而言,此方面Hard IP优于Soft IP。(附注2)

       Soft IP的调修弹性仍有其限

      所以,若为了追求较高的设计弹性www.cechina.cn,则必须选择Soft IP,但即便是Soft IP模式,其设计弹性也有限。以处理器IP来说,多数的处理器IP其处理架构均已经固定,如处理器内有多少个暂存器、管线阶数等,虽技术上依然可以对这些架构再行调修,但IP的授权业者通常不乐见、甚至不允许这么做,因为

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