soc分類及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)-wenkub
2022-08-31 23:21:26 本頁面
【正文】 制和故障恢復(fù)機(jī)制。 IP 核可復(fù)用技術(shù) IP 核一般分為硬核、軟核和固核三 種， 硬核 是指經(jīng)過預(yù)先布局且不能由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者修改的 IP 核， 軟核 通常以HDL 語言形式提交， 固核 由 RTL 的描述和可綜合的網(wǎng)表組成。 SoC 設(shè)計(jì)方法學(xué)主要研究總線架構(gòu)技術(shù)、 IP 核可復(fù)用技術(shù)、可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、 SoC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)、芯片綜合 /時(shí)序分析技術(shù)、可測(cè)性 /可調(diào)試性設(shè)計(jì)技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)、新型電路實(shí)現(xiàn)技術(shù)等 [4][5]，此外還要做操作系統(tǒng) /嵌入式軟件移植、開發(fā)研究，是一門跨學(xué)科的新 興研究領(lǐng)域。 1 Intellectual Property 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 2 ApplicationSpecific Integrated Circuits（全定制）專用集成電路 3 Configurable SoC 可重構(gòu) SoC 4 SystemonaProgrmmableChip 可編程片上系統(tǒng) 5 Field Programmable Gate Array 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 6 Programmable System on a Chip 7 Embedded Programmable Gate Array 嵌入式可編程門陣列 SoC 自 20 世紀(jì) 90 年代后期出現(xiàn)以來，隨著超深亞微米工藝的不斷發(fā)展，以 3C 融合為特征的后 PC時(shí)代給 SoC發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間，也日益引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注 [3]。 在國際上，基于 x86 SoC 的產(chǎn)品有國家半導(dǎo)體公司的 SC2200,適合做 無線瀏覽器（ WebPad）、瘦客戶機(jī)和機(jī)頂盒 等產(chǎn)品。二十一世紀(jì)初將是 SoC 快速發(fā)展的時(shí)期。 SoC 通常將微處理器、模擬 IP 核、數(shù)字 IP 核和 存儲(chǔ)器（或片外存儲(chǔ)控制接口）集成在單一芯片上 [2]。目前 IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)中出現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 IP1核設(shè)計(jì)的分工，形成了以 SoC (System On a Chip) 技術(shù)為主導(dǎo)的 chipless 設(shè)計(jì)方式，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展將產(chǎn)生較為深遠(yuǎn)影響。SoC分類及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 張志敏 摘要 本文闡述了 SoC 研究?jī)?nèi)容與分類技術(shù)特點(diǎn)，從 CSoC、 SoPC、 ASIC SoC 的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)應(yīng)構(gòu)令流 C、數(shù)據(jù)流 D、指令流 I 等體系結(jié)構(gòu)概念，提出 SoC 體系結(jié)構(gòu) CDI三維模型來反映 SoC 發(fā)展規(guī)律，并指出 SoC 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 SoC 設(shè)計(jì)方法學(xué)已引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注，是后 PC 時(shí)代的重要發(fā)展方向。 SoC 可以使應(yīng)用產(chǎn)品實(shí)現(xiàn) 小型、輕量、低功耗、 多功能、 高速度和低成本 ，因此具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，主要廣泛用于計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)、工控、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。 當(dāng)前，無論在國際上還是國內(nèi)，在 SoC 設(shè)計(jì)領(lǐng)域已展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。在我國臺(tái)灣地區(qū)，如 Rise Technology 公司的 SCX501,SiS 公司的 SiS550 系列，均屬于 x86 系列的 SoC，適合做信息家電產(chǎn)品；基于 ARM 系列的 SoC 更是數(shù)不勝數(shù)，如 Sharp 的 LH7A400,Samsung 的 S3C44AOA,OKI 的ML67Q530 等；基于 MIPS 系列的產(chǎn)品主要是 AMD Alchemy Au1000、 Au1500 等系列產(chǎn)品；基于類指令系列的產(chǎn)品，如 Crusoe TM5800，采用超長指令，代碼效率高。 SoC 品種日益繁多，在關(guān)注面積、延遲、功耗的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)目標(biāo)在向高成品率、高可靠性、低 EMI 噪聲、低成本、高易用性等方面轉(zhuǎn)移，這將使系統(tǒng)級(jí) 集成能力快速發(fā)展。 總線架構(gòu)技術(shù) 總線結(jié)構(gòu)及互連技術(shù)，直接影響芯片總體性能發(fā)揮。 IP 核可復(fù)用的研究重點(diǎn)是開發(fā)適應(yīng)多種總線接口的規(guī)范和可測(cè)試性一體化，以盡量少的外包和測(cè)試向量，達(dá)到復(fù)用目的。 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù) 由于市場(chǎng)和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的壓力， SoC 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)尤為重要。尤其對(duì)時(shí)序預(yù)算如何分級(jí)、分解，關(guān)鍵路徑的特殊約束的研究，要求研究人員具有深厚的系統(tǒng)背景知識(shí)。驗(yàn)證工作約占整個(gè)設(shè)計(jì)工作的 70%，如何提高驗(yàn)證覆蓋率和驗(yàn)證效率是設(shè)計(jì)驗(yàn)證的永恒話題。降低功耗要從 SoC 多層次立體角度研究電路實(shí)現(xiàn)工藝、輸入向量控制（ IVC14）技術(shù)、多電壓技術(shù)、功耗管理技術(shù)以及軟件（算法）低功耗利用技術(shù)等多方面綜合解決問題。 3 SoC 分類 SoC 產(chǎn)品和技術(shù)不斷發(fā)展，但在 SoC 分類上業(yè)界還未形成主流看法，本文將其歸類為 CSoC、 SOPC 和 ASIC SoC等三大類，然后統(tǒng)一到 SoC 體系結(jié)構(gòu)分類模型中。XPP 具有自動(dòng)重構(gòu)流和處理數(shù)據(jù)流，突破了傳統(tǒng)的馮 .諾依曼指令流模式 。除了上述特點(diǎn)外，還涉及目前已引起普遍關(guān)注的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。 SoC設(shè)計(jì)者通過重用證明了的 IP 核，不僅利用了最新工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且減少了開發(fā)周期和風(fēng)險(xiǎn)。有些適合低端嵌入式產(chǎn)品，有些適合手持產(chǎn)品，有些適合高能性產(chǎn)品，各有自己的優(yōu)勢(shì)。這一類型中按照其指令流和數(shù)據(jù)流的控制情況又可分為 SISD(單指令流 單數(shù)據(jù)流 )、 SIMD(單指令流 多數(shù)據(jù)流 )、 MISD(多指令流 單數(shù)據(jù)流 )和 MIMD(多指令流 圖 3 L*BUS 總線架構(gòu)圖 多數(shù)據(jù)流 )等四種體系結(jié)構(gòu)，以靈活適應(yīng)各種應(yīng)用中不同算法的需求。脈動(dòng)陣列是一系列數(shù)據(jù)路徑部件 DPU（ Data Path Unit）的陣列。 第三種是基于構(gòu)令流計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)，以粗粒度的 FPGA 芯片為載體的 SoC 采用粗粒度的變件 (Morphwave
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