【文章內(nèi)容簡介】 電子領(lǐng)域的重大革命 。 21世紀(jì) ， 集成電路將進(jìn)入 SoC時(shí)代 。 （計(jì)算機(jī)世界報(bào) 第 49期 B13） IC進(jìn)入 SoC時(shí)代 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展， IC設(shè)計(jì)者能夠?qū)⒂鷣碛鷱?fù)雜的功能集成到單硅片上。SoC(片上系統(tǒng) )正是在集成電路（ IC）向集成系統(tǒng)（ IS）轉(zhuǎn)變的大方向下產(chǎn)生的。從狹義角度講，它是信息系統(tǒng)的芯片集成，是將系統(tǒng)集成在一塊芯片上 。從廣義角度講， SoC就是一個(gè)微小型系統(tǒng)，如果說中央處理器 (CPU)是大腦，那么 SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。 SOC的出現(xiàn)使集成電路發(fā)展成為集成系統(tǒng)，整個(gè)電子整機(jī)的功能將可以集成到一塊芯片中。在不久的將來，集成電路與電子整機(jī)之間的界限將被徹底打破。 SoC就是將微處理器、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。它通常是客戶定制的 (CSIC)，或是面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)。 SoC是面向特定用戶的能最大滿足嵌入式系統(tǒng)要求的芯片，因而具有很多優(yōu)勢(shì)：能極大改善功耗開銷，可減少印制板上部件數(shù)和管腳數(shù)，減少板卡失效的可能性，有利于板卡的性能改善（由于片內(nèi)連線縮短），降低風(fēng)冷要求，減少系統(tǒng)開發(fā)商成本，尤其適合數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)，如手持設(shè)備、信息家電等。 從分立元件到集成電路再到片上系統(tǒng)，這是微電子領(lǐng)域的幾次革命。 21世紀(jì)，集成電路將進(jìn)入 SoC時(shí)代。 SoC發(fā)展中的焦點(diǎn)技術(shù) SoC設(shè)計(jì)準(zhǔn)入的最大門檻是專門技術(shù)、 IP庫和 SoC總線架構(gòu)支持，需要廣泛的多功能 IP和將客戶邏輯與之集成在一起的設(shè)計(jì)藝術(shù)，以滿足客戶產(chǎn)品開發(fā)的需求。由此許多第三方 IP供應(yīng)商得到快速發(fā)展，它們的成功要么具有獨(dú)一無二的且極具價(jià)值的 IP，要么具有良好聲譽(yù)的庫。SoC設(shè)計(jì)者通過重用證明了的 IP，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)。 SoC的發(fā)展離不開應(yīng)用領(lǐng)域的需求牽引。進(jìn)行片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的問題是系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。為了提高開發(fā)模塊的重復(fù)利用率，降低開發(fā)成本，用戶采用了 SoC（芯片內(nèi)部）總線、芯片間總線（如 SPI、 I2C、 UART、并行總線）、板卡間總線（ ISA、 PCI、 VME）、設(shè)備間總線（ USB、 139 RS232）。 SoC總線為用戶提供了一個(gè)堪稱 “ 理想 ” 的環(huán)境：片上系統(tǒng)模塊間不會(huì)面臨干擾、匹配等傳統(tǒng)問題；但是片上系統(tǒng)的時(shí)序要求卻異常嚴(yán)格。 由于 OpenCore和其他致力于開放知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ Open Intellectual Property）組織的大力推廣（開發(fā)設(shè)計(jì)了大量基于標(biāo)準(zhǔn)化片上總線的免費(fèi)模塊），用戶在片上系統(tǒng)總線的選擇上更傾向于采用那些標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方案。目前總線架構(gòu)有很多種，包括 IBM公司的 CoreConnect、ARM的 AMBA、 Silicore公司的 Wishbone、 MIPS技術(shù)公司的 SoCit以及 CoreFram等。 SoC的發(fā)展重點(diǎn)主要包括： ● 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； ● 軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，主要解決硬件開發(fā)和軟件開發(fā)同步進(jìn)行問題； ● IP可重用技術(shù)，如何對(duì)其進(jìn)行測試和驗(yàn)證； ● 低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，主要研究多電壓技術(shù)、功耗管理技術(shù)以及軟件低功耗利用技術(shù)等； ● 可測性設(shè)計(jì)方法學(xué)，研究 eJTAG設(shè)計(jì)技術(shù)、批量生產(chǎn)測試問題； ● 超深亞微米實(shí)現(xiàn)技術(shù)，研究時(shí)序收斂、信號(hào)完整性、天線效應(yīng)等。 SoC引領(lǐng)嵌入式處理器的發(fā)展 SoC將引領(lǐng)新一代嵌入式處理器的技術(shù)發(fā)展，它是以嵌入式系統(tǒng)為核心，集軟、硬件于一體，并在系統(tǒng)集成中追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容性，能成功實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的協(xié)作與融合。 SoC設(shè)計(jì)技術(shù)為計(jì)算機(jī)專業(yè)人才介入 IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。不僅在 SoC芯片設(shè)計(jì)上需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)背景知識(shí)，而且 SoC突出了軟件開發(fā)的比重，需要計(jì)算機(jī)專業(yè)人士的介入，需要提供良好的開發(fā)平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)。 SoC的發(fā)展將不斷滿足日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、輕便的移動(dòng)應(yīng)用、多媒體的信息處理等需求。 SoC需具備 LCD、 USB、 CAN、MAC/WLAN或 IrDA通信接口等，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件，甚至瀏覽器。 SoC將滿足人們以 GUI屏幕為中心的多媒體界面與信息終端交互需求，如手寫文字輸入、語音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、傳送彩色圖形 /圖像及語言同聲翻譯等。 SoC將具有 32位、 64位 RISC芯片或信號(hào)處理器DSP等增強(qiáng)處理能力，同時(shí)支持嵌入式 RTOS發(fā)展，采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復(fù)雜性，簡化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，保障軟件質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。 SoC是實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的橋梁 在過去 5年中， SoC得到了快速發(fā)展。據(jù)預(yù)測， SoC銷售額將從 2023年的 136億美元，增長到 2023年的 347億美元，年增長率超過 20%。 另外，世界芯片復(fù)雜度的年增長率為 58%，但設(shè)計(jì)能力的增長僅為 20%。由此看出，世界集成電路設(shè)計(jì)能力的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上芯片復(fù)雜度增長的速度，這為集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)會(huì)。面對(duì)集成電路向SoC的轉(zhuǎn)型，我國實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)跨越的一個(gè)歷史機(jī)遇已經(jīng)來臨。許多專家建議，我國應(yīng)優(yōu)先發(fā)展芯片設(shè)計(jì)業(yè)，特別重視 SoC提供的發(fā)展機(jī)會(huì)。 國內(nèi)很多研究單位都十分重視 SoC設(shè)計(jì)技術(shù)與研究，中科院計(jì)算所、北京大學(xué)、方舟科技公司和蘇州國芯等，均擁用自主產(chǎn)權(quán)的 CPU芯核、總線規(guī)范及各種 IP，走獨(dú)立自主發(fā)展的道路，將領(lǐng)導(dǎo)我國嵌入式處理器技術(shù)的發(fā)展方向。 同時(shí)， “ 863”計(jì)劃超常規(guī)地支持集成電路發(fā)展。在 “ 十五 ” 期間的 12個(gè)國家重大專項(xiàng)中，集成電路與軟件位列第一，國家將投入 20億元。國家 “ 863”計(jì)劃專項(xiàng)支持了全國七個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)，這些產(chǎn)業(yè)化基地就是集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的孵化器。 注意跨學(xué)科的交流與人才培養(yǎng) 相信在 3～ 5年內(nèi)，高端嵌入式處理器將以 SOC的發(fā)展為代表，成為各相關(guān)學(xué)科的交匯點(diǎn)。在 SoC相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域中，應(yīng)注意吸收與培養(yǎng)其他學(xué)科領(lǐng)域人才，如光、機(jī)、電等學(xué)科，不斷改善 SOC研究隊(duì)伍組織結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)跨學(xué)科的 SoC綜合技術(shù)研討，積極溝通觀念、信息與技術(shù)，以培養(yǎng) SoC的跨學(xué)科高級(jí)人才。 只有通過跨學(xué)科的相互交融，才能促使 SoC設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。 SoC必將導(dǎo)致又一次以片上系統(tǒng)為特色的信息技術(shù)革命 ,21世紀(jì)初期將是 SoC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。 WLAN技術(shù) ——“無線”發(fā)展無限量 正如 Netscape、 IE這樣的因特網(wǎng)瀏覽器推動(dòng)了因特網(wǎng)的普及一樣 ， WLAN將縮短人們與網(wǎng)絡(luò)資源之間的距離 ， 讓人們隨時(shí)隨地都能夠方便地訪問到網(wǎng)絡(luò)中各種各樣的資源 。 無線局域網(wǎng)有效地將高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)性的應(yīng)用結(jié)合在一起，廣泛應(yīng)用在大型企業(yè)分支機(jī)構(gòu)互聯(lián)、中小公司移動(dòng)辦公、醫(yī)院、酒店、機(jī)場以及公共區(qū)域、家庭等各種場合。作為一種可靠、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用靈活的信息網(wǎng)絡(luò)搭建手段，無線局域網(wǎng)是信息技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域，無疑是影響著未來 2～ 3年的重大 IT技術(shù)之一。 （計(jì)算機(jī)世界報(bào) 第 49期 B11） 標(biāo)準(zhǔn)是 WLAN演進(jìn)的基礎(chǔ) 回顧無線局域網(wǎng) 10多年的演進(jìn)過程，可以看到，傳輸速率、 QoS、安全、移動(dòng)漫游、管理等一直是其發(fā)展的幾個(gè)主線。在這期間， 3個(gè) ，使得傳輸速率不斷提高，標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容性則在另一個(gè)方面加速了 WLAN的普及與發(fā)展：從 20世紀(jì) 70年代開始到 1997年 6月， IEEE通過 ，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層（ PHY）和媒質(zhì)訪問控制層（ MAC）進(jìn)行了規(guī)定，使各廠商的產(chǎn)品可以在同一物理層上互相工作； 1999年、 2023年， IEEE又分別公布了 ，分別定義了傳輸速率為 11Mbps和 54Mbps的一些基本信令規(guī)范和服務(wù)規(guī)范，拉開了無線局域網(wǎng) “ 奔騰 ” 時(shí)代的序幕。 2023年，新的 標(biāo)準(zhǔn)在 上做了修訂，從而在 ，并可以提供高達(dá) 54Mbps的傳輸速率，進(jìn)一步拓展了無線應(yīng)用的靈活性。 另外，有關(guān)下一代高速無線 LAN規(guī)格 IEEE ，而在日前召開的無線局域網(wǎng)相關(guān)技術(shù)會(huì)議上，一些廠商已經(jīng)表示兩年內(nèi)將推出速率超過 100Mbps的無線局域網(wǎng)。 無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)與產(chǎn)品普及主要?dú)w功于行業(yè)協(xié)會(huì)的推動(dòng)。在無線技術(shù)加速普及的進(jìn)程中， WiFi聯(lián)盟扮演著重要的角色。 1999年，以我當(dāng)時(shí)所在的朗迅公司為主，聯(lián)合其他幾家無線技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，成立了 WiFi聯(lián)盟。這一聯(lián)盟的宗旨是保證各個(gè)生產(chǎn)商基于無線協(xié)議 ，同時(shí)提高在大企業(yè)、小公司和家庭內(nèi)無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 WiFi成員包括了半導(dǎo)體制造商、無線產(chǎn)品制造商和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供商以及軟件開發(fā)商。對(duì)所有通過兼容性和互操作性測試的產(chǎn)品， WiFi聯(lián)盟授予該產(chǎn)品 WiFi認(rèn)證標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)， WiFi聯(lián)盟由 1999年的 5～ 6 家始倡者，發(fā)展到 2023年的超過 200家的公司成員。朗通環(huán)球、華為、中興等 5家國內(nèi)企業(yè)也是 WiFi聯(lián)盟的成員。僅僅在 3年獲得 WiFi認(rèn)證的無線產(chǎn)品就超過 900種。 2023年，全球新增加了 1800萬個(gè) WiFi接入點(diǎn)；在美國，目前已有超過 3000萬個(gè)家庭和辦公室在使用 WiFi技術(shù)；北美的 WLAN用戶已經(jīng)達(dá)到 420萬；而到 2023年，設(shè)立在家中和辦公場所的經(jīng)過 WiFi認(rèn)證的無線局域網(wǎng)將超過 5500萬個(gè)。在這些無線網(wǎng)絡(luò)的使用者中包括大學(xué)教授、倉庫管理員、護(hù)士、商店負(fù)責(zé)人、公司職員和卡車司機(jī)等，無線局域網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用正在深刻地改變著他們的工作和生活。 公共熱點(diǎn)服務(wù)不斷延伸 無線局域網(wǎng)未來主要發(fā)展趨勢(shì)、對(duì)未來產(chǎn)業(yè)的影響體現(xiàn)在公共熱點(diǎn)服務(wù)的由點(diǎn)到面、無線終端加速普及和促進(jìn)越來越多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展這三個(gè)方面。 無線局域網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展正經(jīng)歷著從最初的行業(yè)應(yīng)用，到企業(yè)應(yīng)用，再到公共場所熱點(diǎn)服務(wù)的普及。全球用戶終端裝有 WiFi功能的移動(dòng) PC超過了 1000萬臺(tái)，而且隨著 Intel支持移動(dòng)通信功能的迅馳芯片推出后，預(yù)計(jì)有 WiFi通信需求的用戶端數(shù)量將以每年上千萬個(gè)，甚至上億個(gè)的速度增長。 WiFi功能已經(jīng)成為 PC的標(biāo)準(zhǔn)配置。而 WiFi互聯(lián)所需的公共 “ 熱點(diǎn) ” （ Hot Spot）在全球不超過 20萬，目前來看很難與用戶端設(shè)備的增長相匹配。因此從這個(gè)方面看，Intel通過 “ 迅馳 ” 所講述的移動(dòng)互聯(lián)的故事是 “ 有缺陷的 ” 。而這個(gè) “ 缺陷 ” ，實(shí)際上正是WLAN系統(tǒng)和公共熱點(diǎn)服務(wù)提供商的發(fā)展空間所在。 WiFi在公共熱點(diǎn)地區(qū)部署，為移動(dòng)人群提供安全高速的無線數(shù)據(jù)接入，使無線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋 “ 無限 ” 延伸。 首先，為了滿足移動(dòng)用戶的寬帶無線接入需求，一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商將 WLAN部署在公共熱點(diǎn)(Hot Spot)地區(qū)，如機(jī)場、星級(jí)酒店、會(huì)展中心等；接著， WiFi聯(lián)盟在對(duì) WLAN產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證的同時(shí)，也進(jìn)行公共接入熱點(diǎn)普及和認(rèn)證的工作，借助 WiFi Zone概念， WiFi宣布，讓W(xué)iFi Zone成為全球認(rèn)可的公共接入服務(wù)代號(hào)，用戶看到這個(gè)標(biāo)志，就知道可以得到標(biāo)準(zhǔn)的WiFi服務(wù)；如果說 Hot Spot 和 WiFi Zone是 WLAN在公共熱點(diǎn)服務(wù)的點(diǎn)和某些區(qū)域服務(wù)，那么在最近出現(xiàn)的無線城市的概念，如 “ 無線巴黎 ” ，則是無線公共區(qū)域服務(wù)在 “ 面 ” 的延伸。巴黎由于采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在迅速成為世界上第一個(gè)無線信息城市。在城市主要的交通路線沿線，只要使用筆記本電腦或個(gè)人數(shù)字助理，就能夠隨時(shí)隨地?zé)o線上網(wǎng)。在 “ 無線巴黎 ” 的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，巴黎政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)提供了上百個(gè)官方和非官方的站點(diǎn)來發(fā)布信息，這些站點(diǎn)包括大學(xué)、圖書館、新聞媒體、生活服務(wù)、娛樂休閑等。 接入設(shè)備不斷普及 無線技術(shù)普及和發(fā)展的趨勢(shì)在無線客戶端的發(fā)展中體現(xiàn)得尤為明顯，無線網(wǎng)卡從外置逐漸趨于內(nèi)置，無線聯(lián)網(wǎng)功能逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置。 無線聯(lián)網(wǎng)終端的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。 第一階段，移動(dòng)計(jì)算工具筆記本電腦所具備的無線聯(lián)網(wǎng)功能給進(jìn)行移動(dòng)的辦公人員一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的途徑，有了無線局域網(wǎng)，工作人員能夠在公司的任何地方 —— 會(huì)議室、咖啡廳或者其他分公司的辦公室里訪問網(wǎng)絡(luò)資源。 第二階段，隨著無線網(wǎng)卡接口種類的豐富，個(gè)人數(shù)字助理等掌上型電腦使無線應(yīng)用更加普及和靈活，應(yīng)用主要包括無線位置服務(wù)、即時(shí)通信、信息隨時(shí)隨地下載上傳、網(wǎng)上電子商務(wù)等。 第三階段， WiFi 和手機(jī)逐漸融合。隨著 WiFi芯片模塊的微型化，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了集成 WiFi 功能的手機(jī)，在無線 LAN模式下利用 VoIP（語音 IP）通話。如果企業(yè)已經(jīng)擁有基于 VoIP的內(nèi)線電話網(wǎng)，就能夠連接辦公室內(nèi)的無線 LAN基站，將其作為無繩電話使用。同時(shí)內(nèi)置有 Web瀏覽器，可作為公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)終端使用。 無線產(chǎn)業(yè)無限發(fā)展 無線網(wǎng)絡(luò)帶來的移動(dòng)的便利，首先推動(dòng)了其在移動(dòng)辦公系統(tǒng) 、展覽和會(huì)議 、智能倉庫、證券市場、學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)、工礦企業(yè)廠區(qū)自動(dòng)化控制、銀行金融證券城區(qū)網(wǎng)、軍事流動(dòng)網(wǎng)、醫(yī)護(hù)管理等垂直行業(yè)中廣泛應(yīng)用；筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理的普及使無線網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中越來越多地進(jìn)行部署，資料表明無線網(wǎng)絡(luò)幫助員工提高工作效率高達(dá) 40%以上！ 無線網(wǎng)絡(luò)在最近 2～ 3年重要的發(fā)展是無線網(wǎng)絡(luò)在家庭的普及和加速游戲娛樂業(yè)發(fā)展。其中一個(gè)重要原因是 。 WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率定義到最高 54Mbps，使 IEEE 、高效，并提高了這些無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性，從而使得無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)、熱點(diǎn)得到