设计师使用的商业 IP的第一种形式是验证模型。在 1980 年代后5年,诸如 EIS Modeling公司 这类小公司出售为许多模拟器和仿真器编写的逻辑仿真模型。由于标准的建模语言刚刚出现,大多数模型都只适用于使用自己的建模语言的专有仿真器。因此,供应商无法反复使用其开发成果,利润过于微薄,使大公司无法从事这一业务。当业界采用Verilog 和 VHDL 语言后,使用专有建模语言的仿真器就从市场上消失了。使用 VHDL 和 Verilog 语言的建模公司则具有其工程成果都有较大的重复使用性的优势,因而继续从事这一业务。
逻辑综合的采用为“预制功能块”提供了另一个市场机会,因为受过培训或掌握专门技能来有效地使用逻辑综合的设计师寥寥无几。未经培训的设计师做出的电路常常达不到最优的尺寸或速度。1991 年,为了支持其推销逻辑综合的努力,Synopsys公司 从一位工程师那里得到了一个很小的逻辑单元库,作为 DesignWare 模块库的基础。DesignWare 产品现已经得到增强和扩展,以满足现在逻辑综合产品的性能。它仍然是一个成功的产品。
就在 DesignWare 推出的前一年,有一家小公司,即 HDL Systems公司, 在MIPS 公司特许下,将 MIPS R3000 CPU 的体系结构权作为可综合的模块出售。HDL Systems公司既提供 用Verilog 综合的CPU 模型,又提供用VHDL综合的CPU 模型并作为采用相应综合脚本的源码出售,售价为一次特许费 25.6 万美元。然而就其创办业务情况而言,该公司的销售状况好得令人惊讶,但它从未获得资金去扩展产品系列。最终,飞利浦半导体公司买下了这家公司,并使用 R3000 开发其半导体业务的派生产品。
也是在 1991 年,ARM公司 推出了 ARM6,这是一款向那些要在设计中集成处理器的设计师特许销售的微处理器内核。与 HDL Systems 公司不同的是,ARM公司 在 1993 年从 NIPPON Investment and Finance公司获得了资金,现在已成为全球第一位的 IP 供应商。居第二位的 Rambus 公司在 1990 开始成为总线规范开发商,以提高 DRAM 至微处理器的连接性能。该公司一直在开发和销售用于高速专用体系结构的接口选件。
现有的 IP 供应商和许多小型设计团队都在提供可反复使用的功能块,以便公开销售或提供特许,满足系统设计师的需求。IP 市场规模已经从 1988 年的数千美元扩大到 2003 年超过十亿美元。Data-quest公司 半导体部门副总裁兼研究主管Jim Tully说:“在大多数情况下,设计专有功能块来实现IP 市场上随处可以获得的功能是没有意义的。这些功能虽然在一种产品中不会与众不同,但是是系统设计中‘必备’的功能。”
IP市场
Tully 预计IP 市场在 2004 年增长 28%。表 1 示出了 2003 年10大供应商在IP市场上所占的份额。在 2004 年秋季,ARM公司 收购了 Artisan公司,因而巩固了它在IP市场上的领先地位。三大EDA 公司中的两家公司,即Synopsys公司和Mentor Graphics公司,均位于10大IP供应商行列,并通过收购小型或现成的 IP 公司来增强IP 库。Cadence 公司负责行业营销的高级副总裁 Jan Willis 说:“Cadence公司并不把自己看作一个 IP 供应商。我们认为,将IP 与 EDA 融合在一起并不是客户所需要的。”Cadence公司 提供一种能使第三方 IP适用于其客户的程序,即OpenChoice,并强调开发一种能将第三方 IP 方便地集成到客户设计中的环境。
IP 行业在其成熟时,似乎在步 EDA 行业的后尘。各大公司正在用收购小公司的办法获得产品与技术。Mentor Graphics公司 IP 部总经理兼 VSIA(虚拟硅接口联盟)主席Michael Kaskowitz说:“你可以用一家大型公司开发同一技术的费用来购买一家小型公司。”小公司一般在产品开发期间都会耗尽财力资源,无法生存到 IP 盈利的那一天。
企业收入只是 IP分析市场的方法之一。另一种方法涉及到根据所售产品的类别将IP市场划分为数字分市场、模拟分市场、存储分市场和验证 IP分市场。所售的大多数 IP 块属于数字分市场。就销售的或提供特许的数量而言,微处理器内核居首位,随后是DSP功能块。除了 ARM公司 和 MIPS公司 以外,其它公司,如 Tensilica公司以及供应FPGA的ALTERA公司 和 XILINX公司,也销售大量的微处理器内核。ALTERA 公司提供 Nios 处理器,而 XILINX 公司的客户可以将XILINX公司从 IBM公司获得特许的PowerOne 处理器集成到自己的FPGA 设计中。
然而,ALTERA 和 XILINX 都没有出现在收入最大的10家供应商行列,这是因为 ASIC 市场与 FPGA 市场的定价存在差异。面向 FPGA 市场的 IP 块的售价要低得多,因为 FPGA 厂商都通过 IP 价格打折来促进半导体销售。VSIA 主席 Kaskowitz 评论说:“大型 IP 供应商不能进入 FPGA 市场,因为 ALTERA公司、XILINX公司和其它公司为促进自己部件的销售,均对 IP 价格打了很高的折扣。在 FPGA 市场上,相同功能的 IP 价格只有 ASIC 市场价格的五分之一,这是很平常的现象。”但不幸的是,低利润率使行业内大公司不愿意进入这一分市场,并将这一分市场留给小供应商,而小供应商没有能力为设计师提供高质量的支持。因此,设计师选择能提供所有必需的 IP 块来简化集成过程的FPGA供应商就是至关重要的。
Rambus 公司在接口协议 IP方面居领先地位。大多数小IP 供应商都进入IP市场的这一分市场,因为开发一个功能块的初始投资要比开发一款微处理器或 DSP低。提供功能块之间的整合性和提高数据传输速度这一要求,需要人们开发一系列标准,如 PCI Express 和 AMBA(先进微控制器总线架构),而这些标准进一步促进了这一分市场的成长。模拟 IP 是IP市场中正在成长的分市场,尽管还没有一个专业产品供应商进入收入最大的10家公司行列。SOC 设计需要越来越多的模拟功能,而有才干的模拟设计师数量大大低于所需的数量。根据 Qualcore公司 首席执行官 Mahandra Jain 说,“许多公司都缺乏模拟方面的专门知识与技能,所以不得不从外面购买 IP 或将设计外包。”
True Circuits 公司是另一家主要的模拟 IP 供应商,它的产品正在获得广泛的关注。由于 SOC 设计中存储器占有相当大的部分,所以提供自纠错或自保护的存储器就很重要。诸如 Virage Logic、CEVA 和 Kilopass 等公司都为这一市场服务。验证 IP 在克服验证与质量问题方面起着重要的作用,这些问题都是 IP 反复使用的障碍。将第三方 IP 集成到设计中是件困难的事,而验证 IP则可以显著简化这一过程(附文《从验证结构开始的 IP 方法》)。采用验证反复使用可以使客户和供应商越发领悟到 IP 的突出好处。有些公司,如Deanli SOFTWARE 公司,提供了一种方法,用来测试并验证通过一根总线(如PCI)通信的所有块的功能是否正常,是否遵从协议。
问题与趋势
要求系统公司继续遵守摩尔定律去开发竞争性的产品,这是 IP 市场的重要推动力。130纳米工艺和 90 纳米工艺都可提供很大的裸芯面积,以致工程师能在一个裸芯上实现非常复杂的系统。“SOC”这一术语描述的就是采用这些深亚微米工艺制造的产品。不出两三年,刚面世的 65 nm工艺将会在生产中普遍使用,而且仅仅使设计问题复杂化。大多数的工程团队都没有时间和知识从头开始开发 SOC,因此他们要反复使用功能块来缩短开发时间。
有些问题会减慢IP市场的增长速度。一个主要的问题是:如果不把IP块集成到完整设计中,就难以对IP块作出评价。TOSHIBA America ELECTRONICS Components 公司 ASIC 与代工业务部门副总裁 Richard Tobias 说:“一般来说,当你购买 IP 时,你也会得一个与之配套的测试台。很显然,该 IP 是与该测试台一起工作的。因此,根据该供应商说,(它)搞出了一个能用的 IP。IP 供应商几乎从来不提供与普通系统进行集成的范例。”IP供应商试图通过提供客户所选代工厂能成功生产的硬 IP,来减少设计师的种种担心。许多设计师都有这样的看法:这类IP能正常运用,并能成功地制造出来,但这一看法是错误的,事实上它可能会产生另外的问题。Tobias说:“硬IP意味着它是不能修改的,所以,如果在将功能块与设计的其它部分组合在一起时,不能移动一根引脚,或者不能修改一个缓存器,那你就难以使定时正确。”Qualcore公司的Jain也表示赞同:“客户认为购买IP就像购买一个元件一样,但情况并非如此。硅片可不是印制电路板。”
正如图1所示,开发商需要在产品的整个寿命期间投资进行支持与维护。Synopsys公司负责业务发展的总监 John Weekley指出:“IP产品将继续一边使用一边演进,不断发现问题和解决问题,像任何发展中的技术一样需要进行更新和完善。”
IP行业尚须实现处理合同的标准化程序。IP功能块以多种格式销售,包括罕见的源代码,直至包括GDS-II 文件和用于布局工具指令的硬IP都有。就处理器或DSP来说,软件工程师常常需要该器件的内部结构信息,但某些供应商并不免费提供。据 TOSHIBA公司的Tobias说,一个IP块销售合同的谈判要持续六个月之久。考虑到开发时间日益缩短和市场窗口变窄,即使开发最终完成了,这么长时间的谈判可能会使某一产品甚至在其开发完成后就过时了。VSIA、OCP-IP(开放式内核协议国际伙伴)以及 SPIRIT(工具流中的封装、集成和重用IP结构)组织都正研究IP市场的方方面面,以制定各种标准化准则,用以提高有关各方的生产率。他们已取得了某些进展,有些标准已在最近出台,但仍有大量工作要做。
致力于无线通信的TTPCom公司和从事视频游戏市场的 Imagination 技术公司都提供专用的 IP 平台。一个平台系统由许多 IP 块组成,其中的IP块可能包括实现一个专用系统的软件和硬件。TOSHIBA公司采用其SOC Mosaic系列产品来实现CSSP(客户专用标准产品)IC。这一系列中的每一种IC都包含有50个或60个数字和模拟 IP块,并允许客户增加软、硬件,以快速实现一种ASIC 器件。
这类IP能显著减少深亚微米设计固有的一些问题。例如,它包含有占有最高百分比的硅器件,并解决常常对这类设计造成重大影响的寄生效应问题和功耗问题。可以预计最大的IP供应商们将推出更多的这类IP。Synopsys公司和Mentor Graphics公司很可能会证明:IP平台是EDA市场的自然拓展。这些公司以及使用第三方IP的Cadence公司都会提供平台与工具,从而将客户专用的软、硬件更有效地集成在一个设计内。图2示出了可能发生的市场成熟度进展情况:产品的先进性与复杂程度随工艺技术和供应商经验的不断改进而日益增加。
前言
随着集成电路规模和复杂性的增加,基于IP(Intellectual Property,知识产权)复用技术的设计方法已成为弥补设计生产效率和芯片密度之间的差距以及快速进入市场的最有效的方法。1997年,CICC(Custom IC conference,专用IC国际年会)的"单元建库"论文分册首次出现有关IP的报道。如今,在基于IP复用技术的SoC(System on Chip,系统芯片)时代,80%的SoC将采用复用的IP核。集成电路设计正分裂为系统级芯片设计和IP设计两个独立产业。IP已进入商品化交易市场,成为决定集成电路芯片推向市场的关键。
IP可用性、可复用性、质量评估、建库及IP交易需要统一的标准来支持。国际上有关集成电路IP设计、可用性、可复用性及质量评估及其标准化等工作从上世纪90年代后期开始启动,交易市场初步形成。目前世界半导体产业的主要国家和地区都相继建立了IP/SoC设计、交易、管理的组织和机构,包括VSIA(美国)、VCX(英国)、D&R(法国)、IPTC(日本)、SIPCA(韩国)、RAPID以及我国台湾SoC推动联盟等。这些组织正在积极进行IP标准化工作,推进了IP产业的发展。
IP/SoC的标准主要由VSIA(Virtual Socket Interface Alliance,虚拟插座接口联盟)制定,另外一个重要组织是OCP-IP(Open Core Protocol International Partner Ship,开放内核协议国际合作组织)。目前两个组织加强了合作,在模块互连、虚拟插座等标准上相互支持和采用。
VSIA简介
VSIA成立于1996年9月,总部设在美国加州,是SoC-IP核设计规范和接口标准化的国际组织。VSIA是开放型机构,除了系统业者、半导体厂商、IP与EDA公司外,还接受其他相关组织和个人的入会申请。VSIA现有约200会员,其中包含全球知名的系统及半导体大厂以及约30位个人成员。
VSIA的宗旨是为日趋复杂的IC设计制定可遵循的技术标准,促进IP/SoC产业的发展,通过制定能够推动混合和适配(Mix & Match)不同厂商提供的VC(Virtual Component,虚拟元件/虚拟组件,即IP核)的公开标准来加速SoC的开发。VSIA希望通过发布开放的接口标准创建一个环境,促进IP使用并简化外部IP与内部设计之间的接口,这样VC就能以最少(甚至不需要)的胶合逻辑电路轻松地满足"虚拟接口"需求,而且是基于功能和物理层面的,从而使得任意IP公司生产的虚拟元件都能方便地"插入"到"虚拟插座"。VSIA对满足其技术要求的其他组织开发的IP工业标准进行认证,如果在某些领域没有相关标准,VSIA则为IP/SoC产业开发新的标准。
VSIA陆续设置了多个开发工作组(Development Working Group,DWG)来负责主要技术标准的选定和制定工作。随着工作重点的转移,有些工作组被解散,同时成立了一些新的工作组,VSIA设置的10个开发工作组如表1所示。
表1 VSIA的开发工作组
工作组名称 | 工作组中文名 | 职责及主要工作 | 备注 |
Virtual Component (VC) Quality DWG | 虚拟元件质量 | 定义虚拟元件质量属性; 建立可执行的QIP质量评估系统 | |
Hardware-dependent Software (HdS) DWG | 与硬件相关的软件 | 发布了Hds的《定义和分类法》文档; 开始了在Hds API上的工作 | |
Platform Bases Design (PBD) DWG | 基于平台的设计 | 发布了PBD的《定义和分类法》文档 | |
Virtual Component Transfer (VCT) DWG | 虚拟元件转让 | VCT1-定义《VC元信息集》文档; VCT2-为VCT1的信息集定义详细的属性和格式; VCT3-VC封装 | 分为VCT1、VCT2、VCT3 |
Functional Verification (VER) DWG | 功能验证 | 发布了《验证分类法》文档和《验证规范》 | |
IP Protection DWG | IP保护 | 发布了IP保护白皮书和《VC物理标签识别标准》(VCID) | |
Implementation DWG | 实现 | 发布了《信号完整性规范(第二版)》 | 由原实现/验证(Implementation/Verification)和模拟/混合信号(Analog-Mixed Signal/Signal Integrity)工作组合并而成 |
On-Chip Bus (OCB) DWG | 片上总线 | 发布了《VC接口标准》 | |
Mfg.Related Test DWG | 与制造相关的测试 | 发布了《VC测试存取结构标准》 | 目前小组处于非活动状态 |
System Level Design DWG | 系统设计 | 发布了《系统级模型分类法》文档; 发布了《数据类型标准》; 发布了《系统级接口(SLIF)行为文档标准》 | 该小组已被解散 |
目前,VSIA正在对机构的组织和管理形式进行调整,以工作组开展活动的方式开始转变为以"支柱"的形式,初期成立的三个支柱是IP质量、IP保护和R&D。除了原有的质量和保护工作组外,其他的工作组都转移到R&D支柱中。VSIA开始走出去和行业的大公司加强了接触,并且越来越关注业界的商业问题;越来越多的大公司也开始加入到VSIA的标准制定中来。VSIA由只提供标准向为业界提供全面的解决方案转移,解决SoC团队面临的问题。另外,VSIA还开始在世界各个地区建立特别兴趣小组(Special Interest Group,SIG),使标准的制定从封闭状态走向兴趣驱动和技术驱动相结合的方式。
VSIA发布的IP复用标准
目前,VSIA已发布了基于IP复用的8个规范、5个标准、4个分类法文件、1个质量度量电子表格软件以及其他一些文件。
1.IP复用规范
VSIA发布的规范是有关控制IP核可交付使用的要求,规范通过要求IP核遵守相应的标准或通过定义它们在规范中的形态保证可交付使用的形式。已经发布的有关IP复用的8个规范如表2所示。
表2 VSIA关于IP复用的规范
规范名称 | 规范译名 |
Analog/Mixed-Signal Extension | 模拟/混合信号扩展 |
Analog/Mixed-Signal Signal Integrity Extension | 模拟/混合信号完整性扩展 |
On-Chip Bus Attributes | 片上总线属性 |
Signal Integrity Specification | 信号完整性 |
Soft and Hard VC Structural,Performance and Physical Modeling | 软核、硬核虚拟元件结构、性能和物理建模 |
Test Data Interchange Formats and Guidelines for VC Providers | 虚拟元件供应商测试数据交换格式和准则 |
Virtual Component Transfer | 虚拟元件转让 |
Specification for VC/SoC Functional Verification | 虚拟元件/系统级芯片功能验证规范 |
(2)IP复用标准
VSIA标准是对有用的设计或项(item)的描述,如结构、总线、算法、程序、语言、格式或协议等,VSIA发布的5个IP复用标准如表3所示。
表3 VSIA关于IP复用的标准
标准名称 | 标准译名 |
System-Level Interface Behavioral Documentation Standard | 系统级接口行为文档制定标准 |
Test Access Architecture Standard | 测试访问结构标准 |
Virtual Component Attributes(VCA)With Formats for Profiling,Selection and Transfer Standard | 用于描述、选择和转让的虚拟元件属性(VCA)格式标准 |
Virtual Component Identification Physical Tagging Standard(VCID) | 虚拟元件物理标签识别标准 |
Virtual Component Interface Standard | 虚拟元件接口标准 |
3.其他文档
VSIA的文档结构包括三个层次,最上层是VSI总体文档,中间一层是VCI可发布文档,最下层是各个工作组制定的规范。除标准和规范外,VSIA发布的其他文档主要是术语和概念的定义,如VC的命名、分类法以及白皮书等,如表4所示。
表4 VSIA发布的文档
文档名称 | 文档译名 |
Overview Document | 总体文档 |
Architecture Document | 体系文档 |
Deliverables Document | 可发布文档 |
IP Protection White Paper:Schemes,Alternatives and Discussion(IPPWP 1) | IP保护白皮书:方案,备选,讨论 |
IP Protection White Paper:The Value and Management of Intellectual Assets(IPPWP 2) | IP保护白皮书:知识产权的评估和管理 |
IP Protection White Paper:Technical Measures and Best Practices for securing Proprietary Information(IPPWP 3) | IP保护白皮书:保护订权信息的技术措施和最优实践 |
System Level Design Model Taxonomy | 系统级设计模型分类法 |
Taxonomy of Functional Verification for Virtual Component Development and Integration | 虚拟元件开发与集成的功能验证分类法 |
Hardware-dependent Software Taxonomy | 依赖于硬件的软件分类法 |
Platform-Based Design Definitions and Taxonomy | 基于平台设计的定义和分类法 |
VSIA的部分IP核标准简介
IP标准是IP复用设计标准、IP交付使用标准、IP质量评估和认证标准、IP交易标准和IP专利与保护标准的综合,就技术上的复用来说,主要是前两者。因此,VSIA制定的IP标准也主要是IP复用设计和IP交付使用方面,以下对有关标准进行简要介绍。
1.虚拟元件转让规范(第二版)
《虚拟元件转让规范》就IP在交易移转过程中可能遭遇的技术、法律、商业等问题建立标准,减少了IP移转的过程中可能产生的纠纷与问题。该规范于1999年10月发布、2001年1月修订,规范明确和指定了必要而充分的虚拟元件信息,使用户能够正确评估拟选用的VC的适用性和可行性,指导用户成功地将VC集成到其设计中去,简化VC的选用过程。《虚拟元件转让规范》的结构参照设计过程,即VC用户考虑采用VC或将VC集成到自己的系统的过程建立的,这个过程包括查找、评估/挑选、集成和验证四个步骤,在每一个步骤中都分别规定了VC提供商需要提供给VC使用者的文档和信息。
2.虚拟元件属性描述、选择和转让格式标准
该标准通过提取《虚拟元件转让规范》中所确定的虚拟元件信息,为虚拟元件建立一组详细的属性定义,提供属性结构和句法,使之符合VCT的标准,以支持包括互联网在内的各种电子媒体进行跨领域(公司之间或公司内部)的虚拟元件的信息交换,便于VC集成过程中的查找和选择工作的顺利进行。符合VCT标准的VC具有相同的格式,因此查找和使用不同厂商提供的VC十分方便。该标准还就其自身的贯彻实施提供了一般性的指导。
3.软核、硬核虚拟元件结构、性能和物理建模规范
VSIA的实现/验证工作组在该规范中建立起VC硬核和VC软核所需的RTL源码及其性能模型的格式,给出了VSIA认可的格式和VSIA给定的格式,列出了结构网表中使用的数据格式和一些与硬核VC有关的物理数据类型。规范还给出了诸如逻辑设计集成指南、时钟设计指南等一套指导原则。
4.虚拟元件供应商测试数据交换格式和准则规范
该规范为虚拟元件供应商制定了测试数据交换格式和可测性设计(DFT)指导原则,目的是定义VC供应商和VC集成方之间传递信息的格式和性质。规范扩展了VSIA体系文件中有关测试的信息,详细地说明了IP核提供商应提供的测试和可测性设计指标。提供的信息包括核测试策略、可测性、可测性设计方法、隔离技术、协议等方面的数据,但没有给出与虚拟部件有关的测试矢量和协议等信息。通过确定这些提供的信息,IP核提供商向测试集成商提供开发整个系统级芯片测试程序的测试数据。该标准甚至建议使用表格形式来规范提供的信息。为了避免术语造成的混淆,还包括了涉及一系列可测性设计准则和标准的通用测试术语。
VSIA制造测试工作组对该规范的后续修订将满足IP核集成商与测试工程师之间进行信息传输的需要。修订后的规范有助于测试工程师选择适合的测试设备以及评估自动测试设备的速率、精度、定时灵活性、测试成本和有效性。本规范还为VC供应商制定了一些指导原则,以确保按VSIA方法设计的虚拟元件能成功地用于系统芯片的设计。
5.虚拟元件物理标签识别标准
虚拟元件物理标签为VC的半导体代工厂和提供商提供了一个自动和简洁的方式来追踪VC进入制造流程的使用情况,追踪通过使用埋置在图形设计系统流程(Graphical Design System Ⅱ-Stream,GDS Ⅱ-Stream)文件中的信息完成。该标准只适用于跟踪VC,而不适用于IP的保护,给出的追踪机制也是不安全的,而且这种机制可以被篡改,因此仅适合于在诚实的VC用户和提供商之间共享信息。
6.虚拟元件接口标准
虚拟元件接口标准定义了虚拟元件接口(Virtual Component Interface,VC)的基本特征。该标准对各种不同复杂程度的接口进行了详细描述,标准中还给定了一些设计指南,也包含了虚拟元件接口交易语言。
7.质量度量电子表格VSIA-QIP-V1.11
VSIA QIP Metric IP质量度量电子表格是一个带有评估标准(或准则)的可以扩展质量特性的电子表格,该标准由VSIA的VC质量开发工作组编制,使IP创建者和使用者能够按照评估要素清单衡量IP质量,目前该标准正在接受会员评估。QIP Metric包括一个有40道问题的供应商评估工作单以及针对数字、模拟、软件及验证IP各自独立的工作单,每个表单内含大约200道问题。QIP Metric对于每个质量特性有不同的度量标准(Metric)和权重(Weight),所设问题比OpenMore的问题有"更高的客观度",意味着大多数问题的答案有明确的"是"或"否"。
8.IP保护白皮书
《IP保护白皮书》包括三个部分,旨在保护IP核的知识产权,增强IP核相关企业对于知识产权方面的意识,目的是促使IP核供应商、用户以及EDA供应商等提高对保护IP核知识产权的关心程度。白皮书明确了为防止IP核供应商及用户陷入知识产权纠纷的对策以及保护知识产权的具体手段;讨论了专利及版权、IP内核交易机密事项、签订合同的方法以及诉讼等有关方面的内容。另外,白皮书还提出了IP保护时需要考虑的几个因素以及加密、硬件、化学方法等方案来保护IP核的知识产权。IP保护时需要考虑VC的价值、VC保护技术使用上的难易程度以及VC使用者使用上的方便程度等。
9.模拟/混合信号扩展规范、模拟/混合信号信号完整性扩展规范
这两个规范主要为便于混合信号VC在诸如A/D、D/A转换器及PLL等的SoC的应用,定义VC的可发布文档,给出了设计指南以及便于测试的数据格式,给出了数字和模拟混合信号的信号完整性问题的设计例子。
10.片上总线属性规范
在一颗SoC芯片上,不同来源的IP间的总线标准不一定相同,这可能造成芯片整合上的困雉,因此VSIA对此进行研究,制定统一的总线标准,以便IP的整合与数据的传输交换。《片上总线属性规范》定义了IP模块及总线之间建立连接的标准格式及术语,详尽描述了片上总线文档的要求、可发布文档以及技术总线属性等。规范也定义了系统集成的最小属性集,VC开发者和总线开发者可以从中选择使用。
11.系统级接口行为文档制定标准
以标准的方式定义IP的接口,可以提高IP在重用时的兼容性。系统级接口(SLIF)标准提供了一种机制,保证了不同接口层次上对VC的通讯行为的描述,它使得VC的具体行为从它的通讯协议中分离出来,因此具有不同接口的相同行为模块的重用变得简单。该标准为把VC模型引入到不同的仿真和设计环境中建立了基础。系统级接口标准使得在行为级的VC接口行为更易理解,并且在多种接口层上把VC模型连接起来。SLIF标准指定了VC的接口标准,规定了在发布VC时必须同时明确一系列的接口定义以及VC提供者指定接口的方法。同时,标准还给出了每个接口层上的描述结构以及行为结构的定义,描述了接口及其实现或模型之间的连接,给定了描述不同接口层次间关系的方法。
12.测试访问结构标准
由于形式不同,不同的IP核集合于一颗芯片上不但使制造流程难度提高,之后的测试也愈加复杂,采用第三方内核时,需要提供100%覆盖范围的测试平台,以验证内核设计。该文件给出了埋置在SoC系统的单个VC模块的制造测试访问标准。如果没有测试访问标准,SoC设计者和用户对集成在SoC中的各个VC模块的访问就会产生困难,也几乎无法测试VC模块之间的互连和用户定义的逻辑。该标准支持对单个VC模块产生的测试向量的使用和复用,给出了测试向量复用时所必须的逻辑结构。
VSIA的《测试访问结构标准》强调的是测试数据的标准,与此对应的另外一个标准是IEEE的IEEE P1500,它是测试IP核的推荐标准,称为《基于IP核的IC的P1500标准可测性方法》。IEEE P1500标准的特点在于具有独立性,即IP核具有自测试电路,在功能上与整个IC或其他IP核无关。IEEE P1500的目的是确定检测与诊断这类IC故障的可测性要求,同的使不同厂商提供的IP核易于交互。可测性设计方法的结果是自动识别和配置含IP核的IC的可测性特性。因此可以说,IEEE P1500提供了一种描述测试核的语言、一种测试控制机理和一种核外围访问方法。
结论
通用开放和专业化的IP对SoC的发展是不可或缺的,IP使用的最终目标是即插即用,这不仅是复用技术、更多是复用标准的问题。虽然VSIA发布了很多IP复用方面的标准,使得遵守这些标准的IP的可重用性增加,但必须看到,IP标准化的工作还差的很远。IP复用的标准除了复用设计标准、交付使用标准外,认证评估、交易规则、专利与保护等相关方面也迫切需要相关的标准来支撑。
我国政府非常重视IP核及其标准化工作。科技部已于2000年启动了"十五"国家863计划超大规模集成电路SoC专项工作,此专项的多顶领域涉及IP核。同时,信息产业部也成立了集成电路IP核标准工作组,目前正在研究制定相关的标准;国内企业亦积极参与国际IP组织。以上这些对形成我国自主知识产权IP产品、加快IP复用,促进我国集成电路SoC设计业有序、快速地发展,提高我国集成电路产业国际竞争力具有重要的推动作用。
VSIA
VSIA是最早的IP核标准组织,成立于1996年,迄今已经有近10年的历史,是全方位制定IP标准的开放性的国际联盟,成员包括系统设计公司、半导体供应商、EDA公司、IP提供商。其后在世界各地陆续出现了区域性或国际性的联盟和组织,以促进本地区和国家SoC/ IP产业的形成和发展,如日本的IPTC、韩国的SIPAC、我国台湾省的SoC推动联盟,IP网上交易网站有法国的D&R和英国的VCX等。随着SoC/IP产业的发展出现了专业性更强的组织如OCP-IP和 SPIRIT。鉴于VSIA在IP标准开发和制定上的全面性和权威性,OCP -IP接口标准在业界的广泛采用及SPIRIT日益受到关注。
VSIA现在大约有70家成员,其目的是为系统芯片工业建立统一的技术规范和标准,这些规范和标准可以做到使不同来源的IP(在VSIA 中称为VC即Virtual Component,虚拟元件)进行集成并相匹配。 2004年以前VSIA是以工作组的形式开展工作,陆续成立了模拟/混合信号、功能验证、依靠硬件的软件(Hardware-dependent SOFTWARE)、实现/验证、IP保护、与制造相关的测试、片上总线、系统级设计、虚拟元件质量、基于平台的设计和虚拟元件转让,共11个开发工作组。
2003年VSIA根据工作任务对工作组进行了调整,其中模拟/混合信号和实现/验证工作组合并为一个实现工作组,撤消了系统级设计工作组,剩余9个工作组。这些工作组为SoC/IP工业界制定的标准/规范/文件从类型上可以分为四类:IP交付使用文档规范/标准/文件,IP复用设计标准、IP质量评估标准、IP知识产权保护,一共有二十几个,这些标准/规范得到了工业界的广泛认可。
2004年VSIA根据SoC/IP产业的发展进行了重组,开始以4个支柱(Pillar)为核心开展工作,这4个Pillar就是现在的VSIA 工作组。4个Pillar分别是IP质量Pillar、IP保护Pillar、 IP基础设施Pillar及由原来的工作组形成的R&D Pillar。每个 Pillar负责与IP集成和复用相关的技术和商业上的解决方案,VSIA 为每个Pil-lar提供市场和管理方面的支持。VSIA把其使命重新定义为通过提供前沿的商业和技术上的解决方案以及洞察IP开发、集成和重用技术,极大地提高SoC设计团体的生产力。 OCP-IP OCP-IP是另一个值得关注的IP组织。OCP-IP成立于2001年12月,是一个非赢利性的联盟,最初的成员有Sonics公司、Nokia、Texas Instruments、MIPS TECHNOLOGIES、United Microelectronics CORPORATION。联盟以Sonics公司的OCP(Open Core Protocol)接口规范为基础,目的是为即插即用的SoC设计提供一套完整的通用标准IP 插座接口,把OCP发展成接口标准。
SPIRIT SPIRIT是专门从事IP数据打包与集成自动化的组织,成立于2003 年6月,发起成员有ARM、Beach Solutions、Cadence Design Systems Inc.、Mentor Graphics、Royal PHILIPS ELECTRONICS、 STMicroelectronics以及Synopsys Inc.。SPIRIT致力于在两个领域建立标准:IP元数据描述标准及与相应EDA工具的API,从而实现IP文档和数据自动输入到应用环境中。SPIRIT的成员将在实际的项目中测试这套标准,以提供坚实的检验基础。SPIRIT已发布SPIRIT1.0,在2004年的DAC上几家EDA公司(Cadence、Mentor、Synopsys) 和IP公司(ARM,PHILIPS and ST)演示了支持SPIRIT的工具和IP。
无论是OCP-IP还是SPIRIT,都与VSIA有着密切的联系。大约在3年前VSIA重新定义了OCP接口,使OCP接口的适用范围更加集中,并且因此得到了众多会员的支持。
随着OCP接口使用的快速推广,OCP-IP继续留在VSIA的内部组织已没有什么实际意义,这样,在一年前VSIA重组的时候,OCP- IP从VSIA中单独分离出来,成为一个独立运作的组织。而SPIRIT 的发起者原来就是VSIA的成员,据OCP-IP的Chairman介绍,由于SPIRIT没有基金,主要依靠自身发展而获得基金,所以SPIR IT正在考虑是否要加入VSIA。通过加入VSIA使SPIRIT获得更广泛的支持,可以获得他们制定标准需要的资源,并提升他们在市场中的地位。 技术趋势 IP标准走向更深层次更广范围
IP标准经过近10年的发展,已经从最初的侧重于IP复用交付文档的设计,向更深层次和更广的范围发展。主要表现在,注重IP接口标准的实用性;对IP的质量要有相应的评估手段;提高第三方IP集成的自动化程度;从技术上采取措施进行IP保护以及对IP标准的深层次、前沿性的研究。
IP在SoC中的互连概括起来可以通过两种方案解决,一种是采用标准的总线结构(如AMBA),另一种是定义一种通用的总线接口,而不限制总线的采用。
单一总线方案简单易行,但由于SoC应用和性能要求的范围很广,单一总线方案不能对所有的SoC都提供最优的解决方案,因此SoC集成者会根据多种因素选择最合适的总线。
定义一个IP通用接口,以便任何来源的带有这一接口的IP都可以在芯片集成者的SoC内既可直接点对点地连接,也可通过带有这一标准接口的总线进行互连。现存的两种接口标准是VSIA的VCI和OCP- IP的OCP规范。VSIA的VCI,开发于2001年,仅是一个纸质文档,没有工具和技术支持,推广应用不好。
OCP与VSIA的VCI接口标准有一定的相似性,但是OCP-IP开发了相应的IP接口自动生成工具,并有技术支持,使OCP接口在实用性方面表现出了优势。
对于SoC设计,IP的质量是至关重要的。要对IP进行质量评估,首先要有一套相应的评估机制。VSIA的质量工作组,即目前的IP质量 Pil-lar于2003年8月发布了IP质量评估标准QIP,可以对数字软IP核、数字验证IP核、软件IP、模拟硬IP核以及混合信号IP核进行评估。评估是以Microsoft Excel电子数据表格的形式提出一些问题,最后根据每一项问题的回答结果及问题本身的重要程度来进行打分,这样就实现了对IP核质量的量化评估。电子表格可以根据表格使用者的需求变为红绿灯模式,这样可以使评估结果一目了然。 VSIA 2005年6月6日宣布发布QIP2.0版,由VSIA与FSA成员共同开发,目前处于beta测试阶段,在完成beta测试后,这一IP质量评估标准将对公众免费开放。
QIP是一种工具,可以极大地减少通常作出购买IP决定所需的时间(减少IP购买周期)与集成的时间。这一标准有助于IP销售商和IP用户之间基于一个客观的标准进行沟通。
为提高采用第三方IP的易集成性,VSIA的IP基础设施Pillar 正在从事这方面的研究开发工作,以提高参与SoC设计的设计者之间的协同工作能力。IP基础设施Pillar的目标是为IP用户极大地增强IP复用的价值。这一目标将通过提供支持新的和先进的方式使用IP 的标准来实现,除标准外,同时提供宽广的对快速采用和成功集成IP 有效的基础性的交付项集。
IP基础设施Pillar将开发一个计算机敏感的IP打包标准,标准将使EDA工具拥有新层次的特性和功能,例如,基于平台的设计工具和IP库,将可能容易读入打包的IP,而无需目前的预处理过程。另外IP包的标准化将打开创新之门,例如,对QIP的标准格式将对可能希望提供工具度量IP质量的提供者有所帮助。
IP基础设施Pillar将开发自动发现与分配IP的标准,标准允许IP用户更容易地找到和访问满足他们设计目标的IP,标准也可帮助 IP提供者更容易地接近新的用户。
IP的保护方案概括来讲,可以分为法律和技术两个层面,从法律层面上来讲,IP所有者通过合法手段阻止(威慑)IP侵害者窃取IP的企图。威慑并不提供任何物理保护,现用的威慑类型有:专利、版权、商业机密、合同和诉讼(国家法律)。IP保护的技术层面又可以分为两大类:保护和探测。保护包括采取积极措施来阻止IP的非法使用。保护机制包括两方面:一是许可协议,二是加密。现有的探测和跟踪方法包括:制造厂IP跟踪或标志、数字指纹、噪声指纹和数字水印。
目前VSIA已发布2个IP保护白皮书及软核、硬核的识别标签标准。 VSIA的IP保护Pillar正在从事这方面的工作。IP保护Pillar的任务是定义和开发开放的、可操作的基于标准的、针对用户不同级别的安全需求的、IP保护解决方案,促进IP复用的发展。解决方案将利用现存的工艺,适应广泛的EDA工具、IP类型、IP来源和商业需求。可能采取推荐指导原则、标准或实现方案的方式进行IP保护。
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