平台SoC设计时代即将到来-面包板社区

随着芯片制造工艺的几何尺寸不断变小，现在芯片设计师们已经能够在一块芯片中集成几乎所有的系统功能。他们已经开始认识到系统级芯片(SoC)这种高度集成的芯片正是解决这一难题的灵丹妙药。于是，许多芯片厂商和设计师都开始面临这样的问题：怎样在更小的芯片尺寸上，以更低的功耗、更低的成本设计出功能更强大的芯片。然而芯片设计的生产能力无法跟上摩尔稍ぜ频乃俣取９こ淌γ遣荒芾米钕冉闹圃旃ひ眨庵智榭霰怀谱魃杓坪韫?design gap)，这种状况推动半导体产业寻求更新的设计方法，于是设计复用作为一种提高设计生产能力的可行方法应运而生。

尽管基于IP的复用设计在上世纪90年代到本世纪初这段时间不断发展，但大多数设计方法在很大程度上仍是基于特定模块，需要进行专门的整合。工程师如果想使用一个预先设计好的模块，必须弄清这个模块的工作原理，以及如何将该模块与设计中的其他部件整合。更麻烦的是，即使是那些已预验证并可商用的第三方IP模块，也会由于缺乏足够的文档和可交付使用的标准而给工程师带来困扰。换言之，采用预先设计好的IP模块并不能保证不经过额外的验证和调试就能一次设计成功。

图1：预集成架构实例。

在过去几年中，有些公司已经改变了设计方法，他们用一种完全集成的通用架构将自己的IP或者虚拟部件和软件标准化，只要具备共同特征的产品都可以基于这种结构创建，这就是所谓的基于平台的设计方法。这些公司将这种基于平台的设计方法作为一种有效策略，解决各种级别的产品复杂性和上市时间等问题。相对于基于特定模块的设计，这种方法有以下优点：仅通过添加几个IP组件就能快速实现衍生设计；集成架构最大程度减小了验证的不确定性，从而大大降低了设计投入及风险。

除了SoC技术上的挑战以外，还有一些因素人们讨论得较少，但对于能否成功设计平台SoC也很关键。其中之一就是SoC设计团队与外部团队之间的接口问题，这些外部设计团队包括IP提供方、软件开发方、系统设计师、验证小组、EDA工具供应商以及代工厂。不幸的是，现在的平台SoC提供商大多是从只具备一个或两个这类团队的公司发展起来的，这就使得他们与其他团队的沟通成为薄弱环节，从而严重妨碍了SoC设计流程的恰当执行。在理想情况下，SoC设计团队和外部设计团队应该彼此相邻，这样他们就能通过开会讨论来快速解决设计上遇到的问题。

图2：联网平台结构框图。

除了大型的综合性半导体集团公司以外，只有少数几个公司能够奢侈到在一栋大楼内拥有许多个这样的外部设计团队。台湾地区就是一个理想的平台SoC孵化地，在台湾新竹工业园区，方圆几平方英里以内就可以找到一条完整的半导体供应链。台湾地区已经拥有许多相当成熟的设计服务公司，拥有包括兼容ARM的32位嵌入式处理器和高速I/O在内的一套完整的虚拟部件组合。以下是平台SoC方案的两个实例。

联网平台

该平台采用了台联电(UMC)的0.13μm工艺技术和450MHz的32位ARM v4嵌入式处理器内核、1M位的片上SRAM、PCI-X、Gb以太网MAC，以及各种网络I/O。其中所有主要模块都通过一个交叉开关矩阵(cross-bar)交换结构，M-Hub连接起来，该结构不但保证平台具备较高的带宽也保证了数据的一致性。用金属可编程单元阵列就能实现不同产品之间的区分，这就使该结构成为建立TCP/IP卸载(TCP/IP offload)、802.11i或IP安全性引擎的一种完美的解决方案。