在上一篇博客中，我谈了为什么片上网络（NoC）正在大规模取代crossbar开关架构。这不仅在如数据中心、人工智能（AI）训练加速器和无线通信基础设施那样非常大型的系统级芯片（SoC）中尤其明显，而且在如物联网（IoT）设备、可穿戴设备和汽车“前沿”传感器这样的小型技术领域也变得很重要。与较大型SoC相比，这些小型设备保持许多相同的复杂性，但脚印面积较小，并且具有低功耗和功能安全要求。
                            电源管理                                                               安全
电源管理要求
在汽车中，电力使用可能被认为不是一个重要的因素，但随着耗电智能电子产品在现代汽车中发挥比以往更大的作用，这种情况可能会改变。信息娱乐系统、传感器和传感器融合、几乎随处可见的摄像头和雷达、为提前碰撞检测提供快速响应的本地AI，以及将所有东西连接到中央处理器的汽车以太网 —— 所有这些都会消耗大量电力，可能会耗尽电池或缩短电动汽车的行驶里程。即使当司机关闭汽车离开时，一些功能也必须在低功耗待机状态保持开启；例如，近距离检测可以自动解锁车门，或接收来自应用程序的信号远程启动发动机。
在汽车领域之外，一些物联网设备预计可以使用纽扣电池运行10年。使用更大电池运行的无人机需要大量电力才能保持在空中。流媒体高分辨率视频会消耗大量能量，因此不需要时需要关闭。所有这些例子都要求进行低功耗设计。即采取专用的电源管理形式，包括从动态调频调压（DVFS）、根据需要相同域切换到完全关闭状态。在汽车关闭和司机离开的情况下，这意味着关闭所有的东西，除了一个用于观察和处理感兴趣的远程事件的始终打开的域。
仅仅了解标准电源管理，够吗？
工程师们了解电源管理的标准方法：时钟域切换、可扩展电压和电压域，以及可切换电源域。所有这些知识产权（IP）电源管理都很有效，但显然在互连方面还需要额外支持。
互连将许多IP联系在一起。有些可能是开启的，有些可能虽然开启但以较低的电压和频率运行，还有一些可能是关闭的。在这种情况下，如何在互连中进行电源管理？对于基于交叉开关的连接，因为通常处于一个单一时钟和电源域，如果任何连接的设备处于开启状态，crossbar的仲裁器就必须继续运行。将新的互连层次结构放入每个域可能是一个解决方案，但要处理域之间所有必要的握手就会变得很麻烦。
使用NoC技术是一种替代选择，该技术支持将NoC内部和外部分区，有硬件支持的干净转换，并与电源管理器进行握手通信，包括按需唤醒。由于支持复杂的DVFS，从而使得网络内部的低功耗管理与IP内部和周围的管理一样有效。而且，NoC非常聪明，它们知道，如果网络路径上没有待发送的数据，那么它们可以自动关闭该路径的电源。一句话：设计师使用NoC可以将平均工作功率和待机功率推到比基于纵横开关互连更低的水平，并让NoC以高效方式处理时钟域和电源域之间的所有适配。
安全要求
在某种程度上，安全方面的情况是类似的。工程师们在进行安全分析时，会考虑到IP安全风险消减技术（纠错码、奇偶性、锁步、三重模块冗余），但互连安全如何保证呢？先进的NoC技术支持同样的风险消减选项，使工程师能够在NoC内满足故障模式、影响和诊断分析目标，就像在IP和子系统中一样。
对于先进的汽车安全完整性等级ASIL D设计来说，还有一种更有趣的能力，即对故障下可持续运行性能的要求。在此快速提示一下：故障运行设备不仅必须监控低级别的问题，而且还必须能够在“持续运行”中验证设备内IP的正确性能。如果检测到一个持续的问题，它应该能够将出现问题的功能下线，并向司机报告问题，同时尽管有故障，仍然能够开车回家。这是先进驾驶辅助系统和自动驾驶技术所要求的新的安全期望水平，在这些系统中，符合ASIL D标准是必不可少的。
Arteris IP NoC支持这种更严格的要求。在连接IP到网络的每个网络接口单元（NIU）处，可以将每一个IP与NoC隔离。这使用了与电源隔离相同的机制。一旦隔离，ASIL D级安全控制器就会触发该IP的逻辑内置自测试（LBIST）以检查验证IP的操作是否正确。如果检测到问题，该IP仍然被隔离，安全控制器将报告该问题。如果该IP通过了LBIST测试，它就可以被重新启用，并再次参与全面运行。NoC提供的这种能力使这种水平的隔离和测试成为可能。NoC的分布式特性使其更稳健，对故障的恢复能力也更强，相比之下，像纵横开关那样的集中式互连，所有部件都相互交织在一起，一个被连接的组件的故障就让系统恢复显然更加困难。
NoC 解决所有问题
很容易理解为什么片上网络占据了SoC互连的主导地位。在本系列的第一篇文章中，我解释了为什么不断增长的商业IP市场创造了一个控制点，在这个控制点上，NoC互连为创建和配置差异化的SoC提供了“旋钮和表盘”。这引出了我不太自信地断言：“NoC 就是  SoC”。我的第二篇文章深入探讨了该技术，说明NoC技术在任何规模或复杂度的SoC中都优于基于纵横开关的互连（见“为什么片上网络大规模取代了纵横开关”）。此外，本文还强调了NoC技术是如何提供电源管理和功能安全等功能的，而这些功能是旧的基于纵横开关的互连技术无法实现的。对于创建现代SoC的设计团队来说，无论是大型数据中心AI加速器还是耗电的IoT传感器，NoC互连技术都是实现这些SoC架构并优化其内部数据流的关键。