SOC設(shè)計(jì)方法

本文通過對(duì)集成電路IC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的討論和歷史回顧,特別是通過對(duì)電子整機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的探討,引入系統(tǒng)芯片（System on Chip,簡稱SOC）的定義,主要特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法學(xué)等基本概念,并著重探討面向SOC的新一代集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)的主要研究內(nèi)容和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：SOC 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 超深亞微米 高層次綜合 IP核 設(shè)計(jì)再利用

引言

人類進(jìn)入21世界面臨的一個(gè)重要課題就是如何面對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展信息化的挑戰(zhàn)。以網(wǎng)絡(luò)通信、軟件和微電子為主要標(biāo)志的信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展既為我們提供了一個(gè)前所未有的發(fā)展機(jī)遇,也營造了一個(gè)難得的市場與產(chǎn)業(yè)環(huán)境。

集成電路作為電子工業(yè)乃至整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)得益于這一難得的機(jī)遇,呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。以軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)（Software/Hardware Co-Design）、具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)核（IP核）復(fù)用和超深亞微米（Very Deep Sub-M集成電路ron,簡稱VDSM）技術(shù)為支撐的SOC是國際超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展趨勢(shì)和新世紀(jì)集成電路的主流。

與此同時(shí),集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步滯后于集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步已成為制約未來集成電路工業(yè)進(jìn)一步健康發(fā)展的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的、基于標(biāo)準(zhǔn)單元庫的設(shè)計(jì)方法已被證明不能勝任SOC的設(shè)計(jì);現(xiàn)行的面向邏輯的集成電路設(shè)計(jì)方法在深亞微米集成電路設(shè)計(jì)中遇到了難以逾越的障礙;芯片設(shè)計(jì)涉及的領(lǐng)域不再局限于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體而且必須與整機(jī)系統(tǒng)結(jié)合;集成電路設(shè)計(jì)工程師們從來沒有像今天這樣迫切地需要汲取新知識(shí),特別是有關(guān)整機(jī)系統(tǒng)的知識(shí)。所以盡快開展面向SOC的新一代集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)研究對(duì)于推動(dòng)集成電路的發(fā)展是至關(guān)重要的。

回顧20世紀(jì)后半葉集成電路工業(yè)的歷史,不難看出著名的MOORE（摩爾）定律一直在準(zhǔn)確地描述著集成電路技術(shù)的發(fā)展。專家們普遍認(rèn)為,在新的世紀(jì)中,這一著名定律仍將長期有效。盡管MOORE定律揭示的集成電路工藝技術(shù)的進(jìn)步規(guī)律是那樣的誘人,且其發(fā)展速度之高在現(xiàn)代社會(huì)是少有的,但是今天正在蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步相比（見圖1）還是相形見絀,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。

據(jù)有關(guān)報(bào)道,在今天的美國社會(huì)如果以每分鐘9美分的費(fèi)用計(jì)算,并有15%的家庭每天平均上網(wǎng)60min,則現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)容量必須增大1倍,由此引發(fā)的交換設(shè)備投資為300億美元,接入設(shè)備投資多達(dá)7000億美元。這些交換設(shè)備和接入設(shè)備對(duì)集成電路的需求拉動(dòng)將是巨大的。

現(xiàn)代通信技術(shù)正在向個(gè)人化,寬帶化和智能化方向發(fā)展（圖2）。以GSM為主要代表的第二代移動(dòng)通信的發(fā)展對(duì)集成電路的拉動(dòng)作用在20世紀(jì)的最后1年表現(xiàn)得淋漓盡致。

隨著寬帶技術(shù)的發(fā)展,人們傳統(tǒng)文化娛樂的手段也將不斷更新,以“精顯”技術(shù)為代表的新一代高分辨率電視已開始進(jìn)入家庭,電視點(diǎn)播（VOD）也將成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠帧Ｈ绻Ｍㄟ^網(wǎng)絡(luò)傳輸高分辨率電視節(jié)目,則接入的帶寬將達(dá)到15MHz。顯然,這種新的文化娛樂方式的出現(xiàn),必然對(duì)集成電路技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。所以有人說集成電路發(fā)展得多快都為之不過。

市場是集成電路工業(yè)發(fā)展最直接的推動(dòng)力,集成電路幾十年的發(fā)展證明了“更細(xì)、更快、更便宜”這個(gè)人們一直追求的目標(biāo)在新的世紀(jì)中不僅仍然有效,而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變得更為緊迫。在SOC時(shí)代來臨的時(shí)候,雖然人們要面對(duì)眾多的挑戰(zhàn)和眾多的新課題,但是也給所有從事這一領(lǐng)域工作的科技人員提供了一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇,也為全球半導(dǎo)體行業(yè)提供了一次重新洗牌的機(jī)會(huì)。