第三方IP：SoC設(shè)計(jì)的一種不穩(wěn)固基礎(chǔ)
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時(shí)間：2008-10-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
深亞微米技術(shù)的成功應(yīng)用需要設(shè)計(jì)反復(fù)使用。
根據(jù)Gartner Dataquest公司說(shuō)，IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）市場(chǎng)正在增長(zhǎng)，其規(guī)模現(xiàn)在已超過(guò)10億美元。
最大的三家IP供應(yīng)商占IP市場(chǎng) 45%的份額。
與合適的EDA工具捆綁在一起的平臺(tái)將為下一次增長(zhǎng)提供動(dòng)力。
雖然大多數(shù)電子設(shè)計(jì)師用IP 來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol），但律師們卻把可反復(fù)使用的設(shè)計(jì)塊（即內(nèi)核）叫做 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)），而大多數(shù)工程師更愿意把這類產(chǎn)品描述為“虛擬內(nèi)核”。然而，用 IP 表示“知識(shí)產(chǎn)權(quán)”的用法日漸流行，這只是電子行業(yè)的這一部門(mén)內(nèi)概念混淆的一個(gè)實(shí)例。盡管許多分析家和市場(chǎng)人士把 IP 市場(chǎng)看成電子行業(yè)內(nèi)的一個(gè)新現(xiàn)象，但可反復(fù)使用的IP作為一門(mén)技術(shù)和第三方市場(chǎng)，已經(jīng)出現(xiàn)約 20 年了。雖然 IP 市場(chǎng)正在發(fā)展之中，但它卻缺乏商業(yè)與工程標(biāo)準(zhǔn)。缺乏標(biāo)準(zhǔn)的特許慣例和質(zhì)量度量標(biāo)準(zhǔn)常常會(huì)抵銷已驗(yàn)證的、可用于生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯功能實(shí)現(xiàn)方法所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。然而，考慮到當(dāng)今ic37要求縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，使用可靠的 IP 則可節(jié)省時(shí)間，減少開(kāi)發(fā)人員數(shù)量，延長(zhǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)壽命。
回顧歷史
設(shè)計(jì)師使用的商業(yè)IP的第一種形式是驗(yàn)證模型。在1980年代后5年，諸如EIS Modeling公司，這類小公司出售為許多模擬器和仿真器編寫(xiě)的邏輯仿真模型。由于標(biāo)準(zhǔn)的建模語(yǔ)言剛剛出現(xiàn)，大多數(shù)模型都只適用于使用自己的建模語(yǔ)言的專有仿真器。因此，供應(yīng)商無(wú)法反復(fù)使用其開(kāi)發(fā)成果，利潤(rùn)過(guò)于微薄，使大公司無(wú)法從事這一業(yè)務(wù)。當(dāng)業(yè)界采用Verilog 和 VHDL 語(yǔ)言后，使用專有建模語(yǔ)言的仿真器就從市場(chǎng)上消失了。使用 VHDL 和 Verilog 語(yǔ)言的建模公司則具有其工程成果都有較大的重復(fù)使用性的優(yōu)勢(shì)，因而繼續(xù)從事這一業(yè)務(wù)。
邏輯綜合的采用為“預(yù)制功能塊”提供了另一個(gè)市場(chǎng)機(jī)會(huì)，因?yàn)槭苓^(guò)培訓(xùn)或掌握專門(mén)技能來(lái)有效地使用邏輯綜合的設(shè)計(jì)師寥寥無(wú)幾。未經(jīng)培訓(xùn)的設(shè)計(jì)師做出的電路常常達(dá)不到最優(yōu)的尺寸或速度。1991 年，為了支持其推銷邏輯綜合的努力，Synopsys公司 從一位工程師那里得到了一個(gè)很小的邏輯單元庫(kù)，作為 DesignWare 模塊庫(kù)的基礎(chǔ)。DesignWare 產(chǎn)品現(xiàn)已經(jīng)得到增強(qiáng)和擴(kuò)展，以滿足現(xiàn)在邏輯綜合產(chǎn)品的性能。它仍然是一個(gè)成功的產(chǎn)品。
就在 DesignWare 推出的前一年，有一家小公司，即 HDL Systems公司， 在MIPS 公司特許下，將 MIPS R3000 CPU 的體系結(jié)構(gòu)權(quán)作為可綜合的模塊出售。HDL Systems公司既提供 用Verilog 綜合的CPU 模型，又提供用VHDL綜合的CPU 模型并作為采用相應(yīng)綜合腳本的源碼出售，售價(jià)為一次特許費(fèi) 25.6 萬(wàn)美元。然而就其創(chuàng)辦業(yè)務(wù)情況而言，該公司的銷售狀況好得令人驚訝，但它從未獲得資金去擴(kuò)展產(chǎn)品系列。最終，飛利浦半導(dǎo)體公司買(mǎi)下了這家公司，并使用 R3000 開(kāi)發(fā)其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的派生產(chǎn)品。
也是在 1991 年，ARM公司 推出了 ARM6，這是一款向那些要在設(shè)計(jì)中集成處理器的設(shè)計(jì)師特許銷售的微處理器內(nèi)核。與 HDL Systems 公司不同的是，ARM公司 在 1993 年從 Nippon Investment and Finance公司獲得了資金，現(xiàn)在已成為全球第一位的 IP 供應(yīng)商。居第二位的 Rambus 公司在 1990 開(kāi)始成為總線規(guī)范開(kāi)發(fā)商，以提高 DRAM 至微處理器的連接性能。該公司一直在開(kāi)發(fā)和銷售用于高速專用體系結(jié)構(gòu)的接口選件。
現(xiàn)有的 IP 供應(yīng)商和許多小型設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都在提供可反復(fù)使用的功能塊，以便公開(kāi)銷售或提供特許，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的需求。IP 市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)從 1988 年的數(shù)千美元擴(kuò)大到 2003 年超過(guò)十億美元。Data-quest公司 半導(dǎo)體部門(mén)副總裁兼研究主管Jim Tully說(shuō)：“在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)專有功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)IP 市場(chǎng)上隨處可以獲得的功能是沒(méi)有意義的。這些功能雖然在一種產(chǎn)品中不會(huì)與眾不同，但是是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中‘必備’的功能。”
IP市場(chǎng)
Tully 預(yù)計(jì)IP 市場(chǎng)在 2004 年增長(zhǎng) 28%。表 1 示出了 2003 年10大供應(yīng)商在IP市場(chǎng)上所占的份額。在 2004 年秋季，ARM公司 收購(gòu)了 Artisan公司，因而鞏固了它在IP市場(chǎng)上的領(lǐng)先地位。三大EDA 公司中的兩家公司，即Synopsys公司和Mentor Graphics公司，均位于10大IP供應(yīng)商行列，并通過(guò)收購(gòu)小型或現(xiàn)成的 IP 公司來(lái)增強(qiáng)IP 庫(kù)。Cadence 公司負(fù)責(zé)行業(yè)營(yíng)銷的高級(jí)副總裁 Jan Willis 說(shuō)：“Cadence公司并不把自己看作一個(gè) IP 供應(yīng)商。我們認(rèn)為，將IP 與 EDA 融合在一起并不是客戶所需要的。”Cadence公司 提供一種能使第三方 IP適用于其客戶的程序，即OpenChoice，并強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)一種能將第三方 IP 方便地集成到客戶設(shè)計(jì)中的環(huán)境。
IP 行業(yè)在其成熟時(shí)，似乎在步 EDA 行業(yè)的后塵。各大公司正在用收購(gòu)小公司的辦法獲得產(chǎn)品與技術(shù)。Mentor Graphics公司 IP 部總經(jīng)理兼 VSIA（虛擬硅接口聯(lián)盟）主席Michael Kaskowitz說(shuō)：“你可以用一家大型公司開(kāi)發(fā)同一技術(shù)的費(fèi)用來(lái)購(gòu)買(mǎi)一家小型公司。”小公司一般在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)期間都會(huì)耗盡財(cái)力資源，無(wú)法生存到 IP 盈利的那一天。
企業(yè)收入只是 IP分析市場(chǎng)的方法之一。另一種方法涉及到根據(jù)所售產(chǎn)品的類別將IP市場(chǎng)劃分為數(shù)字分市場(chǎng)、模擬分市場(chǎng)、存儲(chǔ)分市場(chǎng)和驗(yàn)證 IP分市場(chǎng)。所售的大多數(shù) IP 塊屬于數(shù)字分市場(chǎng)。就銷售的或提供特許的數(shù)量而言，微處理器內(nèi)核居首位，隨后是DSP功能塊。除了 ARM公司 和 MIPS公司 以外，其它公司，如 Tensilica公司以及供應(yīng)FPGA的Altera公司 和 Xilinx公司，也銷售大量的微處理器內(nèi)核。Altera 公司提供 Nios 處理器，而 Xilinx 公司的客戶可以將Xilinx公司從 IBM公司獲得特許的PowerOne 處理器集成到自己的FPGA 設(shè)計(jì)中。
Rambus 公司在接口協(xié)議 IP方面居領(lǐng)先地位。大多數(shù)小IP 供應(yīng)商都進(jìn)入IP市場(chǎng)的這一分市場(chǎng)，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)一個(gè)功能塊的初始投資要比開(kāi)發(fā)一款微處理器或 DSP低。提供功能塊之間的整合性和提高數(shù)據(jù)傳輸速度這一要求，需要人們開(kāi)發(fā)一系列標(biāo)準(zhǔn)，如 PCI Express 和 AMBA（先進(jìn)微控制器總線架構(gòu)），而這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步促進(jìn)了這一分市場(chǎng)的成長(zhǎng)。模擬 IP 是IP市場(chǎng)中正在成長(zhǎng)的分市場(chǎng)，盡管還沒(méi)有一個(gè)專業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)商進(jìn)入收入最大的10家公司行列。SOC 設(shè)計(jì)需要越來(lái)越多的模擬功能，而有才干的模擬設(shè)計(jì)師數(shù)量大大低于所需的數(shù)量。根據(jù) Qualcore公司 首席執(zhí)行官 Mahandra Jain 說(shuō)，“許多公司都缺乏模擬方面的專門(mén)知識(shí)與技能，所以不得不從外面購(gòu)買(mǎi) IP 或?qū)⒃O(shè)計(jì)外包。”
True Circuits 公司是另一家主要的模擬 IP 供應(yīng)商，它的產(chǎn)品正在獲得廣泛的關(guān)注。由于 SOC 設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)器占有相當(dāng)大的部分，所以提供自糾錯(cuò)或自保護(hù)的存儲(chǔ)器就很重要。諸如 Virage Logic、CEVA 和 Kilopass 等公司都為這一市場(chǎng)服務(wù)。驗(yàn)證 IP 在克服驗(yàn)證與質(zhì)量問(wèn)題方面起著重要的作用，這些問(wèn)題都是 IP 反復(fù)使用的障礙。將第三方 IP 集成到設(shè)計(jì)中是件困難的事，而驗(yàn)證 IP則可以顯著簡(jiǎn)化這一過(guò)程（附文《從驗(yàn)證結(jié)構(gòu)開(kāi)始的 IP 方法》）。采用驗(yàn)證反復(fù)使用可以使客戶和供應(yīng)商越發(fā)領(lǐng)悟到 IP 的突出好處。有些公司，如Deanli Software 公司，提供了一種方法，用來(lái)測(cè)試并驗(yàn)證通過(guò)一根總線（如PCI）通信的所有塊的功能是否正常，是否遵從協(xié)議。
要求系統(tǒng)公司繼續(xù)遵守摩爾定律去開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品，這是 IP 市場(chǎng)的重要推動(dòng)力。130納米工藝和 90 納米工藝都可提供很大的裸芯面積，以致工程師能在一個(gè)裸芯上實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。“SOC”這一術(shù)語(yǔ)描述的就是采用這些深亞微米工藝制造的產(chǎn)品。不出兩三年，剛面世的 65 nm工藝將會(huì)在生產(chǎn)中普遍使用，而且僅僅使設(shè)計(jì)問(wèn)題復(fù)雜化。大多數(shù)的工程團(tuán)隊(duì)都沒(méi)有時(shí)間和知識(shí)從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā) SOC，因此他們要反復(fù)使用功能塊來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。
有些問(wèn)題會(huì)減慢IP市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度。一個(gè)主要的問(wèn)題是：如果不把IP塊集成到完整設(shè)計(jì)中，就難以對(duì)IP塊作出評(píng)價(jià)。Toshiba America Electronics Components 公司 ASIC 與代工業(yè)務(wù)部門(mén)副總裁 Richard Tobias 說(shuō)：“一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)你購(gòu)買(mǎi) IP 時(shí)，你也會(huì)得一個(gè)與之配套的測(cè)試臺(tái)。很顯然，該 IP 是與該測(cè)試臺(tái)一起工作的。因此，根據(jù)該供應(yīng)商說(shuō)，（它）搞出了一個(gè)能用的 IP。IP 供應(yīng)商幾乎從來(lái)不提供與普通系統(tǒng)進(jìn)行集成的范例。”IP供應(yīng)商試圖通過(guò)提供客戶所選代工廠能成功生產(chǎn)的硬 IP，來(lái)減少設(shè)計(jì)師的種種擔(dān)心。許多設(shè)計(jì)師都有這樣的看法：這類IP能正常運(yùn)用，并能成功地制造出來(lái)，但這一看法是錯(cuò)誤的，事實(shí)上它可能會(huì)產(chǎn)生另外的問(wèn)題。Tobias說(shuō)：“硬IP意味著它是不能修改的，所以，如果在將功能塊與設(shè)計(jì)的其它部分組合在一起時(shí)，不能移動(dòng)一根引腳，或者不能修改一個(gè)緩存器，那你就難以使定時(shí)正確。”Qualcore公司的Jain也表示贊同：“客戶認(rèn)為購(gòu)買(mǎi)IP就像購(gòu)買(mǎi)一個(gè)元件一樣，但情況并非如此。硅片可不是印制電路板。”
正如圖1所示，開(kāi)發(fā)商需要在產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間投資進(jìn)行支持與維護(hù)。Synopsys公司負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)發(fā)展的總監(jiān) John Weekley指出：“IP產(chǎn)品將繼續(xù)一邊使用一邊演進(jìn)，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，像任何發(fā)展中的技術(shù)一樣需要進(jìn)行更新和完善。”
IP行業(yè)尚須實(shí)現(xiàn)處理合同的標(biāo)準(zhǔn)化程序。IP功能塊以多種格式銷售，包括罕見(jiàn)的源代碼，直至包括GDS-II 文件和用于布局工具指令的硬IP都有。就處理器或DSP來(lái)說(shuō)，軟件工程師常常需要該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，但某些供應(yīng)商并不免費(fèi)提供。據(jù) Toshiba公司的Tobias說(shuō)，一個(gè)IP塊銷售合同的談判要持續(xù)六個(gè)月之久?？紤]到開(kāi)發(fā)時(shí)間日益縮短和市場(chǎng)窗口變窄，即使開(kāi)發(fā)最終完成了，這么長(zhǎng)時(shí)間的談判可能會(huì)使某一產(chǎn)品甚至在其開(kāi)發(fā)完成后就過(guò)時(shí)了。VSIA、OCP-IP（開(kāi)放式內(nèi)核協(xié)議國(guó)際伙伴）以及 SPIRIT（工具流中的封裝、集成和重用IP結(jié)構(gòu)）組織都正研究IP市場(chǎng)的方方面面，以制定各種標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則，用以提高有關(guān)各方的生產(chǎn)率。他們已取得了某些進(jìn)展，有些標(biāo)準(zhǔn)已在最近出臺(tái)，但仍有大量工作要做。
致力于無(wú)線通信的TTPCom公司和從事視頻游戲市場(chǎng)的 Imagination 技術(shù)公司都提供專用的IP平臺(tái)。一個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)由許多 IP 塊組成，其中的IP塊可能包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)專用系統(tǒng)的軟件和硬件。Toshiba公司采用其SOC Mosaic系列產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)CSSP（客戶專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品）IC。這一系列中的每一種IC都包含有50個(gè)或60個(gè)數(shù)字和模擬 IP塊，并允許客戶增加軟、硬件，以快速實(shí)現(xiàn)一種ASIC 器件。
這類IP能顯著減少深亞微米設(shè)計(jì)固有的一些問(wèn)題。例如，它包含有占有最高百分比的硅器件，并解決常常對(duì)這類設(shè)計(jì)造成重大影響的寄生效應(yīng)問(wèn)題和功耗問(wèn)題。可以預(yù)計(jì)最大的IP供應(yīng)商們將推出更多的這類IP。Synopsys公司和Mentor Graphics公司很可能會(huì)證明：IP平臺(tái)是EDA市場(chǎng)的自然拓展。這些公司以及使用第三方IP的Cadence公司都會(huì)提供平臺(tái)與工具，從而將客戶專用的軟、硬件更有效地集成在一個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)。圖2示出了可能發(fā)生的市場(chǎng)成熟度進(jìn)展情況：產(chǎn)品的先進(jìn)性與復(fù)雜程度隨工藝技術(shù)和供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)的不斷改進(jìn)而日益增加。
評(píng)論