第三方IP：SoC設(shè)計的一種不穩(wěn)固基礎(chǔ)
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深亞微米技術(shù)的成功應(yīng)用需要設(shè)計反復(fù)使用。
根據(jù)Gartner Dataquest公司說，IP（知識產(chǎn)權(quán)）市場正在增長，其規(guī)?，F(xiàn)在已超過10億美元。
最大的三家IP供應(yīng)商占IP市場 45%的份額。
與合適的EDA工具捆綁在一起的平臺將為下一次增長提供動力。
雖然大多數(shù)電子設(shè)計師用IP 來表示互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol），但律師們卻把可反復(fù)使用的設(shè)計塊（即內(nèi)核）叫做 IP（知識產(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“知識產(chǎn)權(quán)”的用法日漸流行，這只是電子行業(yè)的這一部門內(nèi)概念混淆的一個實例。盡管許多分析家和市場人士把 IP 市場看成電子行業(yè)內(nèi)的一個新現(xiàn)象，但可反復(fù)使用的IP作為一門技術(shù)和第三方市場，已經(jīng)出現(xiàn)約 20 年了。雖然 IP 市場正在發(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)常常會抵銷已驗證的、可用于生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯功能實現(xiàn)方法所帶來的優(yōu)點。然而，考慮到當(dāng)今ic37要求縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，使用可靠的 IP 則可節(jié)省時間，減少開發(fā)人員數(shù)量，延長產(chǎn)品市場壽命。
回顧歷史
設(shè)計師使用的商業(yè)IP的第一種形式是驗證模型。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的邏輯仿真模型。由于標(biāo)準(zhǔn)的建模語言剛剛出現(xiàn)，大多數(shù)模型都只適用于使用自己的建模語言的專有仿真器。因此，供應(yīng)商無法反復(fù)使用其開發(fā)成果，利潤過于微薄，使大公司無法從事這一業(yè)務(wù)。當(dāng)業(yè)界采用Verilog 和 VHDL 語言后，使用專有建模語言的仿真器就從市場上消失了。使用 VHDL 和 Verilog 語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，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”提供了另一個市場機會，因為受過培訓(xùn)或掌握專門技能來有效地使用邏輯綜合的設(shè)計師寥寥無幾。未經(jīng)培訓(xùn)的設(shè)計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很小的邏輯單元庫，作為 DesignWare 模塊庫的基礎(chǔ)。DesignWare 產(chǎn)品現(xiàn)已經(jīng)得到增強和擴展，以滿足現(xiàn)在邏輯綜合產(chǎn)品的性能。它仍然是一個成功的產(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，售價為一次特許費 25.6 萬美元。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展產(chǎn)品系列。最終，飛利浦半導(dǎo)體公司買下了這家公司，并使用 R3000 開發(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)計中集成處理器的設(shè)計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 開始成為總線規(guī)范開發(fā)商，以提高 DRAM 至微處理器的連接性能。該公司一直在開發(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)計團隊都在提供可反復(fù)使用的功能塊，以便公開銷售或提供特許，滿足系統(tǒng)設(shè)計師的需求。IP 市場規(guī)模已經(jīng)從 1988 年的數(shù)千美元擴大到 2003 年超過十億美元。Data-quest公司 半導(dǎo)體部門副總裁兼研究主管Jim Tully說：“在大多數(shù)情況下，設(shè)計專有功能塊來實現(xiàn)IP 市場上隨處可以獲得的功能是沒有意義的。這些功能雖然在一種產(chǎn)品中不會與眾不同，但是是系統(tǒng)設(shè)計中‘必備’的功能。”
IP市場
Tully 預(yù)計IP 市場在 2004 年增長 28%。表 1 示出了 2003 年10大供應(yīng)商在IP市場上所占的份額。在 2004 年秋季，ARM公司 收購了 Artisan公司，因而鞏固了它在IP市場上的領(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，并通過收購小型或現(xiàn)成的 IP 公司來增強IP 庫。Cadence 公司負(fù)責(zé)行業(yè)營銷的高級副總裁 Jan Willis 說：“Cadence公司并不把自己看作一個 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，并強調(diào)開發(fā)一種能將第三方 IP 方便地集成到客戶設(shè)計中的環(huán)境。
IP 行業(yè)在其成熟時，似乎在步 EDA 行業(yè)的后塵。各大公司正在用收購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：“你可以用一家大型公司開發(fā)同一技術(shù)的費用來購買一家小型公司。”小公司一般在產(chǎn)品開發(fā)期間都會耗盡財力資源，無法生存到 IP 盈利的那一天。
企業(yè)收入只是 IP分析市場的方法之一。另一種方法涉及到根據(jù)所售產(chǎn)品的類別將IP市場劃分為數(shù)字分市場、模擬分市場、存儲分市場和驗證 IP分市場。所售的大多數(shù) IP 塊屬于數(shù)字分市場。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市場的這一分市場，因為開發(fā)一個功能塊的初始投資要比開發(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)了這一分市場的成長。模擬 IP 是IP市場中正在成長的分市場，盡管還沒有一個專業(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)計需要越來越多的模擬功能，而有才干的模擬設(shè)計師數(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，“許多公司都缺乏模擬方面的專門知識與技能，所以不得不從外面購買 IP 或?qū)⒃O(shè)計外包。”
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)計中存儲器占有相當(dāng)大的部分，所以提供自糾錯或自保護的存儲器就很重要。諸如 Virage Logic、CEVA 和 Kilopass 等公司都為這一市場服務(wù)。驗證 IP 在克服驗證與質(zhì)量問題方面起著重要的作用，這些問題都是 IP 反復(fù)使用的障礙。將第三方 IP 集成到設(shè)計中是件困難的事，而驗證 IP則可以顯著簡化這一過程（附文《從驗證結(jié)構(gòu)開始的 IP 方法》）。采用驗證反復(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，用來測試并驗證通過一根總線（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)遵守摩爾定律去開發(fā)競爭性的產(chǎn)品，這是 IP 市場的重要推動力。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裸芯上實現(xiàn)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。“SOC”這一術(shù)語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工藝將會在生產(chǎn)中普遍使用，而且僅僅使設(shè)計問題復(fù)雜化。大多數(shù)的工程團隊都沒有時間和知識從頭開始開發(fā) SOC，因此他們要反復(fù)使用功能塊來縮短開發(fā)時間。
有些問題會減慢IP市場的增長速度。一個主要的問題是：如果不把IP塊集成到完整設(shè)計中，就難以對IP塊作出評價。Toshiba America Electronics Components 公司 ASIC 與代工業(yè)務(wù)部門副總裁 Richard Tobias 說：“一般來說，當(dāng)你購買 IP 時，你也會得一個與之配套的測試臺。很顯然，該 IP 是與該測試臺一起工作的。因此，根據(jù)該供應(yīng)商說，（它）搞出了一個能用的 IP。IP 供應(yīng)商幾乎從來不提供與普通系統(tǒng)進(jìn)行集成的范例。”IP供應(yīng)商試圖通過提供客戶所選代工廠能成功生產(chǎn)的硬 IP，來減少設(shè)計師的種種擔(dān)心。許多設(shè)計師都有這樣的看法：這類IP能正常運用，并能成功地制造出來，但這一看法是錯誤的，事實上它可能會產(chǎn)生另外的問題。Tobias說：“硬IP意味著它是不能修改的，所以，如果在將功能塊與設(shè)計的其它部分組合在一起時，不能移動一根引腳，或者不能修改一個緩存器，那你就難以使定時正確。”Qualcore公司的Jain也表示贊同：“客戶認(rèn)為購買IP就像購買一個元件一樣，但情況并非如此。硅片可不是印制電路板。”
正如圖1所示，開發(fā)商需要在產(chǎn)品的整個壽命期間投資進(jìn)行支持與維護。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)問題和解決問題，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來說，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)商并不免費提供。據(jù) Toshiba公司的Tobias說，一個IP塊銷售合同的談判要持續(xù)六個月之久。考慮到開發(fā)時間日益縮短和市場窗口變窄，即使開發(fā)最終完成了，這么長時間的談判可能會使某一產(chǎn)品甚至在其開發(fā)完成后就過時了。VSIA、OCP-IP（開放式內(nèi)核協(xié)議國際伙伴）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，但仍有大量工作要做。
致力于無線通信的TTPCom公司和從事視頻游戲市場的 Imagination 技術(shù)公司都提供專用的IP平臺。一個平臺系統(tǒng)由許多 IP 塊組成，其中的IP塊可能包括實現(xiàn)一個專用系統(tǒng)的軟件和硬件。Toshiba公司采用其SOC Mosaic系列產(chǎn)品來實現(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個或60個數(shù)字和模擬 IP塊，并允許客戶增加軟、硬件，以快速實現(xiàn)一種ASIC 器件。
這類IP能顯著減少深亞微米設(shè)計固有的一些問題。例如，它包含有占有最高百分比的硅器件，并解決常常對這類設(shè)計造成重大影響的寄生效應(yīng)問題和功耗問題。可以預(yù)計最大的IP供應(yīng)商們將推出更多的這類IP。Synopsys公司和Mentor Graphics公司很可能會證明：IP平臺是EDA市場的自然拓展。這些公司以及使用第三方IP的Cadence公司都會提供平臺與工具，從而將客戶專用的軟、硬件更有效地集成在一個設(shè)計內(nèi)。圖2示出了可能發(fā)生的市場成熟度進(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)驗的不斷改進(jìn)而日益增加。
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