芯片設(shè)計(jì)深入解析，可配置技術(shù)SoC芯片設(shè)計(jì)介紹

芯片設(shè)計(jì)為強(qiáng)國(guó)之本，芯片設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的立足尤為重要。因此，大家需對(duì)芯片設(shè)計(jì)有所了解。為增進(jìn)大家對(duì)芯片設(shè)計(jì)的認(rèn)知程度，本文將對(duì)芯片設(shè)計(jì)的示例加以講解。本文中，將和大家探討可配置技術(shù)下的系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)。如果你對(duì)本文的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

傳統(tǒng)上，系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)師必須應(yīng)對(duì)剛性的非可配置核心技術(shù)。眾所周知，傳統(tǒng)的核心工藝在設(shè)計(jì)或制造過(guò)程中是不可配置的，并且不能按多種用途進(jìn)行定制。反過(guò)來(lái)，這些工藝產(chǎn)生了如下的迫切需要：將定制程序包括進(jìn)處理器，配置多種應(yīng)用，能進(jìn)行軟件開發(fā)的綜合工具，簡(jiǎn)化機(jī)器語(yǔ)言編程。

隨著可配置的核心處理器的出現(xiàn)，SoC設(shè)計(jì)有望發(fā)生重大變化來(lái)改變這些設(shè)計(jì)問(wèn)題。影響SOC設(shè)計(jì)能力的主要益處有：降低開發(fā)成本，減少芯片的重新設(shè)計(jì)、進(jìn)入各類垂直市場(chǎng)更快，性能的獨(dú)特性和設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)不損害系統(tǒng)的特性和性能。此外，SOC設(shè)計(jì)師還可以對(duì)CPU架構(gòu)進(jìn)行更改，為某些應(yīng)用加快器件的速度，使其難以復(fù)制。

目前的可配制核心處理器已出現(xiàn)在多種應(yīng)用中。這些應(yīng)用包括無(wú)線計(jì)算、移動(dòng)音頻和視頻播放器、閃存設(shè)備、數(shù)字機(jī)頂盒(STB)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、成像、工業(yè)控制、辦公自動(dòng)化以及消費(fèi)類電子。

可配置技術(shù)將取代非可配置技術(shù)

根據(jù)Semico Research公司的數(shù)據(jù)，2005年和2006年可配制核心處理器的出貨量分別達(dá)到13億和16億片。2007年可配制核心處理器的出貨量預(yù)計(jì)達(dá)28 億片。世界范圍內(nèi)，可配制技術(shù)的使用正在增長(zhǎng)，復(fù)合年增率(CAGR)達(dá)45%，而非可配置技術(shù)在過(guò)去三年里一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，CAGR為8%。

至于應(yīng)用板塊的增長(zhǎng)方面，工業(yè)應(yīng)用(14%)、移動(dòng)電話(13%)、有線與移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施(12%)以及汽車(11%)仍是可配置核心處理器增長(zhǎng)最高的應(yīng)用領(lǐng)域，而非可配置核心處理器應(yīng)用增長(zhǎng)最快的是打印機(jī)(10%)、存貯器(10%)、PC(8%)、固定式消費(fèi)電器(7%)和移動(dòng)式消費(fèi)類設(shè)備(5%)。

盡管存在許多領(lǐng)先的可配置核心(處理器)公司，如Tensilica、ARC、Stretch、PACT XPP、IpFlex、Rapport、IBM Cell以及Morphing Machines公司，但競(jìng)爭(zhēng)主要是在兩種技術(shù)之間-可配置與非可配置技術(shù)，業(yè)界觀察家一般都持這樣觀點(diǎn)。

雖然可配置核心處理器的市場(chǎng)空間仍在增長(zhǎng)，并且與非可配置核心處理器相比，相對(duì)處于萌芽期，但是隨著有更多公司推出可配置技術(shù)來(lái)對(duì)抗非可配置核心處理器公司，如Intel、ARM和MIPS，可配置方案有望取代如Intel、ARM和MIPS等公司。此外，市場(chǎng)從PC向移動(dòng)電話，由通用處理器轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ枚杀居行У姆桨竸t加快了可配置核心處理器的應(yīng)用。

硬件和軟件設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

目前媒體領(lǐng)域在性能、應(yīng)用和最為重要的硬件解決方案方面正在不斷發(fā)展。不同于傳統(tǒng)的媒體方案，如預(yù)定應(yīng)用范圍相當(dāng)狹小的DSP、FPGA和ASIC，最新的可配置硬件方案靈活、可升級(jí)且有成本效益。

盡管處理器技術(shù)有改進(jìn)，但復(fù)雜的算法、協(xié)議和媒體市場(chǎng)應(yīng)用的變化使設(shè)計(jì)師期待著電源效率高的硬件方案：門電路較小、特性多并具有高端性能。

這方面的最新趨勢(shì)是采用可配置處理器、可重新使用的陣列并按應(yīng)用的需要裝入客戶的程序。這些架構(gòu)通過(guò)處理海量數(shù)據(jù)來(lái)挖掘數(shù)據(jù)的并行性和存檔性能。新技術(shù)通常來(lái)源于Tensilica、Stretch和其它可配置核心處理器公司。

同時(shí)，消費(fèi)類電子依然受到家庭娛樂(lè)、便攜式和移動(dòng)應(yīng)用融合的推動(dòng)，這些應(yīng)用正變得越來(lái)越復(fù)雜的――網(wǎng)絡(luò)化并且互連-這增加了產(chǎn)品的復(fù)雜性。

有一點(diǎn)需要注意，軟件設(shè)計(jì)師在開發(fā)、端口設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用上面臨挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)疊加在這些應(yīng)用平臺(tái)上。同樣，軟件IP提供商也在經(jīng)歷設(shè)計(jì)、集成、測(cè)試和電源管理方面的挑戰(zhàn)。

媒體播放器架構(gòu)

Tata Elxsi公司成功的獲得了不同應(yīng)用的支持，其獨(dú)特的“媒體播放器架構(gòu)”靈活、可升級(jí)、纖小、低維護(hù)且跨平臺(tái)便攜，適用于DVD播放器、便攜式播放器(PMP)和廣播媒體播放器(BMP)，它可為數(shù)字媒體的任何應(yīng)用領(lǐng)域所采用。

這種“媒體播放器架構(gòu)”的特色包括面向?qū)ο蟮哪K式設(shè)計(jì);明確的接口;標(biāo)準(zhǔn)化的且分類的錯(cuò)誤處理機(jī)制;響應(yīng)信號(hào)的回叫(call-back);寬松的耦合結(jié)構(gòu)以及較小的占位面積。

與開放源代碼相比，TataElxsi公司的“媒體播放器架構(gòu)”具有可重新使用的部分，因此適合于廣播媒體。這些部分包括DVB-H和AV回放、 H264/MPEG-4/HEAAC/MP3解碼器支持、MPEG-4錄制、JPEG幻燈片放映、播放單管理以及常用　文件格式支持。

H264編碼器模塊式架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)硬件的還有一個(gè)挑戰(zhàn)是按模塊式設(shè)計(jì)中斷連續(xù)執(zhí)行。TataElxsi公司開發(fā)了支持基線和主測(cè)線的H264編碼器IP。這種編碼器在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了：模塊式架構(gòu)、按應(yīng)用執(zhí)行架構(gòu)/模塊級(jí)、干凈的界面以及易于修改和進(jìn)行接口的算法，定點(diǎn)執(zhí)行(fixed-point implementaTIon)。

H264 編碼器以TataElxsi公司豐富 的算法為特色，它支持運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、速率控制、參考畫面選擇以及MB型預(yù)報(bào)，此外它還能分割算法并支持模塊式架構(gòu)。由于可升級(jí)，這種架構(gòu)可以跨可配置處理器、多核處理、DSP陣列和FPGA方案使用，并且已經(jīng)在不同的硬件方案上做為可配置的或通用處理器來(lái)使用。

如同所有的技術(shù)趨勢(shì)一樣，處于萌芽而正在成長(zhǎng)的可配置核心處理器產(chǎn)業(yè)繼續(xù)以功效為中心，功效的底線是成本的節(jié)省。特別是在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，這始終是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。用戶需求的改變必須用最具成本效益的方案來(lái)滿足，同時(shí)不損害性能，這對(duì)進(jìn)入可配置核心處理器業(yè)務(wù)提供了廣泛的機(jī)會(huì)。

Tata Elxsi公司具有豐富的AV編碼器/譯碼器和媒體方案，這些方案的設(shè)計(jì)始終注意不斷變化的硬件平臺(tái)。這種模塊式設(shè)計(jì)方法適用于軟件IP，如用于完成“媒體播放器架構(gòu)”的AV編碼器/譯碼器。這產(chǎn)生了更快的上市時(shí)間和可升級(jí)能力的優(yōu)勢(shì)。

圖1. 可配置技術(shù)的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)在增長(zhǎng)，復(fù)合年增率(CAGR)為45%

而非可配置核心處理器在過(guò)去三年一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖2. 工業(yè)、有線和移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施和汽車應(yīng)用仍是可配置核心處理器增長(zhǎng)比例最高的

而非可配置核心處理器的應(yīng)用的CAGR不過(guò)10%。

圖3. 媒體設(shè)備的連接網(wǎng)絡(luò)。

圖4. TataElxsi公司的“媒體播放器架構(gòu)”。

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