ST針對芯片互連模型推出片上網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

獲得專(zhuān)利的“Spidergon”拓撲讓系統芯片領(lǐng)導者在下一個(gè)系統芯片浪潮中擁有決定性的優(yōu)勢

意法半導體近日公布了一項創(chuàng )新的片上互連技術(shù)細節，這項技術(shù)是意法半導體為滿(mǎn)足現在以及未來(lái)的系統芯片設計日益增長(cháng)的需求而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的。  這項叫做STNoC™ (ST 片上網(wǎng)絡(luò ))的新技術(shù)以ST現有的片上通信技術(shù)為基礎，并汲取了ST在片上網(wǎng)絡(luò )技術(shù)（NoC）取得的最新的創(chuàng )新成果。  片上網(wǎng)絡(luò )體系結構的問(wèn)世對于降低下一代應用融合產(chǎn)品的系統芯片成本具有非常重要的意義，特別是片上網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將會(huì )在提高設計效率上發(fā)揮巨大的作用。  ST已經(jīng)為其創(chuàng )新的互連拓撲提交了專(zhuān)利申請，這項叫做Spidergon的創(chuàng )新技術(shù)比其它的片上網(wǎng)絡(luò )拓撲具有更高的性?xún)r(jià)比。

系統芯片上的知識產(chǎn)權模塊之間的互連是系統芯片技術(shù)中最重要的問(wèn)題，STNoC 正是為解決這一問(wèn)題而開(kāi)發(fā)設計的。通常情況下，這些模塊包括一個(gè)或多個(gè)高性能處理器核心，以及復雜的專(zhuān)用知識產(chǎn)權模塊，例如，音視頻編解碼器、各種連通知識產(chǎn)權模塊 (USB、以太網(wǎng)接口、 ATA、DVB-H, HDMI 等)和存儲器。雖然直到今天，這些模塊之間互連還仍然沿用傳統的開(kāi)關(guān)電路總線(xiàn)，但業(yè)內人士廣泛認為，未來(lái)的系統芯片含有幾十個(gè)甚至數百個(gè)知識產(chǎn)權模塊，片上集成的晶體管數量會(huì )超過(guò)10億支，因此開(kāi)發(fā)如此復雜的系統芯片需要一種全新的互連方法體系。

傳統片上總線(xiàn)體系結構正在成為知識產(chǎn)權模塊通信的瓶頸，這個(gè)問(wèn)題有兩方面的原因：首先，片上總線(xiàn)體系結構必須不斷地進(jìn)化才能與系統芯片的復雜性保持同步，這意味著(zhù)每個(gè)知識產(chǎn)權模塊的總線(xiàn)接口都必須經(jīng)常修改，結果，這種方法會(huì )延長(cháng)新的系統芯片器件的上市時(shí)間。第二個(gè)原因是，互連線(xiàn)的特性不像晶體管，也不會(huì )按照摩爾定律縮減尺寸，因為需要連接更多的片上功能，每一代新技術(shù)的互連線(xiàn)都會(huì )變得更加復雜，結果，芯片面積、片上通信速度和總體功耗等性?xún)r(jià)比因素越來(lái)越受控于總線(xiàn)。ST在片光纖通信技術(shù)上取得的研發(fā)成果居世界領(lǐng)先水平，從長(cháng)遠看，這些成果將會(huì )徹底解決這一問(wèn)題。從中期看，新的片內互連技術(shù)必需繼續改進(jìn)性能、價(jià)格和功耗，以滿(mǎn)足消費者的要求。

業(yè)內專(zhuān)家普遍認為片上網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是解決這一問(wèn)題的最佳解決方案。從本質(zhì)上說(shuō)，片上網(wǎng)絡(luò )（NoC）技術(shù)取代傳統開(kāi)關(guān)電路采用的是分組模式，這種通信方法整合了一個(gè)類(lèi)似于簡(jiǎn)化版網(wǎng)絡(luò )模型的分層協(xié)議棧。在這種情況下，只要從一個(gè)單元庫中選擇經(jīng)過(guò)驗證的IP模塊，如處理器核心、高速緩存、輸入輸出接口，以及其它的特殊IP模塊，如音視頻編解碼器，然后將其增添到系統芯片設計內，這樣，這些模塊就能通過(guò)功耗和芯片面積很小的高速分組通信協(xié)議相互連通。

ST專(zhuān)有的 “Spidergon”拓撲為未來(lái)的系統芯片器件提供了最佳的性?xún)r(jià)比 ，在Spidergon拓撲中，所有的IP模塊都排列成環(huán)狀，每個(gè)模塊都順時(shí)針和逆時(shí)針連接相鄰的模塊，像一個(gè)簡(jiǎn)易的多角形環(huán)狀 拓撲結構。此外，每個(gè)IP模塊還直接連接網(wǎng)絡(luò )中的對角模塊，這種連接方式允許路由算法最大限度地減少數據包在到達目的地前必須穿越的節點(diǎn)數量。這種拓撲的一個(gè)特別重要的優(yōu)點(diǎn)是，功能示意圖（左側圖示是一個(gè)16個(gè)節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )圖）相當于一個(gè)互連線(xiàn)只在一個(gè)點(diǎn)交叉的簡(jiǎn)易平面示意圖（如右圖所示），這個(gè)優(yōu)點(diǎn)十分有利于將理論方法轉化成性?xún)r(jià)比最大化的實(shí)際解決方案。




因此，與其它的拓撲相比，Spidergon的增值點(diǎn)是能夠為片上網(wǎng)絡(luò )應用提供合適的性?xún)r(jià)比。例如，像2D-網(wǎng)絡(luò )這樣的拓撲雖然在理論上能夠提供高速通信能力，但是因為路由器端口和連線(xiàn)數量過(guò)多而導致該拓撲在芯片上的實(shí)現成本昂貴；而且，因為實(shí)際的嵌入式應用中通信流量的性質(zhì)，理論上提供的連通性不可能在芯片領(lǐng)域得到全面運用。另一方面，簡(jiǎn)易的拓撲如環(huán)形網(wǎng)絡(luò )雖然制造成本低廉，但是片內通信速度相對較慢，特別當系統芯片內的模塊數量不斷增加時(shí)（實(shí)際上，所有的應用都在增加模塊數量），通信速度慢的缺點(diǎn)更加明顯。

“半導體行業(yè)人士承認，在某一段時(shí)間內，系統芯片的前景在于片上網(wǎng)絡(luò )，” 意法半導體先進(jìn)系統技術(shù)部（Advanced System Technology）主管系統技術(shù)的副總裁兼副總經(jīng)理Alessandro Cremonesi表示，“系統芯片制造商要解決的問(wèn)題是：在以最大限度縮減芯片面積和設計周期為主要需求的工業(yè)內，推動(dòng)這個(gè)新興的系統芯片設計模型的使用。利用ST的Spidergon拓撲，我們可以將知識產(chǎn)權模塊固定在單元庫內，根據客戶(hù)的需求將模塊整合在一起，以即插即用的方式添加到設計中，快速開(kāi)發(fā)業(yè)內性?xún)r(jià)比最高的系統芯片器件?！?

STNoC是一個(gè)根據分層方法學(xué)設計的高度靈活、可升級的片上微型分組通信網(wǎng)絡(luò )。 Spidergon體系結構的最重要特點(diǎn)是，概念上的拓撲簡(jiǎn)易性可以轉化成最具成本效益的硅實(shí)現技術(shù)，其中兩種關(guān)鍵組件是路由器和網(wǎng)絡(luò )接口。 而且，因為配置功能易于控制，這個(gè)特殊的Spidergon拓撲減少了同類(lèi)模塊的數量，大幅度縮短了驗證時(shí)間，使維護、支持和集成變得更加容易（更少的人工時(shí)數），這是一個(gè)重要的戰略要求。 

STNoC技術(shù)給系統設計人員帶來(lái)了巨大的好處，包括最小芯片面積和最低的互連復雜性產(chǎn)生的內在的成本效益，設計人員能夠專(zhuān)注于應用開(kāi)發(fā)，利用強大的服務(wù)質(zhì)量(QoS) 支持，無(wú)需針對每個(gè)應用評估不同的網(wǎng)絡(luò )拓撲。STNoC的網(wǎng)絡(luò )接口的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是允許任何IP協(xié)議如AXI、OCP或 STBus 轉換成通信分組數據。 由于允許根據應用流量刪除沒(méi)用的組件和鏈路來(lái)縮減體系結構， STNoC 實(shí)際上能夠支持從樹(shù)狀到環(huán)形直至 Spidergon的各種拓撲。

雖然目前市場(chǎng)上有各類(lèi)片上網(wǎng)絡(luò )方法，但是，因為性?xún)r(jià)比具有實(shí)際的伸縮性，STNoC 是唯一的一個(gè)提出開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖計劃滿(mǎn)足從現在到未來(lái)的需求的技術(shù)?，F今的系統能夠受益于互連線(xiàn)數量減少、端到端對網(wǎng)絡(luò )任務(wù)的完全分離、多IP協(xié)議支持以及高效服務(wù)質(zhì)量（QoS），同時(shí)未來(lái)的先進(jìn)的多處理器體系結構可以定義在STNoC 復雜的靈活的特性之上，這些特性能夠以最有成本效益的方式實(shí)現優(yōu)異的性能和可靠的片內互連。

“現有的系統芯片設計模型還能維持幾年，但很快就會(huì )退出主流，” Cremonesi說(shuō)，“顯然片上網(wǎng)絡(luò )將會(huì )掀起系統芯片設計的下一個(gè)浪潮，但是，很多方法都不能承認系統芯片設計制造存在的商業(yè)現實(shí)性。ST的 Spidergon拓撲將會(huì )提供最佳的性?xún)r(jià)比，并鞏固ST在系統芯片市場(chǎng)上的領(lǐng)導地位?！?