SOC設計方法

本文通過(guò)對集成電路IC技術(shù)發(fā)展現狀的討論和歷史回顧,特別是通過(guò)對電子整機設計技術(shù)發(fā)展趨勢的探討,引入系統芯片（System on Chip,簡(jiǎn)稱(chēng)SOC）的定義,主要特點(diǎn)及其設計方法學(xué)等基本概念,并著(zhù)重探討面向SOC的新一代集成電路設計方法學(xué)的主要研究?jì)热莺桶l(fā)展趨勢。

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

引言

人類(lèi)進(jìn)入21世界面臨的一個(gè)重要課題就是如何面對國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展信息化的挑戰。以網(wǎng)絡(luò )通信、軟件和微電子為主要標志的信息產(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)展機遇,也營(yíng)造了一個(gè)難得的市場(chǎng)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)的基礎得益于這一難得的機遇,呈現出快速發(fā)展的態(tài)勢。以軟硬件協(xié)同設計（Software/Hardware Co-Design）、具有知識產(chǎn)權的內核（IP核）復用和超深亞微米（Very Deep Sub-M集成電路ron,簡(jiǎn)稱(chēng)VDSM）技術(shù)為支撐的SOC是國際超大規模集成電路（VLSI）的發(fā)展趨勢和新世紀集成電路的主流。

與此同時(shí),集成電路設計技術(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(lái)集成電路工業(yè)進(jìn)一步健康發(fā)展的關(guān)鍵。傳統的、基于標準單元庫的設計方法已被證明不能勝任SOC的設計;現行的面向邏輯的集成電路設計方法在深亞微米集成電路設計中遇到了難以逾越的障礙;芯片設計涉及的領(lǐng)域不再局限于傳統的半導體而且必須與整機系統結合;集成電路設計工程師們從來(lái)沒(méi)有像今天這樣迫切地需要汲取新知識,特別是有關(guān)整機系統的知識。所以盡快開(kāi)展面向SOC的新一代集成電路設計方法學(xué)研究對于推動(dòng)集成電路的發(fā)展是至關(guān)重要的。

回顧20世紀后半葉集成電路工業(yè)的歷史,不難看出著(zhù)名的MOORE（摩爾）定律一直在準確地描述著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展。專(zhuān)家們普遍認為,在新的世紀中,這一著(zhù)名定律仍將長(cháng)期有效。盡管MOORE定律揭示的集成電路工藝技術(shù)的進(jìn)步規律是那樣的誘人,且其發(fā)展速度之高在現代社會(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(jiàn)圖1）還是相形見(jiàn)絀,遠遠不能滿(mǎn)足信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。

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

現代通信技術(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)展對集成電路的拉動(dòng)作用在20世紀的最后1年表現得淋漓盡致。

隨著(zhù)寬帶技術(shù)的發(fā)展,人們傳統文化娛樂(lè )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(kāi)始進(jìn)入家庭,電視點(diǎn)播（VOD）也將成為人們日常生活中不可缺少的一部分。如果希望通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸高分辨率電視節目,則接入的帶寬將達到15MHz。顯然,這種新的文化娛樂(lè )方式的出現,必然對集成電路技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。所以有人說(shuō)集成電路發(fā)展得多快都為之不過(guò)。

市場(chǎng)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、更快、更便宜”這個(gè)人們一直追求的目標在新的世紀中不僅仍然有效,而且隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展變得更為緊迫。在SOC時(shí)代來(lái)臨的時(shí)候,雖然人們要面對眾多的挑戰和眾多的新課題,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)展機遇,也為全球半導體行業(yè)提供了一次重新洗牌的機會(huì )。