SoC互連有必要自己動手嗎

在過去的一年中，互連(interconnect)IP市場動作頻頻，最值得注意的就是英特爾(Intel)收購NetSpeed和Facebook收購Sonics。到底發(fā)生了什么？為什么各大公司現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了互連IP的重要性？互連是影響很多SoC項目企業(yè)其系統(tǒng)單芯片(SoC)交付能力的關(guān)鍵因素嗎？這些收購是否能繞過互連開發(fā)漫長、投入高且難度大的問題呢？

最近的市場整合可能會讓一些公司考慮是否應(yīng)該自己動手DIY。無論是簡單的縱橫式交換結(jié)構(gòu)還是用于高階SoC的全功能片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)架構(gòu)，只要有合適的人才、合適的技術(shù)，以及充足的預(yù)算就可以實現(xiàn)；最終可能的確如此。但問題不是你能否做到，而是你該這樣做嗎？

SoC應(yīng)用程序的需求變化迅速，需要透過互連快速處理，但大多數(shù)自行開發(fā)的互連并不易于使用。鑒于巨大的固定開發(fā)成本，一年才開發(fā)制造一個芯片通常不具有經(jīng)濟(jì)效益，所以大多數(shù)設(shè)計團(tuán)隊都采用通用平臺快速創(chuàng)建衍生芯片，使一個設(shè)計適用于多個市場和應(yīng)用情境。而互連是創(chuàng)建這些衍生半導(dǎo)體的關(guān)鍵；若不能擁有一流的互連IP就會降低適應(yīng)新芯片需求的能力，并且嚴(yán)重限制企業(yè)的市場反應(yīng)能力。

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針對不同市場和應(yīng)用情境的SoC可能具有完全不同的NoC互連要求和優(yōu)先級。但無論什么類型的SoC，都需要100%的質(zhì)量保證。(來源：Arteris)

另一個需要考慮的重要因素是，需要優(yōu)化的因素涉及很多方面，如功耗、延遲、帶寬、數(shù)據(jù)路徑和安全參數(shù)等，構(gòu)建互連本身已經(jīng)非常困難，更不用說開發(fā)互連IP所需的獨特工程專業(yè)知識了。互連開發(fā)是一項團(tuán)隊任務(wù)，它需要架構(gòu)、硬件和軟件開發(fā)的專業(yè)知識與驗證、質(zhì)量一絲不茍地結(jié)合在一起。最重要的是創(chuàng)建一個可配置的互連IP產(chǎn)品，其可擴(kuò)展性足以使得幾乎任何SoC設(shè)計都不僅僅是一項技能；「它是一門藝術(shù)」，而且正在成為一種關(guān)鍵性的藝術(shù)。

DIY=危險

如果仍然想要構(gòu)建自己的互連IP，那么讓我們花點時間思考一下開發(fā)NoC互連都需要些什么？NoC技術(shù)采用封包化方式，淘汰了電線，釋放了芯片空間，并降低了功率需求。設(shè)計NoC，使其將數(shù)據(jù)封包在合適的時間送到合適的地方，而不會對該區(qū)域和/或電源有大的影響——這是最難的地方。要解決這個問題需要三位技術(shù)精湛的專家：解決數(shù)據(jù)封包、信道和服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)專家；負(fù)責(zé)設(shè)計、驗證、具備HDL專業(yè)知識進(jìn)行閘極層設(shè)計的半導(dǎo)體專家，以及軟件專家，負(fù)責(zé)確保配置工具能提供盡可能多的信息并盡可能自動化，為實現(xiàn)互連配置的芯片架構(gòu)師和互連實施者帶來高效且盡可能愉悅的體驗。

請記住，互連IP質(zhì)量尤為重要，因為互連中的錯誤可能導(dǎo)致整個項目延遲甚至失敗。這意味著有效的質(zhì)量流程和執(zhí)行是互連IP交付的關(guān)鍵。

事實上，開發(fā)一個NoC需要多達(dá)30~50名工程師，而且極有可能該團(tuán)隊在這三個關(guān)鍵領(lǐng)域之一會存在薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)然，如果不用考慮上市時間，那該團(tuán)隊最終可能完成任務(wù)。另外，資金也是一個關(guān)鍵制約因素，因為內(nèi)部互連開發(fā)團(tuán)隊往往缺乏資源，他們通常不得不為特定的SoC項目開發(fā)定制互連，而不是開發(fā)廣泛的長期解決方案。今天的芯片市場正在以設(shè)計師難以適應(yīng)的更快速度變化，一旦一個NoC開發(fā)完成，馬上就會出現(xiàn)新的需求，所以它又會重新回到繪圖板上，進(jìn)行下一個芯片迭代設(shè)計，以滿足各種新的需求，包括性能、帶寬、緩存一致性、仲裁、延遲、服務(wù)質(zhì)量、電源管理和安全性等。不會變化的是，內(nèi)部開發(fā)互連團(tuán)隊總會成為那個導(dǎo)致公司不能按時提交符合要求芯片的制約因素。

而當(dāng)設(shè)計團(tuán)隊終于無法忍受并決定轉(zhuǎn)而采用互連IP授權(quán)模式時，其芯片的市場機會可能已經(jīng)過去；這是一門物盡天擇的生意。而如果公司選擇IP授權(quán)，那互連開發(fā)團(tuán)隊最大的擔(dān)憂將是他們的工作是否還能保得住。

商用IP有什么與眾不同之處？

這里舉一個Arteris IP客戶的例子。在開始與Arteris合作之前，這家芯片公司每年只開發(fā)四個SoC，因為他們要花一個多月的時間來實現(xiàn)內(nèi)部總線組使用內(nèi)部開發(fā)互連IP創(chuàng)建的互連實例的任意更改。而該客戶一旦采用了商用互連IP，芯片產(chǎn)量提高到了每年20多個設(shè)計，這使得他們能夠經(jīng)濟(jì)有效地為細(xì)分市場提供芯片，從而以可觀的毛利率和可接受的價格贏得額外的設(shè)計勝利。

最有趣的是，即使內(nèi)部團(tuán)隊十年來一直專門為該客戶創(chuàng)建「優(yōu)化的」互連，新的商用IP解決方案還是在各個方面跑贏他們，最終比內(nèi)部開發(fā)互連平均每芯片節(jié)省3平方毫米裸片面積，即每芯片節(jié)省約30美分，批量情況下意味著節(jié)省了數(shù)百萬美元。

商用互連IP有什么優(yōu)點？

如今，新技術(shù)市場中的各項技術(shù)發(fā)展迅猛，這使得商用NoC互連IP變得異常重要。對于其中兩個成長最快的市場尤其如此：汽車和機器學(xué)習(xí)(ML)/人工智能(AI)。對于汽車而言，片上互連是遵從ISO 26262功能安全規(guī)范的唯一促成因素，因為片上互連可以「看到」流經(jīng)芯片的所有數(shù)據(jù)流量，它可以標(biāo)記數(shù)據(jù)，有時甚至可以在錯誤影響系統(tǒng)安全性之前就糾正它。

對于ML/AI芯片和子系統(tǒng)來說，最熱門的話題是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以及設(shè)計團(tuán)隊如何使定制的處理單元從硬件層面上加速這些算法的數(shù)學(xué)運算。但真正的挑戰(zhàn)是：如何給芯片「喂飽」數(shù)據(jù)？如果答案是「數(shù)據(jù)流」，那么你是對的。而片上互連正是負(fù)責(zé)優(yōu)化AI/ML處理單元、內(nèi)存和周邊之間數(shù)據(jù)流的最重要IP。

汽車和ML/AI SoC市場的變化正在加速片上互連技術(shù)的創(chuàng)新，其重要性也呈爆炸式增長。變革的步伐太快，以至于任何一家半導(dǎo)體公司都無法跟上腳步并期望成為世界一流。幸運的是，值得信賴的專家們每天都沉浸在互連IP藝術(shù)中，從專家那里獲取最先進(jìn)的片上互連IP授權(quán)是從這種加速創(chuàng)新中獲益的最佳方式。