高性能SoC的“雙引擎”—DDR與PCIe

SoC芯片無處不在，小到家電控制的MCU，大到手機芯片，我們都會接觸到。如今大部分芯片設計公司都在開發(fā)SoC芯片，一顆SoC芯片可以集成越來越多的功能，儼然它已成為IC設計業(yè)界的焦點。

高性能、高速、高帶寬的互聯和存儲的性能需求日漸占據主流。 掌握PCle協議和DDR協議可以有效地提升SoC的設計驗證、FPGA的設計、亦或是系統(tǒng)級的開發(fā)效率 。

今天移知小編就帶大家了解一下高性能SoC的“雙引擎”——DDR與PCIe。

一、何為SoC

1、 SoC概念與傳統(tǒng)的FPGA/MCU單片機的優(yōu)勢

SoC是一種集成電路設計，將計算機系統(tǒng)的各個功能組件集成在一塊芯片上。傳統(tǒng)的FPGA和MCU單片機也是集成電路，但SoC在功能上更加復雜、完整。

與傳統(tǒng)的FPGA/MCU相比， SoC的優(yōu)勢在于它將CPU、GPU、NPU、IO接口、存儲器控制器等功能模塊集成在一顆芯片上，形成一個高度集成、高性能的計算平臺 。

SoC芯片讓電子設備變得更加智能，使人們的生活變得更加便捷。

2、SoC包含哪些功能模塊

SoC集成了多個功能模塊，常見的包括：

● 中央處理器（CPU）：執(zhí)行計算任務和控制任務的核心處理單元。

● 圖形處理器（GPU）：專門用于圖形和圖像處理，加速圖形渲染、計算和加速深度學習等任務。

● 神經網絡處理單元（NPU）：專門用于加速人工智能和深度學習任務。

● 存儲器控制器：管理內存和外部存儲器的讀寫操作。

● 輸入/輸出接口（IO）：用于與外部設備通信，如USB、Ethernet、HDMI等接口。

● 電源管理單元（PMU）：管理芯片的電源供應和功耗控制。

● 安全單元：提供芯片級別的安全功能，保護數據和系統(tǒng)免受攻擊。

二、SoC高性能體現在哪里？

高性能SoC在多個方面體現出卓越的表現：

● 計算能力：SoC集成了強大的CPU和GPU，能夠處理復雜的計算任務和圖形渲染，滿足高性能應用的要求。

● AI加速：通過集成專用的NPU，SoC能夠在處理人工智能和深度學習任務時加速運算，提升效率。

● 數據處理速度：SoC內部的高速總線和存儲器控制器使得數據訪問速度更快，減少數據處理瓶頸。

● 低功耗：雖然擁有強大性能，但高性能SoC也注重功耗的優(yōu)化，以延長電池壽命和降低能源消耗。

三、SoC高性能是如何實現的？

1、更快的數據處理來源于高速接口PCIe

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）芯片是高性能SoC中的重要組成部分。它是一種高速傳輸接口，連接計算機內部的各種硬件組件，如CPU、GPU、存儲器、網絡接口等。

PCIe具有高速傳輸和可靠性的特點，使得數據在各個組件之間的傳輸更加快速和穩(wěn)定。 這使得高性能計算、數據中心和企業(yè)級應用等領域得到極大的受益，加快了數據處理速度，提升了整體系統(tǒng)性能。

在數字IC工程師的職業(yè)生涯中，了解PCle還可以為他們提供更多的職業(yè)發(fā)展機會。掌握PCle技術可以使數字IC工程師在芯片設計、系統(tǒng)架構、嵌入式系統(tǒng)等領域中有更廣泛的應用。

掌握PCIe協議不管是對SoC的設計驗證，FPGA的設計，還是系統(tǒng)級的開發(fā)都提升效率，掌握PCIe協議更是成為芯片設計、驗證工程師、SoC的求職加分項，PCIe并沒有想象中那么容易掌握。

● PCIe的協議難以掌握？

國外的參考文獻的理解難易度，沒有實際項目紙上談兵的學習；空有公開協議，沒有結合案例理解上手，哪怕是已經翻譯的中文教材，也容易導致無從下手。

移知教育特邀資深工程師精心打磨 《PCIe協議全面解析》 本課程介紹了PCle總線協議的方方面面，包括系統(tǒng)架構、設備互聯、分層結構等， 讓大家深刻理解PCle的高帶寬、低延時的特性 。

從形象到抽象，讓學習PCIe不再晦澀難懂 ，講解最新Spec的協議特性和演進，通過協議分析儀實際抓取的數據包，生動介紹PCIe設備上的電、枚舉、及工作過程。

● PCIe設計的各種層級問題如何理解，如何解決？

PCIe 協議測試在物理層、數據鏈路層和傳輸層上都需要進行協議確認測試。鏈路訓練和狀態(tài)機（LTSSM）是協議測試里面的一個關鍵方面。鏈路訓練可以確保數據包在鏈路伙伴之間可靠地傳輸。協議分析和訓練器工具可以確定PCIe 器件是否能與其鏈接伙伴成功通信。

隨著數據速率的提升，高速串行數據鏈路的設計變得非常復雜。通道拓撲越來越復雜多變。

PCIe 互連測試通道是 PCIe 系統(tǒng)中最關鍵的元素之一快速確認測試PCIe 設計的參數，確保它們符合 PCIe 規(guī)范定義的性能要求，這是測試過程的一個重要環(huán)節(jié)。

● 向下兼容的難，各個版本迭代的兼容問題

各個版本的迭代兼容處理，實際的公司業(yè)務場景處理。