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SoC互联:千万不要DIY!

时间:2019-08-30 作者:Kurt Shuler 阅读:
创建一个可配置的互联IP产品,其可扩展性足以使得几乎任何SoC设计都不仅仅是一项技能; “它是一门艺术,”而且正在成为一种关键性的艺术。如果您想要构建自己的互联IP,那么我们花点时间思考一下开发NoC互联都需要些什么。本文着重比较了DIY互联与采用授权互联IP之间的不同。
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由于互联IP市场的大量收购行为,毫不奇怪您会认为DIY互联是个好主意。

在过去的一年中,互联IP市场动作频频,最值得注意的就是英特尔收购NetSpeed和Facebook收购Sonics。到底发生了什么?为什么各大公司现在发现了互联IP的重要性?对于有很多系统级芯片(SoC)项目的企业,互联是影响其SoC交付能力的关键因素吗?这些收购能否绕过互联开发漫长、投入高且难度大的问题呢?

最近的市场整合可能会让一些公司考虑是否应该自己动手(DIY)。无论是简单的纵横式交换结构还是用于高级SoC的全功能片上网络(NoC)架构,只要有合适的人才、合适的技术以及充足的预算就可以实现,最终也许的确如此。但问题不是你能否做到,而是你是否应该这样做。

SoC应用的需求变化迅速,需要通过互联快速处理,但大多数自行开发的互联并不易于使用。鉴于巨大的固定开发成本,一年才开发一颗芯片通常不具有经济效益,所以大多数设计团队都采用通用平台方法来快速创建衍生芯片,使一个设计适用于多个市场和用例。而互联是创建这些衍生半导体的关键,若不能拥有一流的互联IP就会降低适应新芯片需求的能力,并且严重限制企业的市场反应能力。


图1:针对不同市场和用例的SoC可能具有完全不同的片上网络(NoC)互联要求和优先级。但无论什么类型的SoC,都需要100%的质量保证。(来源:Arteris)

另一个需要考虑的重要因素是,优化涉及很多方面,如功耗、延迟、带宽、数据路径和安全参数等。构建互联本身已经非常困难,更不用说开发互联IP所需的专门工程技能了。互联开发是一项团队项目,它需要架构、硬件和软件开发的专业知识,以及对验证和质量一丝不苟的关注。最重要的是创建一个可配置的互联IP产品,其可扩展性使得几乎任何SoC设计都不仅仅是一项技能。“它是一门艺术”,而且正在成为一门至关重要的艺术。

DIY = 危险

如果您仍然想要构建自己的互联IP,那么我们花点时间思考一下开发NoC互联都需要些什么。NoC技术采用打包分组的方法,去除了布线,从而释放了芯片空间,并降低了功耗需求。设计好的NoC,就要能够将数据包在合适的时间发送到合适的地方,而不会对面积和/或功耗有大的影响,这是最难的地方。要解决这个问题需要三位不同的专家:解决数据包、信道和服务质量的网络专家;负责设计、验证、具备HDL专业知识进行门级设计的半导体专家;以及确保配置工具能提供尽可能多的信息并尽可能自动化的软件专家,这样才能为负责互联配置的芯片架构师和互联实施者带来高效且愉悦的体验。而且请记住,互联IP质量尤为重要,因为互联中的错误可能导致整个项目延迟甚至失败。这意味着有效的质量流程和执行是互联IP交付的关键。

事实上,开发一颗NoC需要多达30-50名工程师,而且这样的团队极有可能在这三个关键领域之一存在薄弱环节。当然,如果不用考虑上市时间,这样的团队最终会完成任务。另外资金也是一个关键制约因素,因为负责互联开发的内部团队往往缺乏资源,他们通常不得不为特定的SoC项目开发定制互联,而不是开发广泛适用的长期解决方案。今天的芯片市场正在以设计师难以适应的更快速度变化 ,一旦一颗NoC开发完成,马上就会出现新的需求,所以又要重新回到绘图板上进行下一颗芯片迭代设计,以满足各种新的需求,包括性能、带宽、缓存一致性、仲裁、延迟、服务质量、电源管理和安全性等等。可以确定的是,负责互联开发的内部团队总会成为公司的制约因素,导致公司不能按时交付符合要求芯片产品。

而当设计团队终于无法忍受并决定转而采用外部的互联IP许可模式时,其芯片的市场机会可能已经过去,这是优胜劣汰的竞争市场。而如果公司选择IP授权,那互联开发团队最大的担忧将是他们的工作是否还能保得住。

采用IP会有什么不同

这里举一个来自Arteris IP客户的例子。在开始与Arteris合作之前,这家芯片公司每年只能开发四颗SoC芯片,因为他们要花上一个多月的时间来实施互联的变化,因为他们采用的是由内部团队开发的互联IP。而当客户采用商用互联IP后,其产能提高到了每年20多颗芯片设计,这使得他们能够经济有效地为细分市场提供定制芯片,从而以可观的毛利率和可接受的价格赢得额外的设计。有意思的是,即使内部团队十年来一直专门为其创建“最优化的”互联,新的商用IP解决方案还是在各个方面跑赢它们,最终比内部开发的互联平均每芯片节省3平方毫米裸片面积,相当于每芯片节省约30美分,达到批量生产规模时意味着数百万美元的节省。

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如今,新兴市场的各项技术发展迅猛,这使得商用NoC互联IP变得异常重要。这对于两个增长最快的市场尤其如此:汽车和机器学习(ML)/AI。对于汽车市场而言,片上互联是遵从ISO 26262功能安全规范的唯一促成因素,因为片上互联可以“看到”流经芯片的所有数据流量,它可以标记数据,有时甚至可以在错误影响系统安全性之前就纠正它。对于ML/AI芯片和子系统来说,最热门的话题是神经网络算法以及设计团队如何使定制的处理单元从硬件层面上加速这些算法的数学运算。但真正的挑战是:如何给芯片“喂饱”数据?如果您回答是“数据流”,那么您是对的。而片上互联正是负责优化AI/ML处理单元、存储器和外设之间数据流的重要IP。

汽车和ML/AI SoC市场的变化正在加速片上互联技术的创新,其重要性也日益凸显。变革的步伐太快,以至于任何一家半导体公司都无法跟上脚步并期望成为世界一流的开发商。所幸有值得信赖的专家专注于互联IP艺术之中,从专家那里获取最先进的片上互联IP许可是从这种加速创新中获益的最佳方式。

本文同步刊登于电子工程专辑杂志2019年8月刊

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