SOC設計方法

本文通過對集成電路IC技術發展現狀的討論和歷史回顧,特別是通過對電子整機設計技術發展趨勢的探討,引入系統芯片（System on Chip,簡稱SOC）的定義,主要特點及其設計方法學等基本概念,并著重探討面向SOC的新一代集成電路設計方法學的主要研究內容和發展趨勢。

關鍵詞：SOC 軟硬件協同設計 超深亞微米 高層次綜合 IP核 設計再利用

引言

人類進入21世界面臨的一個重要課題就是如何面對國民經濟和社會發展信息化的挑戰。以網絡通信、軟件和微電子為主要標志的信息產業的飛速發展既為我們提供了一個前所未有的發展機遇,也營造了一個難得的市場與產業環境。

集成電路作為電子工業乃至整個信息產業的基礎得益于這一難得的機遇,呈現出快速發展的態勢。以軟硬件協同設計（Software/Hardware Co-Design）、具有知識產權的內核（IP核）復用和超深亞微米（Very Deep Sub-M集成電路ron,簡稱VDSM）技術為支撐的SOC是國際超大規模集成電路（VLSI）的發展趨勢和新世紀集成電路的主流。

與此同時,集成電路設計技術的進步滯后于集成電路制造技術的進步已成為制約未來集成電路工業進一步健康發展的關鍵。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沒有像今天這樣迫切地需要汲取新知識,特別是有關整機系統的知識。所以盡快開展面向SOC的新一代集成電路設計方法學研究對于推動集成電路的發展是至關重要的。

回顧20世紀后半葉集成電路工業的歷史,不難看出著名的MOORE（摩爾）定律一直在準確地描述著集成電路技術的發展。專家們普遍認為,在新的世紀中,這一著名定律仍將長期有效。盡管MOORE定律揭示的集成電路工藝技術的進步規律是那樣的誘人,且其發展速度之高在現代社會是少有的,但是今天正在蓬勃發展的網絡技術的進步相比（見圖1）還是相形見絀,遠遠不能滿足信息產業發展的要求。

據有關報道,在今天的美國社會如果以每分鐘9美分的費用計算,并有15%的家庭每天平均上網60min,則現有的網絡容量必須增大1倍,由此引發的交換設備投資為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將是巨大的。

現代通信技術正在向個人化,寬帶化和智能化方向發展（圖2）。以GSM為主要代表的第二代移動通信的發展對集成電路的拉動作用在20世紀的最后1年表現得淋漓盡致。

隨著寬帶技術的發展,人們傳統文化娛樂的手段也將不斷更新,以“精顯”技術為代表的新一代高分辨率電視已開始進入家庭,電視點播（VOD）也將成為人們日常生活中不可缺少的一部分。如果希望通過網絡傳輸高分辨率電視節目,則接入的帶寬將達到15MHz。顯然,這種新的文化娛樂方式的出現,必然對集成電路技術的進步產生巨大的推動作用。所以有人說集成電路發展得多快都為之不過。

市場是集成電路工業發展最直接的推動力,集成電路幾十年的發展證明了“更細、更快、更便宜”這個人們一直追求的目標在新的世紀中不僅仍然有效,而且隨著經濟的發展變得更為緊迫。在SOC時代來臨的時候,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域工作的科技人員提供了一個難得的發展機遇,也為全球半導體行業提供了一次重新洗牌的機會。