什么是soc芯片

SoC（System on Chip）。SoC是在一個芯片上由于廣泛使用預(yù)定制模塊IP而得以快速開發(fā)的集成電路。

SoC定義

　　SoC的定義多種多樣,由于其內(nèi)涵豐富、應(yīng)用范圍廣,很難給出準確定義。一般說來, SoC稱為系統(tǒng)級芯片,也有稱片上系統(tǒng),意指它是一個產(chǎn)品,是一個有專用目標的集成電路,其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內(nèi)容。同時它又是一種技術(shù),用以實現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開始,到軟/硬件劃分,并完成設(shè)計的整個過程。從狹義角度講,它是信息系統(tǒng)核心的芯片集成,是將系統(tǒng)關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上;從廣義角度講, SoC是一個微小型系統(tǒng),如果說中央處理器(CPU)是大腦,那么SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。國內(nèi)外學術(shù)界一般傾向?qū)oC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲器(或片外存儲控制接口)集成在單一芯片上,它通常是客戶定制的,或是面向特定用途的標準產(chǎn)品。

　　SoC定義的基本內(nèi)容主要表現(xiàn)在兩方面:其一是它的構(gòu)成,其二是它形成過程。系統(tǒng)級芯片的構(gòu)成可以是系統(tǒng)級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU 內(nèi)核模塊、數(shù)字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊,對于一個無線SoC還有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA 或ASIC實現(xiàn))以及微電子機械模塊,更重要的是一個SoC 芯片內(nèi)嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應(yīng)用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。系統(tǒng)級芯片形成或產(chǎn)生過程包含以下三個方面:

1) 基于單片集成系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計和驗證;

2) 再利用邏輯面積技術(shù)使用和產(chǎn)能占有比例有效提高即開發(fā)和研究IP核生成及復用技術(shù),特別是大容量的存儲模塊嵌入的重復應(yīng)用等;

3) 超深亞微米(UDSM) 、納米集成電路的設(shè)計理論和技術(shù)。

SoC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

　　具體地說, SoC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)主要包括總線架構(gòu)技術(shù)、IP核可復用技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、SoC驗證技術(shù)、可測性設(shè)計技術(shù)、低功耗設(shè)計技術(shù)、超深亞微米電路實現(xiàn)技術(shù)等,此外還要做嵌入式軟件移植、開發(fā)研究,是一門跨學科的新興研究領(lǐng)域。圖1是SoC設(shè)計流程的一個簡單示意圖。

SoC的發(fā)展趨勢及存在問題

　　當前芯片設(shè)計業(yè)正面臨著一系列的挑戰(zhàn),系統(tǒng)芯片SoC已經(jīng)成為IC設(shè)計業(yè)界的焦點, SoC性能越來越強,規(guī)模越來越大。SoC芯片的規(guī)模一般遠大于普通的ASIC,同時由于深亞微米工藝帶來的設(shè)計困難等,使得SoC設(shè)計的復雜度大大提高。在SoC設(shè)計中,仿真與驗證是SoC設(shè)計流程中最復雜、最耗時的環(huán)節(jié),約占整個芯片開發(fā)周期的50%～80% ,采用先進的設(shè)計與仿真驗證方法成為SoC設(shè)計成功的關(guān)鍵。SoC技術(shù)的發(fā)展趨勢是基于SoC開發(fā)平臺,基于平臺的設(shè)計是一種可以達到最大程度系統(tǒng)重用的面向集成的設(shè)計方法,分享IP核開發(fā)與系統(tǒng)集成成果,不斷重整價值鏈,在關(guān)注面積、延遲、功耗的基礎(chǔ)上,向成品率、可靠性、EMI 噪聲、成本、易用性等轉(zhuǎn)移,使系統(tǒng)級集成能力快速發(fā)展。

　　當前無論在國外還是國內(nèi),在SoC設(shè)計領(lǐng)域已展開激烈的競爭。SoC按指令集來劃分,主要分x86系列(如SiS550) 、ARM 系列(如OMAP) 、M IPS系列(如Au1500 ) 和類指令系列(如M 3Core)等幾類,每一類都各有千秋。國內(nèi)研制開發(fā)者主要基于后兩者,如中科院計算所中科SoC (基于龍芯核,兼容M IPSⅢ指令集) 、北大眾志(定義少許特殊指令) 、方舟2號(自定義指令集) 、國芯C3 Core (繼承M3 Core)等。開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的處理器核、核心IP和總線架構(gòu),同時又保證兼容性(集成第三方IP) ,將使我國SoC發(fā)展具有更強的競爭力,從而帶動國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)往深度、廣度方向發(fā)展。