作者：梁合慶

1 SoC基本情況
(1)什么是SoC
20世紀(jì)90年代中期，因使用ASIC實(shí)現(xiàn)芯片組受到啟發(fā)，萌生應(yīng)該將完整計(jì)算機(jī)所有不同的功能塊一次直接集成于一顆硅片上的想法。這種芯片，初始起名叫System on a Chip(SoC)，直譯的中文名是系統(tǒng)級(jí)芯片。
如何界定SoC，認(rèn)識(shí)并未統(tǒng)一。但可以歸納如下：
①SoC應(yīng)由可設(shè)計(jì)重用的IP核組成，IP核是具有復(fù)雜系統(tǒng)功能的能夠獨(dú)立出售的VLSI塊；
②IP核應(yīng)采用深亞微米以上工藝技術(shù)；
③SoC中可以有多個(gè)MPU、DSP、MCU或其復(fù)合的IP核。
由上可見(jiàn)，無(wú)論從功能、工藝和應(yīng)用技術(shù)上，SoC都是站在高的起點(diǎn)上，對(duì)復(fù)雜功能的VLSI級(jí)IP核，使用重用技術(shù)。由于使用的是VLSI級(jí)的IP核為部件，設(shè)計(jì)重用的效率非常高。
(2)硬核、軟核、固核
IP核是可設(shè)計(jì)重用的核�！霸O(shè)計(jì)重用”是指在設(shè)計(jì)硬件版圖時(shí)予以重用，以區(qū)別于過(guò)去所說(shuō)的軟件“重用”。所以，依硬件設(shè)計(jì)階段的不同，重用的IP核也不同，故而有硬核、軟核、固核之分。
◆硬核(hard core)，專(zhuān)為版圖階段使用的IP核，以版圖的形式提交。硬核是已經(jīng)過(guò)性能、功耗、幾何尺寸的優(yōu)化，并映射為指定的工藝和通過(guò)實(shí)際流片驗(yàn)證的核。使用時(shí)，只要符合整體IC工藝，滿足本核物理限制的核就可使用。它的使用最為簡(jiǎn)單，但損失了靈活性。
◆軟核(soft core)，專(zhuān)為RTL階段重用的IP核。它以綜臺(tái)之后的RTL級(jí)的描述形式提交，或以通用庫(kù)元素的網(wǎng)表形式提交。此類(lèi)重用IP核只是通過(guò)了性能和時(shí)序的驗(yàn)證，其它的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容及相關(guān)的測(cè)試驗(yàn)證等事項(xiàng)均留待使用者來(lái)完成。因?yàn)楹罄m(xù)的布局布線、功耗、幾何尺寸，優(yōu)化、工藝映射等等尚未進(jìn)行，故用戶有最大的靈活性。
◆固核(firm core)，因所使用的設(shè)計(jì)階段介于軟核及硬核之間，故其IP核叫做固核。它是以綜合后的代碼或是通用庫(kù)網(wǎng)表的形式提交的。因只在布局規(guī)劃的層面上對(duì)性能和幾何尺寸等進(jìn)行過(guò)結(jié)構(gòu)性的或拓?fù)湟饬x的優(yōu)化和初步做過(guò)了多種工藝的映射，因而用戶的靈活性介于硬、軟核之間。
選購(gòu)何種IP核為佳?若著眼于可被重用的頻度、可向其它工藝移植的可能、重用的靈活等方面來(lái)說(shuō)，則以軟核最好、固核其次、硬核最差；若著眼于保證滿足要求的性能和規(guī)范、有較短的上市時(shí)間、自己付出勞動(dòng)盡量地少又并不在乎高價(jià)，則正好是倒過(guò)來(lái)，即硬核最好、固核其次、軟核最差。
(3)SoC的一般構(gòu)成
從大處來(lái)分，SoC含有：
◆邏輯核一包括CPU、時(shí)鐘電路、定時(shí)器、中斷控制器、串并行接口、其它外圍設(shè)備、I／O端口以及用于各種IP核之間的粘合邏輯等等；
◆存儲(chǔ)器核一包括各種易失、非易失以及Cache等存儲(chǔ)器；
◆模擬核——包括ADc、DAc、PLL以及一些高速電路中所用的模擬電路。(如數(shù)據(jù)傳輸率1．6Gbps@800MHz RDRAM的低擺幅信號(hào)傳輸部分、為傳輸彩色視頻信號(hào)速率達(dá)到1Gbps的l394/1394.B串行總線物理層以及為克服I／O端口瓶頸而采用的Hyper_LVDs高速緩沖的PCI總線等。)
(4)SoC開(kāi)發(fā)的兩大問(wèn)題
開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)重用IP核為基礎(chǔ)的SoC，存在設(shè)計(jì)和測(cè)試兩方面的難題。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、測(cè)試開(kāi)發(fā)等工具及其資源， 依然是開(kāi)發(fā)SoC產(chǎn)品時(shí)的起步的參考。但是又必須與時(shí)俱進(jìn)，必須充分考慮設(shè)計(jì)重用引發(fā)的諸多方法學(xué)、黑箱測(cè)試與驗(yàn)證，以及深亞微米技術(shù)出現(xiàn)的天線效應(yīng)、信號(hào)流失等的特殊問(wèn)題。硬／軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的新理論、協(xié)同設(shè)計(jì)新工具、硬軟固核的開(kāi)發(fā)原則與提交規(guī)范、核庫(kù)的建設(shè)、可測(cè)性設(shè)計(jì)、可驗(yàn)證性設(shè)計(jì)以及方便前述各項(xiàng)實(shí)施的新型EDA、高級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證綜合平臺(tái)的完善等。1997年伊始，VSlA(虛擬插座接口聯(lián)盟)、Si2(硅片集成創(chuàng)始者刊物)、RAIPD網(wǎng)站(可重用專(zhuān)用IP開(kāi)發(fā)者網(wǎng)站)等刊物以及散見(jiàn)于其它雜志的先驅(qū)們都發(fā)表過(guò)許多原創(chuàng)性的概念和規(guī)范文本，奠定了基于重用核SoC的基礎(chǔ)。目前SoC方面的論文書(shū)籍與曰俱增， SoC產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，但是真正達(dá)到各個(gè)公司之間的共享知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 決非一蹴而就的事。
SoC的根本難點(diǎn)在于產(chǎn)品上市時(shí)間要求十分苛刻和生產(chǎn)上的一步到位的直接流片工藝， 其次，它所要求的技術(shù)又都特別前沿。只因逼上梁山， 非用一塊塊復(fù)雜IP堆起來(lái)不足以滿足要求。眼下最好的例子就是手機(jī)一越是高檔的， 其內(nèi)部越是只有一片技術(shù)含量更高的SoC。
2 IC業(yè)的第二次重組
早期，IC業(yè)一直是少數(shù)IDM(集成器件制造廠)壟斷的行業(yè)。IDM從接受訂單、器件的設(shè)計(jì)，到IC的加工等等都是獨(dú)家封閉地完成的，如Intel、Motorola、IBM等公司。隨著PC機(jī)的普及和技術(shù)的發(fā)展，IDM自己獨(dú)立地?cái)U(kuò)充或靳建生產(chǎn)線，不僅耗貿(mào)巨大而且時(shí)間上也來(lái)不及，外包生產(chǎn)便是順理成章的事。這就是20世紀(jì)80年代末期， 第一次IC業(yè)重組的動(dòng)因。這次重組的特點(diǎn)是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的外包。為此，竟然造就了一批新興的專(zhuān)門(mén)從事生產(chǎn)晶園及加工器件的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)， 叫做Foundy(代工廠)。IDM將加工外包之后， 剩下來(lái)的設(shè)計(jì)部門(mén)及器件銷(xiāo)售部門(mén)等等就泛稱(chēng)為Fabless，實(shí)際應(yīng)是FablessIDM。它無(wú)對(duì)應(yīng)的合適中文名。
20世紀(jì)90年代末，進(jìn)入IP核為基礎(chǔ)的So