SOC设计论文-任卫朋-U200813827.docVIP

SOC系统设计发展与挑战 摘要 随着集成电路技术的迅猛发展，芯片的规模越来越大，电子系统设计正逐渐向着系统芯片的方向发展。本文在此基础上调研了SOC技术的相关问题。 本文首先介绍了SOC技术的由来及其在国内外的发展现状，其次简要介绍了SOC设计的关键技术，最后通过调研文献，总结了SOC设计所面临的挑战，主要是：互连性能的空缺、功率损耗、SOC的功率预测和最优化、信号完整性这四个方面。 关键词： SOC设计 挑战 集成电路 引言 集成电路技术发展迅速，是当今世界上发展最快的高新技术之一。过去30年的发展几乎完全遵循摩尔定律．即其集成度每隔18个月就翻一番。集成电路的设计规模正由超大规模集成(VLSll)、甚大规模集成(ULSI)向G大规模集成(GSI)的方向发展。 随着VLSI技术的发展．芯片的规模已从10年前的万门级发展到现在的数百万门级。设计周期也从以前的18个月缩短到6个月甚至更短，IC的制造特征尺寸已达0.13um，IC设计的复杂程度大大增加。于是，越来越多的功能、甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片中。电子系统设计正从SOB、MCM向着系统级芯(System-On-a-Chip)的方向发展。 第一章 SOC技术的发展 1.1 SOC技术的由来 SOC 是20世纪90年代出现的概念。随着时间的不断推移和SOC技术的不断完善，SOC的定义也在不断的发展和完善。Dataquest定义SOC为“an integrated circuit that contains a compute engine, memory and logic on a single chip”，即SOC为包含处理器、存储器和片上逻辑的集成电路。这大致反映了1995年左右SOC设计的基本情况。随着RF电路模块和数模混合信号模块集成在单一芯片中，SOC的定义在不断的完善，现在的SOC中包含一个或多个处理器、存储器、模拟电路模块、数模混合信号模块以及片上可编程逻辑。因此， SOC定义的发展和完善过程，也大致反映SOC技术在近15年的发展趋势。 1.2国内外SOC技术的研究及应用现状 从应用开发的角度来看，SOC 的主要含义是在单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。SOC技术研究内容包括：开发工具、IP及其复用技术、可编程系统芯片、信息产品核心芯片开发和应用、SOC设计技术与方法、SOC制造技术和工艺等。从使用角度来看，SOC有三种类型：专用集成电路ASIC(Application Specific IC)，可编程SOC(System on Programmable Chip)和OEM(Original equipment Manufacturer)型SOC。 国际上SOC 应用设计逐渐从ASIC方向向可编程SOC方向发展。ASIC设计的典型实例主要包括：1994年Motolola的FlexCore系统是基于定制的 68000和PowerPC微处理器；1995年LSI Logic为Sony公司开发的SOC,它包括一个1MIPS的微处理器，存储器和Sony Logic，这已经被广泛应用于Sony Playstation视频游戏中；1996年IBM公司制造了它的第一款SOC ASIC，该系统包括PowerPC 401微处理器、SRAM存储器、高速的模拟存储器接口和私有的客户逻辑。 随着SOC应用的不断普及，市场需要更加广泛的SOC设计。SOC提供商不仅必须拓展系统内部设计能力，而且要直接开发和交付SOC设计套件和方法给客户。因此，SOC设计逐渐向可编程SOC方向发展。 中国在高新技术研究发展863 计划中，把SOC作为微电子重大专项列入了2000～2001年度信息技术领域的重大专项预启动项目，并在IP核的开发、软硬件协同设计、IP复用、 VDSM设计、新工艺新器件等方面布置了预研性课题，其中IP核的设计和制造是SOC技术中最为关键的部分。在中国最适应SOC技术应用开发的SOC类型是可编程SOC技术。 可编程SOC 是在一块现场可编程芯片上提供产品所需的系统级集成。多家IC提供商已经在可编程SOC的实现方面迈出了可喜的步伐。这些新的器件所提供的系统功能包括处理器、存储器和可编程逻辑，从而解决了与ASIC相关的NRE（非经常性工程）费用高或制造周期太长的问题。可编程SOC提供了ASIC的高集成度（低功率、小尺寸、低成本）及FPGA的低风险、灵活性和上市快的特性。这也是SOC技术在微电子行业受欢迎的最根本的原因。 1.3 SOC的基本设计流程 SOC设计的基本流程图如下： 图1-1 SOC的基本设计流程图 第二章SOC设计的关键技术 2.1 IP核复用设计技 SOC是许多嵌入式IP核的集成利用IP核可以缩短系统级芯片的开发时间，缓解设计能力与IC制造