Кристаллдағы жүйелер. Жобалау және дамыту

МАЗМҰНЫ

Алғы сөз ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...12
1 тарау. SoC жобалауының қысқаша даму тарихы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..15
SoC Жобалауының дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..15
SoC жобалауының электронды өндіріске әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
Стандарттар маңыздылығы және Өнеркәсіп Ассоциациясы ... ... ... ... ... ... ... .19
SoC дамуындағы Үкіметтің рөлі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
SoC жобалауындағы негізгі мәселелер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .23
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
2 тарау. SOC әлемдік нарығы, жүзеге асу амалдары, анықтамалар ... ... ... ... ... ..25
SoC әлемдік нарығының дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
SoC жобалауындағы негізгі мәселелер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
SoC.ты жүзеге асыру амалдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
Терминдер мен анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..33
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..34
3 тарау. Жобалау мен SoC өндірісінің инфрақұрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
Жартылайөткізгіштер мен жүйелік саланың өзгеру табиғаты:
Жүйелік Компаниялардың Де. интеграциясы және Де.вертикализациясы ... ..35
Болашақ көріністер . SoC жобалауының инфрақұрылымы
және саланың ішіндегі өзара әрекеттесуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .43
Аппаратты облыстағы тәуелсіз IP Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
Бағдарламалық облыстағы тәуелсіз IP Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
EDA Компаниялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .46
Фабрикасыз жартылайөткізгіштік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
Таза Фабрикалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .50
Аппаратты.бағдарланған жүйелік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 51
Аппаратты және бағдарлама бөлігі бар жүйелік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ..51
Интеграцияланған құрылғылардың өндірушілері (IDM) ... ... ... ... ... ... ... ... 52
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
4 тарау. SoC жобалауына арналған ІР блоктар мен кітапханасы ... ... ... ... ... ... ..55
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..55
ІР блоктарға арналған стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
ІР Блоктардан Виртуалды Құраушыларға ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57
Чиптегі жүйені жобалау стилдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .58
Блоктар негізінде жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .59
Тұғырнамалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .61
ASIC және ASSP жобалауының эволюциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63
IP кітапханаларға қойылатын талаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .64
ІР блок үшін біріктіру архитектуралары және оның салдары ... ... ... ... ... ... .65
IP блоктың бейімделуі: Коммуникативті қабықшалары ... ... ... ... ..66
IP біріктіруінің сапасы,
Сертификатталған әдістер мен стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..66
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 67
5 тарау. SoC жобалау процесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...69
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 69
SoC жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...69
Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..77
SoC жаңа архитектуралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..79
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..80
6 тарау. Жүйелік деңгейде жобалаудағы SystemC тілі ... ... ... ... ... ... ... ... ... 81
Кіріспе . SystemC пайдалануының артықшылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..81
SystemC мәнмәтіні ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 86
SystemC аспектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...87
Модельдеу дәлдігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...87
Есептеу модельдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...89
Функционалдық модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .90
Транзакция деңгейінде модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..91
RTL деңгейі және жүзеге асырумен байланыс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..92
Верификациялық кеңейтілімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..93
Қорытынды . SystemC тілінің болашақ дамуы
және SLD (System.Level.Design) талаптары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..94
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .96
7 тарау. SystemC негізіндегі верификация және SoC жобалауы ... ... ... ... ... ... ... 97
Функционалды Виртуалды Прототип үлгісінің құрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... 98
FVP.ны қолданудың үлгілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .100
Кіріктірме бағдарламаларды құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .100
Функционалды верификация (анықтау) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..100
Аппараттық Бөлімді құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..101
Жүйелік архитектураның күйге келтірілуі (настройка) ... ... ... ... ... ... ... ... .101
SW қолданбасының кодын құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...102
FVP иерархиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..102
Жобаны жүйелік деңгейде зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 102
Транзакция көмегімен FVP талдауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .105
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .106
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..106
8 тарау. Алгортимдарды ескере отыра SoC жобалауы мен аппаратты. бағдарламалы платформалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..107
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 107
Басты он бөгет
Сымсыз 3G технологиясы
1. Тұрақты стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...107
2. DSP өндірісін жақсатру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...108
3. Бағдарламалық қамсыздандарудың күрделенуі ... ... ... ... ... ... ... ... ...108
4. Пайдаланылатын Қуат мөлшерінің кемуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .108
5. Жүйені Жетілдіру
Басқаруды қоректендіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..108
6. Батареяның уақыт ұзақтығын арттыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .109
7. 3G технологиясының Операциялық жүйесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 109
8. Радио . технологияларды жетілдіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...109
9. Бағаны кеміту ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...109
10. Жаңа қосымшалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..109
Мәселелерді анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .110
Икемділік пен Интеграция арасындағы таңдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .110
Бағдарламалық қамсыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .110
Пайдалы қуат мөлшерінің аздығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .111
Жұмыс жолындағы Жиіліктердің (baseband)
Күрделі және ұзақ Алгоритмдер верификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... 112
Мультимедиялық Ұялы Телефон мысалы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..112
Жобалау Әдістерінің
Дамуындағы басты бағыттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...113
Заманауи Жобалау алгоритмдері, Анализі
мен жүзеге асырылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...114
Верификация технология сапасын арттыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...115
Платформалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...116
Функцияналды . архитектуралы бірлескен жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..117
Белгілі және пайда болу үрісіндегі Жобалау технологиялары ... ... ... ... ... ... ..119
Жобалау алгоритмі, Анализі
мен жүзеге асырылу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 120
Біріккен Жобалау (CoDesign) әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .123
Сымсыз аймақтардағы
Жобалау маршрутының пайда болуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 124
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...125
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .126
9 тарау. Аналогты . аралас SoC жобалауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 127
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..127
AMS жобалау әдіснамасының дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...130
Жоғары . төмен және Төмен . Жоғары әдіснамалары ... ... ... ... ... ... ... ... 132
AMS SoC «Жоғарыдан . төмен» жобалауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..133
AMS SoC және IP блоктарды қайталап Қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 135
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..136
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..136
10 тарау. SoC жобалауын жүзеге асырудағы технологиялық платформалар ... .137
Жобалаудың функционалды деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 147
Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...151
Технологиялық платформалардың болашақ дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ...153
11 тарау. SoC дамуындағы кейбір аспектілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..157
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .157
Батареяның жұмыс ұзақтығы мен қолайлылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 157
Өз бағасының төмендігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .158
Икемділік пен мүмкіншіліктер жиынтығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...159
Дәйектілік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 160
Аз қауіп мөлшерімен жылдам жұмыс жасалу үрдісі ... ... ... ... ... ... ... ... ...160
Технологиялық үрдістердің дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 161
Нәтижелер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 162
№ 1 қосымша. Аналогты . сандық СБИС пен
сандық жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..164
I. Жобалау маршрутының жалпы құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .164
II. Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..166
III. СБИС жобалауының сандық тарауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..167
IV. Аналогты және сандық . аналогты блоктардың жобалануы ... ... ... ...169
Бағдарламалық қамсыздандырулар тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...172
№ 2 қосымша. Платформалар мен платформалы жобалау
(VSIA амалы, анықтау, платформалар типі, қосымшалар) ... ... ... ... ... ... ... ... ..173
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..173
SoC жобалау платформасы дегеніміз не? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 174
Платформалы жобалауға VSIA ықпалы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...175
Платформалы жобалаудың артықшылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 176
Платформалы компоненттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .179
Платформалар типі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .181
Технологиялық және қолданбалы платформалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...182
Әрекет аймағы мен әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...183
Қосымша жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..184
Тұтынушылар мен базарлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..185
Архитектуралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .186
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 187
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..188
№ 3 қосымша. « САПР Synopsys жүйелік деңгейі: алмаспайтын кристаллдағы жүйені жобалау маршруты, жүйелік деңгейден СБИС деңгейіне дейін » ... ... ..189
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 189
Synopsys жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...189
1. Жүйелік жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...190
Қайта қолдану, СФ . блоктар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .195
2. Логикалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .195
Қайта қолдану, СФ . блоктар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..202
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..202
Жалпы САПР Synopsys жайлы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..203
САПР Synopsys даму тенденциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...203
Осы басылымдағы пайдаланылған терминдерге анықтама ... ... ... ... ... ... ... ... 205
Қысқартылған анықтамалар тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .208

Кіріспе
Бұл тарауда SoC жобалауының дамуы қалай қалыптасқанын қарастырамыз және келесі тақырыптарға тоқталамыз.
• Жүйелік (SLD - system level design) сатыда IP технологияны негізге ала отырып, SoC жобалауының әдіснамасы мен жаңа да танымал жобалау әдістерімен
•Электронды өнеркәсіптің құрылымдық өзгерісіне SoC жобалауының әсерімен
•VSIA (Virtual Socket Interface Alliance) және т.б тәрізді стандартты өнеркәсіп ұйымдарының маңыздылығын
•SoC жобалау өнеркәсібін үкіметтің қолдаудағы рөлімен
•SoC жобалауының маңызды мәселелерімен танысамыз.

SoC жобалауының дамуы

«Кристалдағы - жүйелер», сәйкес SoC жобалауының пайда болуы бекер емес. Бұл жобалау стилі 1С сатысындағы 350-250 нм өндірісіндегі технологиялық үдерісті меңгеру кезеңінде қолданыла бастады. Ол кезде бір кремниилі астары бар негізгі цифрлық компоненттер интеграциясын жүргізу мүмкін болатын. Ұялы телефондар құрылымында да осы технология қолданылды. Соның ішінде басқарушы RISC процессорлар, DSP, сигнал түрлендіруші аппаратты блоктар, есте сақтау құрылғысы, интерфейстер және де басқа да сыртқы құрылғылар бар.
Бұл цифрлық baseband чипі толық жүйеден алыста болатын, себебі аналогты baseband, RF-құрылғылары, қоректенудің аналогты басқарылуы және конденсаторлардың сыртқы кедергілері жеке құраушылар түрінде болды. Бірақ бұл «кремниилі жүйе» (кейінірек SoC) радиоэлектрондық аппараттар дәуірінің бағыты жартылай өткізгіш технологиясының дамуымен анықталатынын ашып көрсетті.
Қазіргі бірнеше чиптардан (интеграцияланған чипсет) құралған жиынтық, келешекте өндірістің күн санап дамуының нәтижесінде толық интеграцияланған SoC жүйесі болып қалыптасады.

1.1 сурет. Толық кристалдағы жүйеннің блок-сұлбасы.
Келекшекте аналогты, цифрлық, RF және экзотикалық құрылымдардың интеграциялану мәселесі шешімін табуы тиіс. Оларға микроэлектромеханикалық жүйелер (MEMS), датчиктер, күш беретін жетектер, химиялық «чиптағы лабораториялар», оптикалық және биохимиялық өңделетiн элементтер жатады.
Соған орай SoC жобалауын күрделі интегралды схема деп анықтай аламыз, ол толық түпкi өнiмнiң барлық негiзгi функционалдық элементтерін бiр чип немесе чипсетте бiрiктiреді.
Жалпы алғанда SoC жоба кем дегенде бір бағдарламаланатын процессордан, ішкі кристалданатын есте сақтау құрылғысынан, апаратты орындайтын функционалды элементтерден, сонымен қатар қосымша немесе сыртқы ортамен байланысатын интерфейстерден тұрады. (1.1 сурет). SoC жоба аппараттық та бағдарламалық та компоненттерді қамтиды. SoC сұлба сыртқы ортамен әрекеттесетіндіктен, аналогты компоненттерді жиi қосуы керек. Ал келешекте оптикалық/микроэлектрондық механикалық жүйе (0/MEMS) компоненттерін де өзіне қосуы мүмкін.
Айта кететін жайт «System» ол яғни, SoC (System-On-Chip) «Chip»-пен салыстырғанда маңызы жоғары. Оның негізгі функционалдық блоктары толық интеграцияның бөлігі есебінде жобаланады. Одан маңыздысы барлық компоненттер физикалық түрде бір астарда орналаса алады. Жалғыз астармен салыстырғанда SiP («System in package»-корпустағы жүйе) шешімі интеграцияланған чипсеттер үшін бір шама арзан болуы мүмкін. Дегенмен де SiP әр түрлі келісімдерімен интегралды жүйе түрінде жобалана алады.
350-250 нм деңгейлі технология бір ғана астарлы жүйенiң толық интеграциялану мүмкiндiгiн ұсынғаннан кейін, келесі 180-150 нм және одан да төмен деңгейдегі технологиялық үрдістер әр түрлі қолданбалы аймақтар үшін бұдан күрделі жүйелерді интеграциялауды ұсыны. Кейінірек, бұл берілген барлық мүмкіндіктердің толық қолданылуына жауап бере ма деген сұрақ туындады ( және толық осы астармен толтыру). Бұл сұрақты қарастыру кезінде жобалаудың өнiмдiлiк «жарылуы» (design gap) ұғымның пайда болуына алып келді. Бір ғана астарға берілген логикалық элементтер мен осы астарда жобаланған, верификацияланған және интеграцияланған логикалық элементтер арасындағы айырмашылық - ITRS ([!]) деп анықталған. Кейін пайда болған барлық субмикрондық технологиялық үрдістердің жасалуы әрдайым жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырумен қатар жарылуды (design gap) болдырмау әдiстерiн iздестiрулерiмен бiрге жүредi.
Жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырудың iргелi әдiстерінің ішінде интеллектуалды өзіндікті (IP ) қайта қолдану ұсынысы жасалды. Бұл цифрлік логикада қолданылатын аз көлемді блоктардан, мысалы, шиналы интерфейстерден бастап үлкен блоктарды, мысалы процессордың кіріктірілген ядросын, және де алдын ала интеграцияланған, верификацияланған SoC «платформа» деп аталатын блоктар жиынтығын қолдануды ұсынды.
Екінші - үшінші ұрпақтарда IP-ді осы әдіспен қолданудан кейін жартылай өткiзгiш өндiрiсі дамып, көптеген танымал модельдердің пайда болуына себепші болды. Ол төмен сатыдағы (0-30 %) SoC жобалауынан өте жоғары сатыға (90-99%) көшуге аяқ алғызады [2]. SoC дамуында маңызды фактор болып (VSIA )Virtual Socket Interface Alliance [3 ] жетекшi электрондық фирмасының құрылуы болды. Бұл фирма IP қайта қолдануын жетілдіре отыра, IP стандартты қажеттіліктерін, интеграциясын дамытты.
VSIA қызыметі микросхема өндірісімен, автоматтандырылған жобалау жүйсімен (EDA) шұғылданатын компаниялардың тәжірибесі мен білім дәрежесін біріктіру болып табылды. Екінші маңызды фактор болып Mentor Graphics и Synopsys компаниясы құрастырған «IP «soft» үшін бірнеше рет қайта қолдану әдіснамасы (Synthesizable RTL) » табылды. Осы әдіснама негізінде Reuse Methodology Manual (RMM) бақарылуы пайда болды. Бұл әдіснама 1997 жылы қолданысқа кірді, 1998 жылы Майкл Кеатинг пен Пьер Брикод көпшілікке жариялады [4].
Бұл негiзiн қалаушы басқару екі қосымша басылымдарынан кейін IP қайталамасын қолданушы мамандар үшін негізгі нұсқау көзі болып табылды.
IP блоктарды дәстүрлі жасау мен регистрлі берілу деңгейінде (synthesizable RTL) қайталап қолдану күрделі жүйелерді жобалау кезінде жарамсыз болып таныла бастады. Сәйкесінше, SoC ауысуы жүйелiк жобалаудың тиiмдi әдiстерiн iздестiруді талап етті. Соған орай жетік тексерілген жүйелік жобалауға ерекше назар аударылды. Олар алгоритмдер спецификациясы (algorithmic capture), моделдеу, мәлiметтер ағындарының алгоритмдарын растау және өткiзу (dataflow), (әсiресе сымсыз және сымды коммуникациялардың облыстарында, сонымен қатар мультимедияларды өңдеуде). Жүйелiк деңгей және верификация өнiмдiлілігін талдау үшiн SoC жобалауында «платформалы архитектура» үлгiсі, ал апаратты бөлікке тәуелді бағдарламалар үшін бағдарламалық қамтамасыз етуді растауда қолданылатын, SoC жобалауының «виртуалды жүйелiк түп тұлғалар» моделі жасалды. Көріп тұрганымыздай жобалаудағы басты рөлді «System» («S» в SoC) атқарады,
Кейінгі уақытта жобалаудың жаңа әдiстері мен жүйелiк жобалаудың қаржы қажеттiлiгі өсе түсті. Бастапқыда тек RTL сатысындағы синтез бен дәстүрлі жобалаудың өнімділігін жақсартуға ғана ойластырылған жүріс- тұрыс синтезі (behavioural synthesis), осы кезде iшкі жүйелердiң жобалауын жеделдету құралы есебінде пайдаланыла бастады.

В. Немудров, Г.Мартин

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 107 бет
Таңдаулыға:

В. Немудров, Г.Мартин
Кристаллдағы жүйелер. Жобалау және дамыту
Москва:
Техносфера, 2004.-216 с. ISBN 5-94836-029-6
Бұл кітапта жаңа деңгейдегі электронды элемент базасы - кристаллдағы жүйелер (system-on-chip - қысқаша SOC) деп аталатын жобалау мен дамытудың әр түрлі қырлары қарастырылған.
Сонымен қатар SOC жобалауының сипатты ерекшеліктері баяндалады (IP - блоктардың жобалауда көптеп қолданылуы, САПР жүйелік деңгейінің енгізілуі және т.б.).
2000 жылдардың басында қалыптасқан SOC өндірісімен жаңы ғаламдық жобалау инфраструктурасына талдау жасалған. IP-блоктарын негізге ала отырып жобалаудың жаңа әдіснамасы сипатталған.
SOC жобалауының жүйелік, функционалды, логикалық, физикалық сатыларының толық әдіснамасы баяндалған. Жүйелік сатыдағы SOC жобалау барысында қолданысқа ие SystemС тілінің ерекшеліктері мен артықшылықтары сипатталған.
Нақты мысалмен SOC жобалауының алгоритмді - бағдарлау әдістері қарастырылған. Сонымен қатар SOC жобалауының платформалы әдісі де сипатталған. Жаңа заман электроникасындағы студенттер, оқытушылар мен мамандарға арналған.

(C) 2004, В. Немудров, Г. Мартин
(C) 2004, ЗАО РИЦ Техносфера
түп нұсқа- үлгі, дайындау

ISBN 5-94836-029-6

МАЗМҰНЫ

Алғы сөз ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1 тарау. SoC жобалауының қысқаша даму тарихы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...15
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
SoC Жобалауының дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15
SoC жобалауының электронды өндіріске әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .18
Стандарттар маңыздылығы және Өнеркәсіп Ассоциациясы ... ... ... ... ... ... ... ..19
SoC дамуындағы Үкіметтің рөлі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
SoC жобалауындағы негізгі мәселелер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
2 тарау. SOC әлемдік нарығы, жүзеге асу амалдары, анықтамалар ... ... ... ... ... ..25
SoC әлемдік нарығының дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
SoC жобалауындағы негізгі мәселелер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
SoC-ты жүзеге асыру амалдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
Терминдер мен анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...34
3 тарау. Жобалау мен SoC өндірісінің инфрақұрылымы ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 35
Жартылайөткізгіштер мен жүйелік саланың өзгеру табиғаты:
Жүйелік Компаниялардың Де- интеграциясы және Де-вертикализациясы ... ..35
Болашақ көріністер - SoC жобалауының инфрақұрылымы
және саланың ішіндегі өзара әрекеттесуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..43
Аппаратты облыстағы тәуелсіз IP Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
Бағдарламалық облыстағы тәуелсіз IP Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
EDA Компаниялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
Фабрикасыз жартылайөткізгіштік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
Таза Фабрикалар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
Аппаратты-бағдарланған жүйелік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 51
Аппаратты және бағдарлама бөлігі бар жүйелік Компаниялар ... ... ... ... ... ... ..51
Интеграцияланған құрылғылардың өндірушілері (IDM) ... ... ... ... ... ... ... .. ..52
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
4 тарау. SoC жобалауына арналған ІР блоктар мен кітапханасы ... ... ... ... ... ... ..55
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
ІР блоктарға арналған стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...56
ІР Блоктардан Виртуалды Құраушыларға ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
Чиптегі жүйені жобалау стилдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...58
Блоктар негізінде жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
Тұғырнамалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..61
ASIC және ASSP жобалауының эволюциясы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...63
IP кітапханаларға қойылатын талаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6 4
ІР блок үшін біріктіру архитектуралары және оның салдары ... ... ... ... ... ... .65
IP блоктың бейімделуі: Коммуникативті қабықшалары ... ... ... ... ..66
IP біріктіруінің сапасы,
Сертификатталған әдістер мен стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..66
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .67
5 тарау. SoC жобалау процесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 69
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..69
SoC жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .69
Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...77
SoC жаңа архитектуралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...79
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...80
6 тарау. Жүйелік деңгейде жобалаудағы SystemC тілі ... ... ... ... ... ... ... ... ... .81
Кіріспе - SystemC пайдалануының артықшылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..81
SystemC мәнмәтіні ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...86
SystemC аспектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 87
Модельдеу дәлдігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 87
Есептеу модельдері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 89
Функционалдық модельдеу ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 90
Транзакция деңгейінде модельдеу ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .91
RTL деңгейі және жүзеге асырумен байланыс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...92
Верификациялық кеңейтілімдер ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .93
Қорытынды - SystemC тілінің болашақ дамуы
және SLD (System-Level-Design) талаптары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... 94
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..96
7 тарау. SystemC негізіндегі верификация және SoC жобалауы ... ... ... ... ... ... ... .97
Функционалды Виртуалды Прототип үлгісінің құрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... 98
FVP-ны қолданудың үлгілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...100
Кіріктірме бағдарламаларды құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...100
Функционалды верификация (анықтау) ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... 100
Аппараттық Бөлімді құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 101
Жүйелік архитектураның күйге келтірілуі (настройка) ... ... ... ... ... ... ... ... .101
SW қолданбасының кодын құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .102
FVP иерархиясы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...102
Жобаны жүйелік деңгейде зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .102
Транзакция көмегімен FVP талдауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..105
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .106
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...106
8 тарау. Алгортимдарды ескере отыра SoC жобалауы мен аппаратты- бағдарламалы платформалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 107
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..107
Басты он бөгет
Сымсыз 3G технологиясы
1. Тұрақты стандарттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 107
2. DSP өндірісін жақсатру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .108
3. Бағдарламалық қамсыздандарудың күрделенуі ... ... ... ... ... ... . ... ... ..108
4. Пайдаланылатын Қуат мөлшерінің кемуі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...108
5. Жүйені Жетілдіру
Басқаруды қоректендіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 108
6. Батареяның уақыт ұзақтығын арттыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .109
7. 3G технологиясының Операциялық жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...109
8. Радио - технологияларды жетілдіру ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .109
9. Бағаны кеміту ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...109
10. Жаңа қосымшалар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..109
Мәселелерді анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..110
Икемділік пен Интеграция арасындағы таңдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... 110
Бағдарламалық қамсыздандыру ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 110
Пайдалы қуат мөлшерінің аздығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..111
Жұмыс жолындағы Жиіліктердің (baseband)
Күрделі және ұзақ Алгоритмдер верификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .112
Мультимедиялық Ұялы Телефон мысалы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .112
Жобалау Әдістерінің
Дамуындағы басты бағыттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .113
Заманауи Жобалау алгоритмдері, Анализі
мен жүзеге асырылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .114
Верификация технология сапасын арттыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...115
Платформалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 116
Функцияналды - архитектуралы бірлескен жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..117
Белгілі және пайда болу үрісіндегі Жобалау технологиялары ... ... ... ... ... . ... .119
Жобалау алгоритмі, Анализі
мен жүзеге асырылу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..120
Біріккен Жобалау (CoDesign) әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...123
Сымсыз аймақтардағы
Жобалау маршрутының пайда болуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .124
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...125
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..126
9 тарау. Аналогты - аралас SoC жобалауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12 7
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 127
AMS жобалау әдіснамасының дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .130
Жоғары - төмен және Төмен - Жоғары әдіснамалары ... ... ... ... ... ... ... ... .132
AMS SoC Жоғарыдан - төмен жобалауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...133
AMS SoC және IP блоктарды қайталап Қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 135
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..136
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...136
10 тарау. SoC жобалауын жүзеге асырудағы технологиялық платформалар ... .137
Жобалаудың функционалды деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 147
Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 151
Технологиялық платформалардың болашақ дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... .153
11 тарау. SoC дамуындағы кейбір аспектілер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .157
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 157
Батареяның жұмыс ұзақтығы мен қолайлылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 157
Өз бағасының төмендігі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 158
Икемділік пен мүмкіншіліктер жиынтығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 159
Дәйектілік ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .160
Аз қауіп мөлшерімен жылдам жұмыс жасалу үрдісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ..160
Технологиялық үрдістердің дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 61
Нәтижелер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 162
№ 1 қосымша. Аналогты - сандық СБИС пен
сандық жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 164
I. Жобалау маршрутының жалпы құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..164
II. Жобалаудың жүйелік деңгейі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...166
III. СБИС жобалауының сандық тарауы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .167
IV. Аналогты және сандық - аналогты блоктардың жобалануы ... ... ... ...169
Бағдарламалық қамсыздандырулар тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 72
№ 2 қосымша. Платформалар мен платформалы жобалау
(VSIA амалы, анықтау, платформалар типі, қосымшалар) ... ... ... ... ... ... ... ... ..173
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 173
SoC жобалау платформасы дегеніміз не? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .174
Платформалы жобалауға VSIA ықпалы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..175
Платформалы жобалаудың артықшылықтары ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...176
Платформалы компоненттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...179
Платформалар типі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...181
Технологиялық және қолданбалы платформалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 182
Әрекет аймағы мен әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .183
Қосымша жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...184
Тұтынушылар мен базарлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 185
Архитектуралар ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..186
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 187
Әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...188
№ 3 қосымша. САПР Synopsys жүйелік деңгейі: алмаспайтын кристаллдағы жүйені жобалау маршруты, жүйелік деңгейден СБИС деңгейіне дейін ... ... ..189
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..189
Synopsys жобалау маршруты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .189
1. Жүйелік жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 190
Қайта қолдану, СФ - блоктар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..195
2. Логикалық жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..195
Қайта қолдану, СФ - блоктар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...202
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..202
Жалпы САПР Synopsys жайлы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .203
САПР Synopsys даму тенденциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 203
Осы басылымдағы пайдаланылған терминдерге анықтама ... ... ... ... ... ... ... ... .205
Қысқартылған анықтамалар тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .208

Автордың алғы сөзі
Жобалау нормасы 350 нм шамасындағы, кристаллда он және жүз миллионға жуық транзисторларды орналастыра алатын (бір уақытта роцессорлар, есте сақтау, цифрлық логика, интерфейстерді және т.б кристаллда жүзеге асыру мүмкіншілігі бар) жартылай өткізгіш технологиясының заманауи деңгейі микроэлектроника мен радиоэлектроника индустриясына революциялық өзгеріс енгізді.
Бұған дейін функционалды түйіндер, блоктар, жекеленген субжүйелер баспа палаталары түрінде жүзеге асырылған. Бұл жүйелер оннан аса универсалды және мамандандырылған микросхема бөлшектерінен тұрады. Қазыр жаңа сапалы, мамандандырылған, өте үлкен интегралды сұлба кристалдағы жүйе (System on chip - кейін SoC) түрінде жүзеге асырылып жатыр.
Бұл революциялық өзгеріс жаңа сапалы әдіснама мен жобалау инфраструктурасы СБИС SoC жобалауының туындауына алып келді. Бұл жүйенің негізінде:
::СБИС SoC архитектурасы мен алгоритмін анықтаушы мамандар мен аппаратуралар жүйелік сатыдағы жобалаудың нақты қатысушылары бола алады.
:: САПР СБИС жоғарғы жүйелік жобалау деңгейімен толықтырылған.
:: Қайта жобалауда интерацияны ескермегенде қателіктік пайда болуы мүмкіндігі азая түсті. Бұл өз кезегінде SoC жобалауын өңдеуде уақыттың қысқартылуынан туындады. Соған сәйкес SoC жобалауының жаңа, принципиалды әдіснамасы қалыптасты.
:: Ол SoC жобалауының барлық кезеңдерінде IP-блокты бірнеше қайтара қолданудан пайда болды. Бұрын қалыптасқан сертификацияланған IP-блокты процессор, жад, цифрлық және аналогтық түйіндер, интерфейстер түрінде болды. Ал қазіргі кезде аппаратты-бағдарламалы IP - платформа түріндегі көпшілікке белгілі IP блоктарының жиынтығы қолданылады (технологиялық және қолданбалы).
:: SoC жобалауын іске асыру мен қолдануға қатысатын электронды және радиоэлектронды фирмалардың құрылымы мен өзара байланысу дәрежесі айтарлықтай өзгерді және ол кейін де өзгере түседі. Соның ішінде әр түрлі сатыдағы жүйелік фирмалармен қатар SoC жобалау Орталықтары (Дизайн-Орталығы), САПР әдісін құрастырушы фирмалар, IP-блоктар мен IP-платформаларды құрастырушы фирмалар кіреді.
Тұтас алып қарағанда алдыңғы қатарлы шет мемлекеттерде 90 жылдары басталған SoC инфраструктурасы мен қолданылу процессі электронды индустрияда, сонымен қатар басқа да салаларда басты үрдіс болып қалыптасты. Ал отандық өндірісте SoC жаңа жобалау инфрақұрылымы мен өндірісі енді қолға алынуда.
Бұл үрдістің маңыздылығын ескере отыра пайда болған олқылықты жою үшін авторлар электронды жүйе жасаушы мамандарды, аппаратураларды, электронды компонентті базаларды, басқарушы құрылым басшыларын, студенттер мен аспиранттарды, Жоғарғы мектеп мен РАН жұмысшыларын осы салаға тартуда. Бұл басылым SoC жобалауының олқылықтары жойып, жобалаудың дамуына белгілі сатыда кіріспе болып саналады. Оған қоса:
:: SoC дамуына қысқаша шолу;
:: SoC жобалауының әлем бойынша дамуына баға беру;
:: IP - блоктар мен платформалық жобалауды негізге ала отырып, сонымен қатар IP-блоктарды бірнеше қайтара қолдана келе SoC жобалауының негізгі әдіснамасын баяндау;
:: Аппаратты - бағдарламалық платформалар мен IP-блоктарды негізге ала отыра SoC жобалауының жекеленген әдістері мен маршруттарына талдау жасау;
:: Электронды және радиоэлектронды өнеркәсіпте құрылымдық өзгерісіне талдау жасау;
:: SoC жобалауының дамуына жан - жақты талдау жасау.
Келесі кезекте Техносфера баспасымен жаңа шетелдік басылымдардың шығарылуы жоспарлануда. Онда SoC жобалауының құрылымы жайлы бұдан да толықтырылған анықтамалар берілетін болады.
1-5, 7, 8, 9, 11 тараулар екі автордың ұжымдық жұмысы. 6 тарауды Г. Мартин дайындады. 10 В. Немудров пен А. Бухтеевтың қаламдарынан туындады. 1 қосымшаны В. Немудров, Н. Евтушенко, И. Сырцов, 3 қосымшаны В. Кравченко мен Д. Радченко, 2 қосымшаны Г. Мартин дайындады.
Авторлар Г. Чангқа 9 тарауды жазуға көмегі мен қосымша ақпараты үшін алғысын білдіреді.

Профессор
В.Немудров

1 тарау
SoC жобалауының
қысқаша даму тарихы

Кіріспе
Бұл тарауда SoC жобалауының дамуы қалай қалыптасқанын қарастырамыз және келесі тақырыптарға тоқталамыз.
:: Жүйелік (SLD - system level design) сатыда IP технологияны негізге ала отырып, SoC жобалауының әдіснамасы мен жаңа да танымал жобалау әдістерімен
::Электронды өнеркәсіптің құрылымдық өзгерісіне SoC жобалауының әсерімен
::VSIA (Virtual Socket Interface Alliance) және т.б тәрізді стандартты өнеркәсіп ұйымдарының маңыздылығын
::SoC жобалау өнеркәсібін үкіметтің қолдаудағы рөлімен
::SoC жобалауының маңызды мәселелерімен танысамыз.

SoC жобалауының дамуы

Кристалдағы - жүйелер, сәйкес SoC жобалауының пайда болуы бекер емес. Бұл жобалау стилі 1С сатысындағы 350-250 нм өндірісіндегі технологиялық үдерісті меңгеру кезеңінде қолданыла бастады. Ол кезде бір кремниилі астары бар негізгі цифрлық компоненттер интеграциясын жүргізу мүмкін болатын. Ұялы телефондар құрылымында да осы технология қолданылды. Соның ішінде басқарушы RISC процессорлар, DSP, сигнал түрлендіруші аппаратты блоктар, есте сақтау құрылғысы, интерфейстер және де басқа да сыртқы құрылғылар бар.
Бұл цифрлық baseband чипі толық жүйеден алыста болатын, себебі аналогты baseband, RF-құрылғылары, қоректенудің аналогты басқарылуы және конденсаторлардың сыртқы кедергілері жеке құраушылар түрінде болды. Бірақ бұл кремниилі жүйе (кейінірек SoC) радиоэлектрондық аппараттар дәуірінің бағыты жартылай өткізгіш технологиясының дамуымен анықталатынын ашып көрсетті.
Қазіргі бірнеше чиптардан (интеграцияланған чипсет) құралған жиынтық, келешекте өндірістің күн санап дамуының нәтижесінде толық интеграцияланған SoC жүйесі болып қалыптасады.

1.1 сурет. Толық кристалдағы жүйеннің блок-сұлбасы.
Келекшекте аналогты, цифрлық, RF және экзотикалық құрылымдардың интеграциялану мәселесі шешімін табуы тиіс. Оларға микроэлектромеханикалық жүйелер (MEMS), датчиктер, күш беретін жетектер, химиялық чиптағы лабораториялар, оптикалық және биохимиялық өңделетiн элементтер жатады.
Соған орай SoC жобалауын күрделі интегралды схема деп анықтай аламыз, ол толық түпкi өнiмнiң барлық негiзгi функционалдық элементтерін бiр чип немесе чипсетте бiрiктiреді.
Жалпы алғанда SoC жоба кем дегенде бір бағдарламаланатын процессордан, ішкі кристалданатын есте сақтау құрылғысынан, апаратты орындайтын функционалды элементтерден, сонымен қатар қосымша немесе сыртқы ортамен байланысатын интерфейстерден тұрады. (1.1 сурет). SoC жоба аппараттық та бағдарламалық та компоненттерді қамтиды. SoC сұлба сыртқы ортамен әрекеттесетіндіктен, аналогты компоненттерді жиi қосуы керек. Ал келешекте оптикалықмикроэлектрондық механикалық жүйе (0MEMS) компоненттерін де өзіне қосуы мүмкін.
Айта кететін жайт System ол яғни, SoC (System-On-Chip) Chip-пен салыстырғанда маңызы жоғары. Оның негізгі функционалдық блоктары толық интеграцияның бөлігі есебінде жобаланады. Одан маңыздысы барлық компоненттер физикалық түрде бір астарда орналаса алады. Жалғыз астармен салыстырғанда SiP (System in package-корпустағы жүйе) шешімі интеграцияланған чипсеттер үшін бір шама арзан болуы мүмкін. Дегенмен де SiP әр түрлі келісімдерімен интегралды жүйе түрінде жобалана алады.
350-250 нм деңгейлі технология бір ғана астарлы жүйенiң толық интеграциялану мүмкiндiгiн ұсынғаннан кейін, келесі 180-150 нм және одан да төмен деңгейдегі технологиялық үрдістер әр түрлі қолданбалы аймақтар үшін бұдан күрделі жүйелерді интеграциялауды ұсыны. Кейінірек, бұл берілген барлық мүмкіндіктердің толық қолданылуына жауап бере ма деген сұрақ туындады ( және толық осы астармен толтыру). Бұл сұрақты қарастыру кезінде жобалаудың өнiмдiлiк жарылуы (design gap) ұғымның пайда болуына алып келді. Бір ғана астарға берілген логикалық элементтер мен осы астарда жобаланған, верификацияланған және интеграцияланған логикалық элементтер арасындағы айырмашылық - ITRS ([!]) деп анықталған. Кейін пайда болған барлық субмикрондық технологиялық үрдістердің жасалуы әрдайым жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырумен қатар жарылуды (design gap) болдырмау әдiстерiн iздестiрулерiмен бiрге жүредi.
Жобалаудың өнiмдiлiгiн арттырудың iргелi әдiстерінің ішінде интеллектуалды өзіндікті (IP ) қайта қолдану ұсынысы жасалды. Бұл цифрлік логикада қолданылатын аз көлемді блоктардан, мысалы, шиналы интерфейстерден бастап үлкен блоктарды, мысалы процессордың кіріктірілген ядросын, және де алдын ала интеграцияланған, верификацияланған SoC платформа деп аталатын блоктар жиынтығын қолдануды ұсынды.
Екінші - үшінші ұрпақтарда IP-ді осы әдіспен қолданудан кейін жартылай өткiзгiш өндiрiсі дамып, көптеген танымал модельдердің пайда болуына себепші болды. Ол төмен сатыдағы (0-30 %) SoC жобалауынан өте жоғары сатыға (90-99%) көшуге аяқ алғызады [2]. SoC дамуында маңызды фактор болып (VSIA )Virtual Socket Interface Alliance [3 ] жетекшi электрондық фирмасының құрылуы болды. Бұл фирма IP қайта қолдануын жетілдіре отыра, IP стандартты қажеттіліктерін, интеграциясын дамытты.
VSIA қызыметі микросхема өндірісімен, автоматтандырылған жобалау жүйсімен (EDA) шұғылданатын компаниялардың тәжірибесі мен білім дәрежесін біріктіру болып табылды. Екінші маңызды фактор болып Mentor Graphics и Synopsys компаниясы құрастырған IP soft үшін бірнеше рет қайта қолдану әдіснамасы (Synthesizable RTL) табылды. Осы әдіснама негізінде Reuse Methodology Manual (RMM) бақарылуы пайда болды. Бұл әдіснама 1997 жылы қолданысқа кірді, 1998 жылы Майкл Кеатинг пен Пьер Брикод көпшілікке жариялады [4].
Бұл негiзiн қалаушы басқару екі қосымша басылымдарынан кейін IP қайталамасын қолданушы мамандар үшін негізгі нұсқау көзі болып табылды.
IP блоктарды дәстүрлі жасау мен регистрлі берілу деңгейінде (synthesizable RTL) қайталап қолдану күрделі жүйелерді жобалау кезінде жарамсыз болып таныла бастады. Сәйкесінше, SoC ауысуы жүйелiк жобалаудың тиiмдi әдiстерiн iздестiруді талап етті. Соған орай жетік тексерілген жүйелік жобалауға ерекше назар аударылды. Олар алгоритмдер спецификациясы (algorithmic capture), моделдеу, мәлiметтер ағындарының алгоритмдарын растау және өткiзу (dataflow), (әсiресе сымсыз және сымды коммуникациялардың облыстарында, сонымен қатар мультимедияларды өңдеуде). Жүйелiк деңгей және верификация өнiмдiлілігін талдау үшiн SoC жобалауында платформалы архитектура үлгiсі, ал апаратты бөлікке тәуелді бағдарламалар үшін бағдарламалық қамтамасыз етуді растауда қолданылатын, SoC жобалауының виртуалды жүйелiк түп тұлғалар моделі жасалды. Көріп тұрганымыздай жобалаудағы басты рөлді System (S в SoC) атқарады,
Кейінгі уақытта жобалаудың жаңа әдiстері мен жүйелiк жобалаудың қаржы қажеттiлiгі өсе түсті. Бастапқыда тек RTL сатысындағы синтез бен дәстүрлі жобалаудың өнімділігін жақсартуға ғана ойластырылған жүріс- тұрыс синтезі (behavioural synthesis), осы кезде iшкі жүйелердiң жобалауын жеделдету құралы есебінде пайдаланыла бастады.

SoC жобалауының Электрондық өнеркәсiпке әсері
SoC жобалауының электронды өнеркәсіпке, соның ішінде жеке меншік индустриясы 1С бағдарламасына тигізген әсері зор болды. Технологиялық үдерiстер эволюциясы әр пайда болған жобамен бірге кететін шығын мөлшерінің де артуына алып келді. Мысалы үлгiлердiң 130 нм деңгейiдегі құны бiр миллион долларларға жақындаған, келешекте бұл құн 65, 45 нм деңгейлерінде анағұрлым жоғары болады деп күтілуде. Егер жеке құрылғыларды жобалауда шығын мөлшерінің бұдан да артуын ескерсе, онда SoC жобалауының 130-90 нм деңгейдегi құны 5-тен -20 миллион долларға дейiн бағаланады.
Бұл шығын мөлшерімен жаңа құрылғылардың жобалануы 1000 нм-ден 250 нм кезеңіндегі ASIC жобалауы мен CMOS үдерісі кезіндегі жобалау сапасымен салыстырғанда біршама төмендігімен сипатталады. Бұл ASIC жобасының статистикасымен дәлелденген. Бірнеше жылдар аралығында, осылайша, 12000-нан 4000-ға дейн төмендеген. Бұл жобалардың кейбіреуі ASSP- ға көшті, оларды SoC құрылғыларының бастапқы кезеңіне жатқызуға болады. Ал басқалары FPGA форматқа (Field Programmable Gate Array) ауысты. Бұл формат SoC құрылғыларының санын бiрнеше жүздiктерден он мың данаға дейін шығару қажет болған жағдайда тиімді болды. Осылайша, бағаға негізделген жобалау стилі электрондық өнеркәсiпте айтарлықтай зардаптар туғызды. Біріншіден, тауарды FPGA негізде жасалатын болып, бұл тауар уақыт пен баға жағынан артықшылыққа ие болса, керісінше қажет ететін қуат мөлшерінің шамадан артуы мен ASIC-пен салыстырғанда өндірістік жағынан сапасының төмендеуі орын алды. Екіншіден, 1С үшін тапсырыстар берілген жағдайда, ол тапсырыс бірнеше салаға жарамды болуы үшін артық күштің жұмсалуын қажет етті.
Жаңа SoC жобалауы көптеген бірлестіктер үшін маңызды бастама болды. Себебі, жобаның құны мен зардаптардың болу мүмкіндігі жаңа бастаушы бірлестіктердің жедел сәтсіздікке ұшырауына әсер етеді. ASIC жобалауында рұқсат етілген бұндай сәтсіздіктерге SoC жобасында жол берілмеді. Қортындысында, жобалау индустриясы консерваторлық түрге ауысып, автоматизациялық жобалау әдістерін (EDA) қамсыздандыруға әсері зор болды. SoC жобалау платформаларын дайындауда жоғары интеграцияланған платформаларға көп көңіл бөлінді. Бұл платформалар жобалау уақыты мен қатердің пайда болуын анағұрлым төмендетті.

Стандарттар және Өнеркәсiптiк Ассоциациялардың маңыздылығы
SoC жобалауы мен IP блоктардың қайта қолданылуы, индустриалды стандарттармен қатар сәйкес ұйымдармен де қатарлас дамыды. Бұл электронды өнеркәсіп индустриясында басты жетістік болып есептелді. Бұл ұйымдарға VSIA мен FSA (Fabless Semiconductor Association) және т.б жатқызуға болады. FSA ASSP мен FPGA сияқты fabless компанияларының мүдделерін қорғауда маңызды рөл атқарды. Олардың ішінде PMC-Sierra, Broadcom, Xilinx, Altera және басқа да компаниялар бар.
VSIA бірлестігі жобалаудың механизмін стандарттау мен айқындауда, алмастыру мен IP интеграциясында маңызды рөл атқарды. Бұл ұйым цифрлық және аналогты IP блоктарын жасау қағидаттары мен кезеңдерді тұжырымдауға басты назар аударды. VSIA 1996 жылы қыркүйек айында құрылды. Бұл жылы VSIA архитектурасының негізін қалаушы құжат жарияланды. Сонымен қатар RTL сатысынан бастап GDS II сатысына дейінгі IP блоктармен қатар цифрлық hard пен soft блоктары, жұмысшы топтар құрылды. Кейін бұл блоктар тестілеу облыстарындағы стандарттар мен қағидаттарды, AMS, шиналық чиптарды, жүйелік сатыдағы IP және жобалауды дамытып, қорғауға алды.
VSIA стандарттары мен қағидаттары дүние жүзiндегі алып компанияларында пайдаланылды, IP блоктарды қайта қолданудың ішкі маршруттарының негізін салды. Қайта қолданудың стандарты виртуальды компоненттер интеграциясына негізделген виртуальды ұяны (socket) немесе VC (VSIA-ның IP блоктарды қайта қолданудағы атауы) қалыптастырады.
VSIA соңғы жылдарда платформамен ішкі бағдарламалық қамсыздандыруға негiзделген жобалау түрін, IP блоктар сапасының верификациясын (Synopsys және Mentor OpenMORE - сапасы мен қағидаттарын және IP ережелерді сақтап, тексеруге негізделген) қарастыра бастағанмен, VSIA-ң атқаратын басты жұмысы іске асырылып қойған болатын.
SoC дамытуға негізделен ұйымдардың ішінде келесі ұйымдарды айтуға болады. Олар: RAPID-1990 жылдар ортасынан бастап бастапқы IP қамсыздандырушылардың коммерциялық және маркетингтік мүдделерін дамытатын ұйым, Виртуальды Компоненттер биржасы (Virtual Component Exchange) - VC сауда базасы мен заңдастырылған ұйым. Бұл тек IP блоктарды таңдап, қолдануды жеделдетті. Design and Reuse компаниясы - IP блоктерды дүние жүзі елдеріне әйгілеп, ғаламторға жариялаған. Сонымен қатар SPIRIT ұйымы - IP компоненттерін алмастыруды жеңілдетіп, XML форматтағы үйреншікті мета - мәлiметтер жазбасын дамытқан, 2003 жылы негізі қаланған ұйым. SPIRIT ұйымы 2004 жылдың соңында алғашқы стандарттарды аяқтады. Келесі маңызды өнеркәсіптік ұйымға - OCP-IP (Open Core Protocol International Partnership) жатады. Бастапқыда бұл ұйым SONICS компаниясымен құрылып, тек чиптағы шиналар стандартымен ғана айналысты. Кейін жеке меншік ұйымға айналып, OCR протоколының ерекшеліктерімен сәйкестендіріп, чиптағы IP блоктар интеграциясын дамытты.

SoC жобалауын дамытудағы үкіметтің рөлі.
SoC жобалауының дамуына көптеген мемлекеттер куә болды. Кейбір мемлекеттер өз бастамаларымен сөз сөйлеп, ұжымдық бастамаларға (өнеркәсіптік, ғылыми, басқарушы құрылымдар сатысында) қатысып, SoC жобалауымен және өндiрiсіде түп нұсқалық жұмыстарды алға бастыруға көп күш жұмсады. Төменде бiз бұл бастамалардың тек кейбiреуіне қысқаша тоқталамыз.
Алғашқылардың бiрi және бұл бастамалардың әйгілісі 1997 жылы пайда болған Элба жобасы саналды. Бұл жоба Шотландияда SoC жобалауды қолдау мақсатымен құрылып, сол кезде көп сұранысқа ие болған 1С өндірісін толықтырды. Эльба жобасы Шотландияның басты университеттерін біріктірді. Олар: Glasgow, Strathclyde, Heriot-Watt және Edinburg. Сонымен қатар жүйелік сатыда интеграциялайтын институт құрды. ISLI (Institute for System-Level-Integration) - SoC және SLI жобалау салаларында оқу мен асперантураға шақырды.
Scottish Enterprise агенеттігі ISLI өндірісімен бірге Эльба - Орталығының Ливингстонда (Шотландия) дамуына жағдай жасады. Сонымен қатар Эльба- Орталық территориясында жобалық Cadence Design Systems пен Motorola компанияларының филиялдарын қалыптастырды. Scottish Enterprise IP блоктардың саудалық базасын жасаушы Виртуальды Компоненттер биржаларының (VCX) (Virtual Component Exchange) да тууына себепші болды. Ал осы кезде IP инфраструктуралы бағдарламалық қамсыздандыруды сатумен айналысатын бағдарламалық компанияға айналды. Осылайша, Эльба жобасының мақсаты ISLI институтында білім бере отырып, Шотландиядағы SoC жобалауын дамыту болды. Эльба - Орталығында жобалық филиялдарын туғызып, VCX биржасында IP алмастыру инфраструктурасын қалыптастыруды көздеді. Бірақ бұл мақсат толғымен орындалмағанмен, Шотландиядағы SoC жобалау мен ішкі жүйелерді дамытуда біршама жетістіктерге жетті.
Өзге мемлекеттерде де үкіметтің көмегімен өзіндік жобалық шешімдер құрыла бастады. Әсіресе ғылыми бiрлестiктер мен үкiмет қолдауындағы ғылыми топтар қомегімен жүзеге асырылды. Канадада бұл іспен үкiметпен қаржыландырған, өнеркәсiптiң қатысуымен микроэлектроникада iргелi зерттеулердi қолдаған, коммерциялық емес Canadian Microelectronics Corporation компаниясы айналысты. Бұл компания кристаллдағы - жүйе (System-on-Chip) мәселесі бойынша, ұлттық, зерттеушi желi құрды. Швед үкіметі мен университеттері Стокгольмдегі Kista КТН, сонымен қатар шведтік электронды компаниялар құрған SOCWare жобасы коммуникациялық құрылғылар жобасында біршама жетістіктерге жетті.
АҚШ-та SoC жобалауының орталықтандырылған акценті болмады. Бірақ екі жобаны негізгі мысалға алса болады. Олар Pittsburgh Digital Greenhouse пен Yamacraw. Pittsburgh Digital Greenhouse жобасының мақсаты Питтсбург пен Пенсильвания өнеркәсіптері мен университеттерінің күштерін біріктіру, электронды жобалау мен бағдарламалар саласында университеттік зерттеулер мен біртума жобалардың коммерциялануын, алдыңғы қатарлы өндірістік компаниялардың дамуын қадағалау болды.
Джорджия штатындағы Yamacraw жобасы Технология Институтын (Georgia Institute of Technology) негізге ала отырып, штаттағы (негізінен Атланты аймағы) электронды жобалау өнеркәсіптерін қолдады.
Еворпада Фландрия, Бельгия графтықтарында белгілі жоба IMEC болды. Бұл жоба жергілікті үкіметпен қолданды, мақсаты микроэлектроникалы аймақтармен байланыстағы базалық және қолданбалы зерттеулерді жүргізу, KU Leuven сияқты басты университеттермен жұмыс жасау, Target Compilers, CoWare, PowerEscap және т.б жобалау технологиясы саласындағы жаңадан пайда болған компанияларды қолдау болды. Азия (Asia-Pacific) Японияда бірнеше ірі жобалар жұмыс істейді. Бұл жобаларға Тайваньдағы ITRI (Industrial Technology Research Institute) институтымен қорғалған, үкіметпен қаржыландырылатын IP Gateway жобасы жатады. Бұл жобаның мақсаты Тайваньдағы көпшілік жобалық фирмалардың арасында IP базасындағы жобалауды жеделдету болып табылады. Тайвань тек өндіру (pure-play) саласында фабрикаларымен (TSMC және UMC) алдыңғы қатардағы мемлекет. Ал Кореяда SIPAC (System Integration and Intellectual Property Authoring Centre) жобасымен танылған.
Қытайдағы мемлекеттің экономикасының дамуы мен жеке аймақтар арасындағы бәсекелестік әр түрлі IP жобалау базаларын (IP Design Bases) қалыптастырды. Шанхай мен Пекинде 1С жобалауымен айналысатын жаңа компаниялар (startups) мен жобалаушы мамандарды біріктірді. Қытайда SoC жобалауымен айналысатын көптеген коммерциялық және ғылыми- зерттеу жобалары бар. Соның ішінде Cadence компаниясымен құрылған Пекиндегі жобалау университетін, Fudan, Шанхай, Tsinghua, Пекин қалаларынығ негізгі университеттеріндегі түрлі бағдарламаларды айтуға болады. Японияда үкіметтің шешімімен STARC (Semiconductor Technology Academic Research Centre) Ғылыми Орталығы құрылып, Японияның алдыңғы қатарлы фирмалары мен университеттерінің мүддесіне сай SoC жобалау технологиясын дамытуға арналған Ұлттық Бағдарлама жасалды. Бұл бағдарламаның мақсаты SoC жобалауының жаңа әдіснамасы мен тиімді әдістерін ойлап табу болды. Бағдарлама бойынша 2010 жылға дейін IP блоктарды 99% шамасында қайталап қолдана отыра, SoC жобалау өнімділігін 100 рет ұлғайтуға негізделді [5].
Бұл жобалардың негізгі ерекшелігі болып SoC жобалау өндірісін дамытып, инфраструктураларын құрыудағы үкіметтің қолдауы мен қаржыландыруы, сонымен қатар ғылыми-зерттеу институттары мен өндірістік кәсіпорындардың бірігіп жұмыс атқаруына себепші болуына негізделген. Шотландия, Европа, Канада, АҚШ, Япония, Корея, Тайвань және Қытай мемлекеттерінде де SoC жобалауы үкіметпен тікелей қорғалады.
Осы негізде Ресейде де радиоэлектронды аппаратуралар мен қазіргі заманғы SoC жобалауының инфраструктурасы осылайша дамыды [6, 7, 8]. Жобаланған инвестициялақ жобалар мен НИОКР-да соңғы 2-3 жылда көп сатылы базалық Жобалау Орталығы құрылады деп күтілуде.
Айтылған SoC жобалау инфраструктурасын жасауды жеделдету осы бағытқа алдыңғы қатарлы радиоэлектронды өнеркәсіптер, РАН институттары сонымен қатар тікелей үкіметің көп күш жұмсауын қажет етеді. Тек сол кезде Ұлттық бағдарлама мен SoC жобалауының жүзеге асырылуы жақыт уақытта өз шешімін табатын болады.

SoC жобалауындағы негізгі мәселелер
Соңында қазіргі заманғы SoC жобалауының негізгі мәселелеріне тоқталып кетейік.
:: Технология мүмкіншіліктерінің ұлғаюынан SoC жобалау стилі интеграцияланған тауар өндіруде қажетті әрі тұтынушылардың қызығушылығын арттыруда
:: Жоғарғы бір уақытты шығынмен (NRE) сәйкесінше қатерлер SoC жобалауды түрлі қосымшаларға арналған платформа түрінде жобалануы қажеттіліген айқындайды
:: SoC жобалауы IP блоктарын бірнеше қайтара қолдану арқылы ғана жүзеге асады. Қайта қолдану жобалауға әр кез жаңа әдістер мен стандарттарды кірістіруді қажет етеді
:: SoC жобасымен байланысты жобалаушы мамандарды жаңа жобалау пәндеріне, жаңа әдістерге оқыту қажет болды. Үкметтің, өнеркәсіптер мен ғылыми мекемелердің бірігіп жұмыс атқаруынан, орташа және кіші жобалық фирмалардың дамуы, SoC жобалауы оқытылатын институттар мен университеттердің мәселелері, жаңа инфраструктураның жедел жасалуымен шешімін табады.
:: SoC жобалауы барлық мемелекеттерде таралған, дегенмен, ұлттық және аймақтық Жобалардың жетістіктері ғана жеке мемлекеттерде дамуын айтарлықтай жеделдетеді. Бұл жобалардың ішінде де ұлттық және аймақтық университеттердің мүмкіншіліктерін, жергілікті жобалу мәдениетін, SoC өндірісі мен жобалауында жергілікті инфраструктура ерекшеліктерін жетік қамтығандары ғана қолданысқа ие болады.

Әдебиеттер

1. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), 2001 edition and subsequent updates (2003).
2. R. Goering, Design rense will cnt costs in half, study says, ЕЕ Times, September 28, 1998.
3. Virtnal Socket interface Alliance, on the web at URL: httpwww.vsia.org. This includes access to its varions public documents, including the original Rense Architecture document of 1997, as wellas more recent documents supporting IP rense released to the public domain.
4. Michael Keating and Pierre Bricaud, Reuse Methodology Manual for System-on-a-Chip Designs, Kluwer Academic Publishers, 1998 (1st. edition), 1999 (2nd. Edition), 2002 (3rd. edition).
5. http:www.starc.or.jpKaihantudev elop-ehtml.
6. Немудров В.Г., Основные проблемы, задачи и этапы формирования современной инфраструктуры проектирования СБИС система на кристалле, Электронды өнеркәсіп, 1, 2003.
7. Немудров В.Г., Малышев И.В., Проблемы разработки сверхбольших интегральных схем типа система на кристалле, Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. -- 2002, № 1,2.
8. Немудров В. Г., Малышев И. В., Состояние и перспективы отечественных разработок СБИС типа система на кристалле, Системы и средства связи, телевидения и радиовещания - 2003. № 1,2.

2-ТАРАУ
SOC ӘЛЕМДІК НАРЫҒЫ,
ЖҮЗЕГЕ АСУ АМАЛДАРЫ,
АНЫҚТАМАЛАРЫ.

SoC әлемдік нарығының дамуы

SoCәлемдік нарығының дамуындағы ең қызықты дерегі (фактісі) оның жылдам өсімі болып табылады. Қазіргі уақытта SoC нарығы ASICASSP әлемдік нарығының ауқымды бөлігін алады. Электроника саласында оның соңғы бірнеше жылдарда құлдырауына қарамастан, ағымдағы және болжамдалатынмәліметтері ASICASSP нарығының көңіл толарлықтай тұрақты өскенін көрсетеді, ал осы нарықта орын алатын SLISoC нарығының пайыздық мөлшері қарқынды өсуді көрсетеді.
1-кесте 2003 жылы маусым айында шыққан статистикалық нарық пен нарықтық болжам бойынша GartnerDataquest есеп беруінен алынған. Бұл кесте өнеркәсіптің жартылайөткізгіштік саласында әр түрлі секторларындағы кірістерін көрсетеді. GartnerDataquestSLI-ды нақты қолданбаларды және есептеудентұратын бөлігін (микропроцессор ядросы, DSP, MPEG немесе графикалық ядро), жад және бір чиптегі логиканыесептеу барысында құралған интегралдық сұлба ретінде анықтайды. GartnerDataquest аналогтық терминдер арқылы SoC-ты да анықтайды. 1-кестенің көмегімен бірнеше қызықты тұжырымдамалар алуға болады:
* ASIC және ASSP аумағындағы кірістер жартылайөткізгішті өнеркәсіптердің толық кірісінің 34% деңгейін ұстап тұрады, бірақ осы кезде ASSP-дің (application specific standard products) ASIC-ке (application specific integrated circuits) ақырындап ауысуы орын алады.
* ASIC және ASSP секторларының шегінде,2001 жылдағы 42%-дан бастап 2007 жылдағы 23-ге дейінгі, SLISoC өнімдерінің қарқынды өсімі бақыланады. 2003 жылғы ASIC+ASSP кірістерінің жартыдан көп бөлігі SLISoC-ке тиісті.
* Бұл статистика сондай-ақ жобалау тәжірибесімен де расталынады. 2001-2002 жылдары сирек ASICASSP жобасы, тіпті, бағдарламаланатын бір де бір процессор, жад және логика көмегінсіз шықты. Кесте кірістерді көрсететіндіктен, мұнда әлі де өңделу кезеңінде болған көп жобалар ескерілмеген. 2007 жылға қарай жылжысақ, ASICASSP аумағындағы барлық қызықты жобалар болашақта SLISoC жобалары болатындығын анық көреміз.

1-кесте. Әлемдік Тұтыну бағасы, 2001-2007 (миллиард доллорға шаққанда)

Қолданбалы аумақтар статистикасында қызықты қосымша ақпарат көрсетілген (2-кесте).

2-кесте. Қолданбалы аумақтар бойынша ASIC+ASSP-дің жалпы кірісіндегі SLISoC кірісі

* 2007 жылға қарай SLISoCавтомобильді аумақты қоспағанда (себебі, мұндағы негізгі талап ‒ төмен баға. Сонымен қатар, бұл аумақкөп себептерге: жобалылыққа, құнына, қолдауларға және өмірлік уақытқа байланысты аз біріктірілген) барлық қолданбалы аумақтарда басым болады.
* Тұрмыстық өнімдер SLISoC бойынша маңызды өлшемде, және 2007 жылға қарай жер-жерде солай болып қалады. SLISoC-тің артықшылықтары мөлшердің, салмақтың, тұтынылатын қуаттың кішіреюінде және қанағаттанарлықтай орындалуында болып табылады.
* Қазіргі таңда коммуникация төңірегіндегі SLISoC өнімдері көбінесе сымсыз коммуникация секторы негізіндеқұрайды; алайда бұл аймақта SoC өсімі аса үлкен емес, себебі көптеген сымдық коммуникационды өнімдер сымды желінің, әсіресе, орталық және шекті сегменттерінде интеграцияның аз ғана деңгейіне қатысты алынатын жоғары өнімділікті талап етеді.
* Индустриалды және әскериаэроғарыштық қолданбаларды өзіне қосатын басқа категориялары SLISoC стиліндегі жобалауымен толықтай жаулап алады.
Осылайша, біз SoC өсімін абсолютті кірістер терминінде, процентке шаққандағы, сонымен бірге қолданбалы аумақтардың көпшілігінде бақылаймыз. Егер біз бастама жобалардың ақпараттарына қарайтын болсақ [3], онда аналогты беталыстарды көреміз:

3- кесте:SLISoC [3] болып табылатын бастама ASIC және ASSP жобалары және ASIC пайызының әлемдік статистикасы.

* Біз мұнда 1998 жылдан 13 есе кіші деңгейдегі, 1998 жылы басталып 2006 жылға дейін созылған бастама ASIC жобалар санының абсолютті мәндерінде кішірейгенін көреміз.
* ASSPASIC жобаларымен ақырындап бірігуі, бірақ ASIC жоба да 2000-жылы максимум 6200-бен салыстырғанда ағымдағы 5000-ға дейін кішірейген және болашақта да шамамен осындай деңгейде қала береді.
* Жоғарыда келтірілген кірістер жайында деректерді растайтын SoC SLI жобасымен ASIC секторының жаулап алынуы.
* Дегенмен бұл есеп беруде GartnerDataquest SLISoCкатегориясына түсетін ASSP бастама жобаларының бағалау пайызының статистикасын келтірмейді. Өзіне құрылған процессорды (кем дегенде бір), жадты және логиканы енгізбейтін қызықты ASSP жобасының саны жоғары қарқынмен кішірейеді.
Дегенмен әлемдік аймақтар SLISoC жобалау үлгісін әр түрлі қабылдайды, жақын арадағы GartnerDataquest [4] өткізген Европа, Таяу Шығыс және Африка аймақтарын зерттеу жүйелік деңгейдегі (SLI) жоба пайызы жобалардың жалпы санынан артуының жалғасуын көрсетеді. [4]-те бұл пайыз 2001-жылы 23%-дан 2002-жылы 30%-ға дейін артқаны хабарланады. GartnerDataquest көрсеткендей, SLISoC жобаларының саны 7%-ға артқан, сол уақытта жобалардың жалпы саны 12%-ға төмендеген.
Осылардың негізінде интегралды сұлбаларды (IC) жобалау салаларының өсімі SoC жобаларының өсіміне тоқталатыны анық байқалады. Сонымен қоса SoC зерттеудің жаңа аймақтарының пайда болуына әкеледі, соның ішінде тұғырнамалық (платформалық) жобалау сияқты жобалаудың жаңа үлгілері және кіріктірме қолданбалар. International Business Strategiesесеп беруіне сәйкес, IC нарығындағы [5] басты беталыс (тенденция) ICжабдықтаушыларының неғұрлым жоғары деңгейге, тұғырнамалық жағдайға, қолданбалар ортасына біртіндеп ауысуы болып табылады.Тұғырнамалық деңгейдегі жағдайға ауысу IC жабдықтаушыларынан бағдарламалық қолдауға не ішкі белсенділік негізінде, не стратегиялық серіктестермен ынтымақтастық жолымен рұқсат алуды талап етеді. IBS тағы былай толықтырады: логика, жад блоктары, AMS интерфейстері арқылы бағдарламаланатын процессор ядросын біріктірумен қорытындыланатын архитектуралық тәсіл тұғырнама негізінде мамандандыруға (customization) ауысуды білдіреді және осы аймақта жақын арадағы екі-бес жыл шамасында айтарлықтай ілгерілеу күтіледі.

SoC жобалауындағы негізгі мәселелер
SoC жобалауы IC жобалауының негізгі парадигмасына айналғанына қарамастан, оның көптеген өзіндік мәселелері бар. ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) жобасы ASICSoC [6] үшін келесі талаптарды қалыптастырды:
* Шағын (портативті) және сымсыз құрылғылар аймағындағы басты талап қуат тұтынуды азайту болып табылады, себебі, ол SoC бірігуіне (DSP, MPU, IO, IP және т.б.) алып келеді.
* Кең жолақты желілерде (broadband) ‒ логикалық элементтердің көп мөлшері (gates), жоғары сенімділік, және ең бастысы, SoC жүзеге асырылуы.
* Коммутациялар топтамасы (internet switching) айналасында ‒ логикалық элементтердің көп мөлшері (gates), жоғары сенімділік, және ең бастысы, маманданған функцияларды жүзеге асыру үшін қайта бағдарламалайтынмүмкіндігі бар қосымшаға ие SoC жүзеге асырылуы.
* Тұрмыстық электроника ‒ қайта бағдарламалайтын мүмкіндігі бар жоғары деңгейдегі өнімдер, дей тұрғанмен негізінен ASIC-ті қолдану, SoC-ті қымбат (high-end)3D графикаларын өңдеу үшін, мәліметтерді параллельді өңдеу үшін, т.б. ядролары бар сандық өнімдерде анағұрлым кең пайдалану.
* Компьютер аймағында негізінен‒ коммерциялық ауқымда (off the shelf) шығарылатын MPU және IO ядролары негізінде мамандандандырылған SoC-бірлесуі.
* Автомобильді салада негізінен ‒ ASSP, бірақ сонымен қатар RTOS ядросы мен кіріктірме бағдарламалары бар стандартты аппарат платформаларының көмегімен SoC-тің қымбат (high-end) өнімдерде қолданылуының кеңеюі.
Қазіргі уақытта SoC үшін мыналар қиын мәселелер болып табылады:
* Платформалық жобалаудың және құрылым интеграциясының (fabric) бағдарламаланатын логикамен қолданылуын талап ететін жобалау өнімділігінің 100%-дан артық жақсаруы
* Тұтынылатын қуаттың азаюы, әсіресе азқуатты сымсыз және мультимедиялық қолданбалар жағдайында.
* Жүйелік деңгейде, MEMS және оптоэлектрониканы қосқанда, әр түрлі технологияның интеграциясы
* Өзінде тестті қайта қолдану мүмкіндігі мен аналогті-санды BISTболуы қажет SoC тестілеу әдістемесінің дамуы
SoC-жобалануының ITRS белгілеген спецификалық өзекті мәселелерінің тізімі едәуір үлкен:
* Жобалаушылардың өнімділігі
* Қуатты басқару
* Өндірісті біріктіру (интеграциялау)
* Шу мен кедергілерді бір деңгейге шектеу және т.б.

Жобалау үрдісіне қатысты мәселелер қатарына мыналарды жатқызу керек:
* Жүйелік қиындықтар мен транзизторлар санының артуы
* Өнімнің құрылу уақытының қысқаруы (time-to-market)
* Жобалану өнімділігі мен жобалау үрдісінің жүйелі түрде жақсаруы
Жүйелі деңгейдегі жобалау мәселелеріне мыналарды жатқызу керек:
* Барынша жоғары деңгейдегі спецификациялар және абстракциялармен жұмыстың технологиясын талап ететін жүйелік қиындықты, динамикалылық пен жүйелік жобаланудағы икемділікті, жүйелік деңгейде қайта қолдану мүмкіндігін, жобалану кеңістігін зерттеу, эффективті тәртіпті синтез, сондай-ақ SW құрастырмасы (компиляциясы)мен интерфейстердің автоматты синтезін;
* Жүйе тұтынатын қуаттың азаюы;
* Бірлескен жобалауда жаңа тәсілдемелерді талап ететін (codesign) әр түрлі технологиялардыңинтеграциясы; аналогтық сұлбаларды аналогтік тәртіптік үлгілеу мен синтезді талап ететін масштабтаудың мүмкін еместігі және әр түрлі құрылымдар негізінде (fabric) жоғарыдан-төменге қарай (top-down) жүзеге асуды жоспарлау;
* Жоғары бағдарламаланатын тұғырнама (платформа) негізіндеSW-SW бірлескен жобалауын талап ететін кіріктірме бағдарламалар, сондай-ақ бірнеше есептеу модельдерін қолдауға арналған жүйелер мен абстракциялар күйін сақтау парадигмасы;
* Тестілеуі бар анықтау (верификация)байланыстарының орнатылуы және жобалаудың, тестілеу мен анықтау (верификация)архитектурасының бірігуіне (интеграциясына) бағдарланған түрін қоса есептегенде, әр түрлі мәдениеттерінің қосылуы; сонымен қатар жобалаудың сан алуан тәжірибелерімен мәдениеттерінің қосылысына деген жобалық топтардың қабілеттілігі (Марстан HW жобалаушылары,Шолпаннан SW жобалаушылары ... және осы екі әлем бір-бірімен қақтығысады).
Ұзақ уақыттық жүйелік жобалау аумағындағы мәселелерге мыналар жатады:
* Орталық бөлігін коммуникациялар алатынжобалау;
* Қуатты жүйелік деңгейде басқару (65 нм-ден асқан кезде қуатты пайдалану тұрғысынан түбегейлі шектелу болады);
* Сан алуан технологиялардың үзіліссіз бірігуі (интеграциясы),соның ішінде электр-химиялық, электр-биологиялық, нано-технологиялық және т.б.
Логикалық, сұлбалық және физикалық жобалау міндеттеріне төмендегілер кіреді:
* тиімді және болжалдық жүзеге асыру, соның ішінде масштабталатын, реттелген талдау және оңтайландыру, топология элементтері арасындағы барлық қосылуларды бағалауболжау мен жоспарлау; синхрондалу, ғаламдық сигналдарды тарату, әр түрлі құраушылардан жүйелер құрастыру, сондай-ақ анықтау (верификация) мен тестілеу байланысы:
* өндірістің анықтау (верификация) құралдары мен уақыттық кідірістерінің санақтық (статистикалық) талдауы, сонымен қатар пішін-фотошаблондарды жақсарту технологиясын қоса алғанда, өндіріс арқылы жобалаудың интерфейсі (RET);
* құрылғылардың идеалды емес ауқымдылығын және транзисторлардың санын арттыру;
* Микросұлбаларды жобалау барысында құралдар аймағында жаңарташыл (инновационды) ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.