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IC设计业面临NoC产品设计难题

已有 1528 次阅读| 2011-1-5 20:13 |个人分类:技术发展

记得三四年前,IC设计业为了小型化趋势与低耗潮流,开始了SoC(System on a Chip)产品设计阶段。那个时候,SoC代表着集成电路向集成系统转变的大方向。

SoC通常指在单一芯片上实现的数字计算机系统。该系统应包含两个基本部分:硬件部分和软件部分(主要指操作系统)。SoC是在ASIC的基础上发展起来的电路,又与ASIC完全不同,具有很多独特的优点,是当代集成电路体系结构的主流。

总线结构是SoC的主要特征,基于片上总线的SOC设计技术解决了大规模集成电路的设计难点,但是片上总线的应用带来了可扩展性差、平均通信效率低等问题。随着半导体工艺技术的持续发展,出现了两关键的问题,即有限地址空间和无法支持两对及以上用户同时通讯等结构性问题。

随着电路规模越来越大,片上集成的单元越来越多,数据处理量也越来越大,总线结构的可扩展性差的问题就越来越突出:虽然总线可以有效地连接多个通讯方,但地址资源总是有限的。有限的地址资源将成为扩大电路规模的瓶颈。另外虽说总线由多用户共享,但一条总线是无法支持一对以上的用户同时通讯的,传统总线结构的时间资源利用率是很低的。
 
         传统的总线方式已经造成了混乱

为了解决上述问题,近几年科学家提出了全新的集成电路体系结构NOC(Network on a chip),是将计算机网络技术移植到芯片设计中,从体系结构上彻底解决了SOC设计技术存在的问题。因此,NOC将成为集成电路下一代主流设计技术,而此时业界已经进入了多核SoC时代。

 
     新的结构与通信原理令设计赏心悦目

按照不同的片上互连方式,多核SoC可分为两大类:传统的基于总线的互连和基于网络的互连。前者是现有SoC的扩展,通过多总线及层次化总线等技术使得片上集成更多的处理器核,从而实现高复杂度和高性能;而后者是近些年提出的崭新的概念,即多处理器核之间采用分组路由的方式进行片内通信,从而克服了由总线互连所带来的各种瓶颈问题,这种片内通信方式称为片上网络(NoC)。

基本概念是,NoC是指在单芯片上集成大量的计算资源以及连接这些资源的片上通信网络。NoC包括计算和通信两个子系统,计算子系统完成广义的“计算”任务,PE(Processing Element)既可以是现有意义上的CPU、SoC,也可以是各种专用功能的IP核或存储器阵列、可重构硬件等;通信子系统负责连接PE,实现计算资源之间的高速通信。通信节点及其间的互连线所构成的网络被称为片上通信网络(On-Chip Network, OCN),它借鉴了分布式计算系统的通信方式,用路由和分组交换技术替代传统的片上总线来完成通信任务。

而在这一转变过程中,诸多IC设计公司一下子失去了前进的动力,因为解决在IC设计过程中的难题变得异常复杂艰难,因此这里产生了商机。

Sonics公司是一家位于硅谷的创新公司,在成立的1996年SoC产品还没有大量普及,到了2000年前后它敏锐地发现了SoC将向NoC转变过程中的商机并开始着力研究。
据Sonics公司首席执行官Grant A Pierce先生介绍,目前该公司可以为SoC设计人员提供强大的智能化片上通信解决方案,对于带先进语音、数据和视频功能的SoC,比如用于家庭娱乐、联网、无线和移动设备的SoC,Sonics的产品能够优化存储器访问,无缝管理片上网络流量,提升系统性能并降低功耗。依靠广泛的经过验证的IP,Sonics可以帮助设计人员消除与高速SoC设计相关的存储器瓶颈,同时简化和统一数据流,并解决片上网络长期存在的挑战。


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