Sistema en chip para soc

System on Chip, denominado Soc, también conocido como system on chip. En un sentido estricto, es la integración del chip central del sistema de información, que integra los componentes clave del sistema en un chip; en un sentido amplio, el SoC es un sistema pequeño si la unidad central de procesamiento (CPU) es el cerebro. Entonces, un SoC es un sistema que incluye el cerebro, el corazón, los ojos y las manos. Los círculos académicos nacionales y extranjeros generalmente tienden a definir SoC como un microprocesador, núcleo IP analógico, núcleo IP digital y memoria (o interfaz de control de memoria fuera del chip) integrados en un solo chip. Generalmente está personalizado para propósitos específicos o es un producto estándar. .

Los elementos básicos de la definición de SoC incluyen principalmente dos aspectos: uno es su composición, y el otro es su proceso de formación. El sistema en chip puede estar compuesto por un módulo lógico de control del sistema en chip, un módulo central de CPU con microprocesador/microcontrolador, un módulo DSP de procesador de señal digital, un módulo de memoria integrado y un módulo de interfaz de comunicación externa. El módulo frontal analógico incluye ADC/DAC. fuente de alimentación y El módulo de administración de energía, para SoC inalámbrico, también tiene un módulo frontal de radiofrecuencia, lógica definida por el usuario (que puede implementarse mediante FPGA o ASIC) y un módulo microelectromecánico. Más importante aún, el chip SoC tiene un chip básico. software (software de aplicación como RDOS o COS) integrado en él) módulo o software de usuario cargable. El proceso de formación o generación de chips a nivel de sistema incluye los siguientes tres aspectos:

1) Codiseño y verificación de software y hardware basados ​​en sistemas integrados monolíticos

2) Área lógica; tecnología de reutilización Aumente efectivamente la relación de uso y capacidad, el desarrollo y la investigación de la generación de núcleos IP y la tecnología de reutilización, especialmente la aplicación repetida de integración de módulos de memoria de gran capacidad

3) Submicrónica ultraprofunda (; VDSM). Teoría y tecnología de diseño de circuitos integrados en micrones (VDSM) y nanómetros.

Tecnologías clave de diseño de SoC

Las tecnologías clave de SoC incluyen principalmente tecnología de arquitectura de bus, tecnología de reutilización de núcleos IP, tecnología de codiseño de software y hardware, tecnología de verificación de SoC, tecnología de diseño medible y bajo consumo de energía. Es un tema interdisciplinario que incluye tecnología de diseño de consumo, tecnología de implementación de circuitos submicrónicos ultraprofundos e incluye el trasplante, desarrollo e investigación de software integrado SoC es la abreviatura de System on Chip. se traduce como "sistema en chip", a menudo denominado "sistema en chip". Debido a que se trata de "chips", SoC también refleja la conexión y diferencia entre "circuitos integrados" y "chips". Su contenido relacionado incluye diseño de circuitos integrados, integración de sistemas, diseño de chips, producción, embalaje, pruebas, etc. Similar a la definición de "chip", SoC enfatiza un todo. En el campo de los circuitos integrados, se define como un sistema o producto formado por la integración de múltiples circuitos integrados con funciones específicas en un solo chip, incluido un sistema de hardware completo y El. software integrado que lleva.

En otras palabras, un chip puede completar las funciones de un sistema electrónico. En el pasado, este sistema a menudo requería una o más placas de circuito, así como varios dispositivos electrónicos y chips en las placas de circuito. sólo se puede lograr con la cooperación de la interconexión ***. Cuando hablamos anteriormente de circuitos integrados, mencionamos la integración de edificios a bungalows, y SoC puede verse como la integración de ciudades a edificios, hoteles, restaurantes, centros comerciales, supermercados, hospitales, escuelas, estaciones de autobuses y una gran cantidad de; Se agrupan las residencias. Constituye la función de una ciudad y satisface las necesidades básicas de alimentación, vivienda y transporte de las personas. En la actualidad, SoC se trata más de la integración de procesadores (incluidos CPU, DSP), memoria, varios módulos de control de interfaz y varios buses de interconexión. Su representante típico son los chips de teléfonos móviles (consulte la introducción del término "chip de terminal"). En la actualidad, el SoC aún no ha llegado al punto en que un solo chip pueda realizar un producto electrónico tradicional. Se puede decir que el SoC actual solo realiza las funciones de una ciudad pequeña y no puede realizar las funciones de una ciudad.

SoC tiene dos características distintivas: primero, el hardware es enorme, generalmente basado en el modo de diseño IP; segundo, el software es relativamente grande y requiere codiseño de software y hardware. En comparación con las zonas rurales, las ciudades tienen ventajas obvias: instalaciones de apoyo completas, transporte conveniente y alta eficiencia.

SoC también tiene características similares: se integran más circuitos de soporte en un chip, lo que ahorra el área del circuito integrado y, por lo tanto, ahorra costos, lo que equivale a mejorar la tasa de utilización de energía de la ciudad; a la autopista de la ciudad Con alta velocidad y bajo consumo, la información originalmente distribuida en la placa de circuito se transmite entre varios dispositivos. Concentrado en el mismo chip, es equivalente al lugar al que solía llegar en autobús de larga distancia. Ahora se ha trasladado a la ciudad, basta con tomar el metro o BRT, que obviamente es mucho más rápido para la industria terciaria de la ciudad; se ha desarrollado y su competitividad es más fuerte, y el software en el SoC es equivalente al negocio de servicios de la ciudad. No solo el hardware debe ser bueno, sino que el software también debe usarse para hacer uno; una cosa hoy y otra cosa mañana. El mismo conjunto de hardware se puede utilizar para hacer una cosa hoy y otra mañana, lo cual es similar a la asignación y programación de los recursos sociales de la ciudad y la mejora de su utilización. Se puede ver que SoC tiene ventajas obvias en términos de rendimiento, costo, consumo de energía, confiabilidad, ciclo de vida y alcance de aplicación, por lo que es una tendencia inevitable en el desarrollo del diseño de circuitos integrados. Actualmente, SoC ha tomado una posición dominante en el campo de los chips terminales que son sensibles al rendimiento y al consumo de energía, y sus aplicaciones se están expandiendo a una gama más amplia de campos. Realizar un sistema electrónico completo en un solo chip es la dirección de desarrollo futuro de la industria de los circuitos integrados. 1) Gestión de objetos de seguridad

2) Gestión de vulnerabilidades

3) Gestión de riesgos

4) Gestión de eventos

5) Gestión de redes

6) Alertas de seguridad y gestión de alarmas

7) Gestión de políticas de seguridad

8) Gestión de órdenes de trabajo

9) Canal de base de conocimientos

10) Gestión de la toma de decisiones asistida por expertos

11) Gestión de informes

12) Gestión jerárquica

El sistema se puede dividir en tres partes principales: Servidores, agentes y bases de datos. El Agente es responsable de recopilar todos los eventos de seguridad de la red en la red y enviarlos al Servidor después del procesamiento previo (recopilar, filtrar y fusionar los eventos de seguridad originales). El Servidor es responsable del análisis centralizado, la respuesta, la salida visual y las recomendaciones de expertos; ; DataBase es responsable de almacenar de forma centralizada los eventos de seguridad preprocesados. El desarrollo de circuitos integrados tiene una historia de 40 años. Ha seguido las reglas señaladas por Moore y ahora ha entrado en la etapa submicrónica profunda. Las exigencias del mercado de la información y el propio desarrollo de la microelectrónica han desencadenado el desarrollo de diversas tecnologías de integración de procesos y sistemas en chip orientados a aplicaciones, que se caracterizan principalmente por el micromecanizado (reducción continua del tamaño de las características de los circuitos integrados). . A medida que la industria de los semiconductores entra en la era del procesamiento submicrónico ultraprofundo o incluso del nanoprocesamiento, se puede implementar un sistema electrónico complejo en un único chip de circuito integrado, como chips de teléfonos móviles, chips de televisión digital, chips de DVD, etc. Se espera que en los próximos años se puedan implementar cientos de millones de transistores y decenas de millones de puertas lógicas en un solo chip. La tecnología de diseño SoC (System-on-Chip) comenzó a mediados de la década de 1990. Con el desarrollo de la tecnología de procesos de semiconductores, los diseñadores de circuitos integrados pueden integrar funciones cada vez más complejas en un solo chip de silicio. de transformación de circuitos (IC) a sistemas integrados (IS), Motorola lanzó el sistema FlexCore en 1994. El sistema FlexCore lanzado por Motorola en 1994 (utilizado para crear microprocesadores personalizados basados ​​en 68000 y PowerPC) y el SoC diseñado por LSILogic para Sony en 1995 pueden ser los primeros diseños de SoC reportados basados ​​en núcleos IP (propiedad intelectual). Debido a que SoC puede aprovechar al máximo la acumulación de diseño existente y mejorar significativamente las capacidades de diseño de ASIC, se ha desarrollado muy rápidamente y ha atraído la atención de la industria y la academia.

SOC es una tendencia inevitable en el desarrollo de circuitos integrados, una tendencia inevitable en el desarrollo tecnológico y una tendencia inevitable en el desarrollo futuro de la industria de los circuitos integrados.

Integración de sistemas de tecnología de procesos de semiconductores

La integración de sistemas de software y sistemas de hardware reduce el consumo de energía

Reduce el volumen

Aumenta las funciones del sistema

Mejora Velocidad

La integración de funciones del sistema que ahorra costos es la tecnología central de SoC

En el diseño de sistemas electrónicos de aplicaciones tradicionales, los módulos funcionales de todo el sistema deben sintetizarse de acuerdo con los requisitos de diseño. , es decir, de acuerdo con las funciones requeridas por el diseño, encontrar el circuito integrado correspondiente y luego diseñar la forma de conexión y los parámetros del circuito seleccionado de acuerdo con las especificaciones técnicas requeridas por el diseño. El resultado de este diseño es una estructura de sistema electrónico aplicado basado en dispositivos distribuidos de circuitos integrados funcionales. Que los resultados del diseño puedan cumplir con los requisitos de diseño depende no solo de los parámetros técnicos del chip del circuito, sino también de las características de compatibilidad electromagnética del diseño de PCB de todo el sistema. Al mismo tiempo, los sistemas que necesitan digitalizarse a menudo requieren la participación de microcontroladores, etc. Por lo tanto, también es necesario considerar el impacto de los sistemas distribuidos en las características del firmware del circuito. Obviamente, los sistemas electrónicos aplicados tradicionales se implementan utilizando tecnología de síntesis de funciones distribuidas.

Para SoC, el diseño de sistemas electrónicos aplicados también implica el diseño del sistema basado en requisitos funcionales y de parámetros, pero es esencialmente diferente de los métodos tradicionales. SoC no es una tecnología de síntesis de sistemas distribuidos basada en circuitos funcionales, sino un firmware de sistema y tecnología de síntesis de circuitos basada en IP funcional. En primer lugar, la realización de funciones ya no es para la síntesis de circuitos funcionales, sino para la síntesis de circuitos implementada por el firmware general del sistema, es decir, el uso de tecnología IP para combinar circuitos en un sistema como un todo. En segundo lugar, el resultado final del diseño del circuito está relacionado con los bloques de funciones IP y las características del firmware, pero básicamente no tiene nada que ver con la forma en que se divide el circuito en la placa PCB y la tecnología de enrutamiento. Como resultado, las características de compatibilidad electromagnética de los resultados del diseño mejoran enormemente. En otras palabras, los resultados del diseño están muy cerca de los objetivos de diseño ideales.

Las tecnologías clave para el diseño de SoC incluyen principalmente tecnología de arquitectura de bus, tecnología de reutilización de núcleos IP, tecnología de codiseño de software y hardware, tecnología de verificación de SoC, tecnología de diseño medible, tecnología de diseño de bajo consumo de energía y submarinos ultraprofundos. -La tecnología de implementación de circuitos micrométricos, además del trasplante de software integrado y la investigación de desarrollo, es un campo de investigación interdisciplinario emergente. La integración de firmware es la base del pensamiento de diseño de SoC

En la tecnología de diseño de integración distribuida tradicional, las características del firmware del sistema a menudo son difíciles de optimizar debido al uso de tecnología de síntesis de funciones distribuidas. En términos generales, para cumplir con la mayor cantidad de usos posible, los circuitos integrados funcionales deben considerar dos objetivos de diseño: uno es poder cumplir con los requisitos de control funcional de una amplia gama de campos de aplicación y el otro es considerar cumplir con una gama más amplia; de funciones de aplicación e indicadores técnicos. Por lo tanto, los circuitos integrados funcionales (también llamados circuitos integrados personalizados) deben tener algunos circuitos adicionales en términos de E/S y control para permitir que el usuario promedio obtenga el mayor rendimiento de desarrollo posible. Sin embargo, el diseño de circuitos personalizados no es fácil de optimizar el sistema electrónico aplicado, especialmente porque las características del firmware están bastante dispersas.

Para SoC, a partir de la tecnología central de SoC se puede ver que la idea de diseño básica de utilizar la tecnología SoC para diseñar sistemas electrónicos de aplicaciones es lograr la integración completa del firmware del sistema. Los usuarios no necesitan perder tiempo familiarizándose con la tecnología de desarrollo de circuitos personalizados. Solo necesitan seleccionar y mejorar varias partes del módulo y la estructura integrada según sea necesario para lograr una optimización integral de las funciones del firmware. La repentina ventaja de una base de firmware es que el sistema puede acercarse más al sistema ideal y los requisitos de diseño se pueden cumplir más fácilmente. Los sistemas integrados son la arquitectura básica de SoC

La arquitectura integrada se puede implementar muy fácilmente en sistemas electrónicos de aplicaciones diseñados con tecnología SoC. La implementación de varias estructuras integradas es muy simple. Siempre que se seleccione el núcleo apropiado de acuerdo con las necesidades del sistema y el módulo IP correspondiente de acuerdo con los requisitos de diseño, se puede completar la estructura de hardware de todo el sistema. Especialmente cuando se utiliza tecnología de síntesis de circuitos inteligentes, las características del firmware de todo el sistema se pueden realizar de manera más completa, acercando el sistema a los requisitos de diseño ideales. Cabe señalar que esta estructura integrada de SoC puede acortar en gran medida el ciclo de diseño y desarrollo de los sistemas de aplicaciones. IP es la base de diseño de SoC

Los ingenieros de diseño de sistemas electrónicos de aplicaciones tradicionales se enfrentan a varios circuitos integrados personalizados, mientras que los ingenieros de diseño de sistemas electrónicos que utilizan tecnología SoC se enfrentan a una enorme biblioteca de IP, todas las cuales son El diseño Todo el trabajo se basa en módulos IP. La tecnología SoC convierte a los ingenieros de diseño de sistemas electrónicos de aplicaciones en ingenieros de diseño de dispositivos electrónicos orientados a aplicaciones.

Se puede ver que SoC es una tecnología de diseño basada en módulos IP, y IP es la base de las aplicaciones SoC. Diferentes etapas de la tecnología SoC

Las distintas etapas del diseño de sistemas electrónicos de aplicaciones utilizando tecnología SoC se muestran en la Figura 1. En la etapa de diseño funcional, los diseñadores deben considerar completamente las características del firmware del sistema y utilizar las características del firmware para realizar un diseño funcional integral. La tarea de la fase de síntesis de IP es utilizar una potente biblioteca de IP para implementar la funcionalidad del sistema. Una vez completada la combinación IP, primero se debe realizar una simulación funcional para verificar si se cumplen los requisitos funcionales del diseño del sistema. Después de pasar la simulación funcional, realice una simulación del circuito para verificar si el circuito compuesto por módulos IP puede realizar la función diseñada y cumplir con los indicadores de diseño correspondientes. La etapa final del diseño consiste en realizar las pruebas correspondientes en los productos SoC fabricados para ajustar varios parámetros técnicos y determinar los parámetros de aplicación. 1. Tecnología de reutilización del diseño

El diseño de un sistema en chip a escala de un millón de puertas no significa comenzar desde cero, el diseño debe construirse a un nivel superior. Es necesario utilizar más tecnologías de reutilización de IP. Solo así se podrá completar el diseño más rápido, garantizar el éxito del diseño, obtener SoC de bajo precio y satisfacer la demanda del mercado.

La base de la reutilización del diseño es el núcleo (CORE), que es un núcleo elaborado a partir de varios circuitos de módulos de supermacrocélulas después de la verificación para su uso en futuros diseños. Hay tres tipos de núcleos, uno se llama núcleo duro y su diseño físico está asociado a un proceso específico y ha sido verificado mediante pruebas de chips. Los nuevos diseños pueden llamarlo directamente como un módulo de función específico. El segundo es un núcleo blando, escrito en un lenguaje de descripción de hardware o lenguaje C, para simulación funcional. El tercer tipo es el núcleo estable, que se desarrolla sobre la base del núcleo blando y es un núcleo blando sintetizable con función de planificación de diseño. El método de reutilización en tiempo de diseño se basa en gran medida en un núcleo sólido, que combina descripción de nivel RTL con bibliotecas de celdas estándar específicas para realizar síntesis lógica y optimización para formar una lista de conexiones a nivel de puerta, y luego utiliza herramientas de ubicación y ruta para finalmente formar la lista de conexiones requerida. núcleo duro del diseño. Este enfoque de síntesis RTL suave proporciona cierta flexibilidad de diseño para incorporar aplicaciones específicas, modificar la descripción de manera adecuada y volver a verificar para cumplir con los requisitos de aplicaciones específicas. Además, a medida que se desarrolla la tecnología de procesos, se pueden utilizar nuevas bibliotecas para resintetizar, optimizar, colocar, enrutar y volver a verificar para obtener núcleos duros adecuados para nuevas condiciones de proceso. En comparación con el método de diseño modular tradicional, la reutilización del diseño lograda por este método puede ser 2-3 veces más eficiente. Por lo tanto, antes del proceso de 0,35 um, la reutilización del diseño lograda por este núcleo blando RTL es más

. 2. Implementación de métodos integrales

Con el desarrollo de la tecnología de procesos, el submicron profundo (DSM) hace que los sistemas en chip sean más grandes y complejos. Este método de síntesis encontrará nuevos problemas porque a medida que el proceso avanza hacia dimensiones de 0,18 um o menores, no es el retardo de la puerta lo que debe procesarse con precisión, sino el retardo de la línea de interconexión. Junto con frecuencias de reloj de cientos de megabits, las relaciones de temporización entre señales son muy estrechas, lo que dificulta la reutilización del diseño mediante métodos de síntesis RTL suaves.

Con el diseño de chips a nivel de sistema como núcleo, el método de diseño pasará del diseño de circuitos al diseño de sistemas. El enfoque del diseño pasará de la síntesis lógica actual, el diseño y el enrutamiento a nivel de puerta y el post-diseño. simulación a simulación a nivel de sistema y co-simulación de software y hardware, y el diseño físico que mantiene juntos múltiples núcleos. Esto ha forzado una polarización en la industria del diseño hacia los sistemas, aprovechando la propiedad intelectual para diseñar sistemas específicos de alto rendimiento y altamente complejos. Por otro lado, el núcleo está diseñado debajo del módulo y se integra en el diseño de la capa física, para que el módulo pueda funcionar mejor y de manera predecible.

3. Tecnología de diseño de bajo consumo

Debido a que los chips a nivel de sistema integran más de un millón de puertas y funcionan a frecuencias de reloj de cientos de megabits, pueden tener decenas de vatios o incluso cientos de vatios de consumo de energía. El enorme consumo de energía genera problemas de empaquetamiento y confiabilidad en el uso, por lo que el diseño para reducir el consumo de energía es un requisito inevitable para el diseño de chips del sistema. Para reducir el consumo de energía del chip, el diseño debe partir de muchos aspectos. El 20 de agosto de 2014, el gigante nacional de televisores en color Skyworth celebró una conferencia de lanzamiento de nuevos productos en Beijing con el tema "Sea testigo del momento G" y lanzó el primer televisor GLED del mundo con alto perfil. Esta conferencia de prensa fue de peso pesado. No solo estuvieron presentes los altos líderes del Grupo Skyworth, sino también el Director Diao del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y más de 160 medios nacionales y expertos de la industria.

En la reunión, el Director Diao del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información pronunció un discurso: Skyworth y Huawei HiSilicon han formado una estrecha asociación, utilizando Huawei Hi-Tech como proyecto, y desarrollaron con éxito el primer producto de mi país. Los chips de TV inteligentes de alta gama, de desarrollo propio y producidos en masa con éxito, son superiores a los de chips similares en el mercado. Es de gran importancia cambiar la situación de falta de núcleos y pantallas en la industria de la televisión en color de mi país y mejorar la calidad. competitividad central de la industria de la información electrónica!

El 21 de agosto de 2014, "Xinwen Lianbo" informó: "El chip SOC de TV inteligente desarrollado de forma independiente por las empresas locales de mi país Skyworth y HiSilicon se ha desarrollado con éxito y se ha producido en masa por primera vez. Equipado con Este chip, el nuevo producto GLED de Skyworth. La velocidad del sistema, las capacidades de decodificación y otros rendimientos básicos han alcanzado el nivel líder en la industria de la televisión inteligente. Al mismo tiempo, se ha aplicado el proyecto "Investigación, desarrollo e industrialización del chip SOC de Smart TV". para el proyecto principal de ciencia y tecnología nacional "Dispositivos electrónicos básicos, chips generales de alta gama y productos de software básicos" (denominado "Proyectos básicos, nucleares y de alta tecnología") y el proyecto "Dispositivos electrónicos básicos, de alta". -End General Chips and Basic Software Products" se ha aplicado para los "Dispositivos electrónicos básicos, alta tecnología y grandes proyectos básicos". El proyecto se ha solicitado para el Proyecto principal de ciencia y tecnología nacional "Dispositivos electrónicos básicos, chips de uso general de alta gama y productos de software básicos" (denominado "Proyecto principal de base nuclear de alta gama con Skyworth"). HiSilicon en definición de chips, verificación de chips, investigación y desarrollo de máquinas completas de chips e industria y lleva a cabo una cooperación profunda en áreas centrales como la cultura. El primer lote de 4000 nuevos productos de la serie Skyworth G8200 equipados con este chip se lanzó oficialmente el 20 de agosto de 2014.