| |
Арно Рудольф
Все меняется в эпоху SOC
Изменения в подходах и методах разработки сложных систем, происходящие сегодня,
затрагивают буквально всех — системных разработчиков, разработчиков и производителей ASIC-
(Application Specific Integrated Circuits) устройств, EDA- (Electronic Design Automation) компании,
а также в не меньшей степени и конечных потребителей. Так, для специалистов по ASIC все чаще используемое
понятие однокристальной системы — SoC (System on chip) — означает, что подготовка к безболезненной интеграции
внутренних, внешних продуктов (или виртуальных компонентов) заказчика, а также разработок, являющихся его
интеллектуальной собственностью (Intellectual Property — IP), становится не менее важной, чем, скажем,
ориентация на самые передовые технологии производства.
Однокристальные системы
Понятие однокристальной системы (SoC), строго говоря, не является чем-то абсолютно новым.
Производители полупроводников уже используют его на протяжении ряда лет для обозначения матриц
простых вентильных структур для RAM, ROM и макросов типа умножителей или приемопередатчиков (UART).
Но лишь с момента перехода разработчиков на высокоуровневые языки программирования и RTL (Register
Transfer Language) стало возможным значительное повышение вложенности и сложности систем.
В принципах и подходах разработка ASIC сегодня переживает настоящий переворот, становясь с
использованием готовых функциональных модулей все более системно-ориентированной при непрерывном
росте сложности схем, что стало возможным с началом освоения 0,35-мкм технологии. К примеру, фирма
Fujitsu уже сегодня предлагает плотность упаковки до 2М вентилей в своей серии 0,35-мкм БИС CE61.
При этом 0,25-мкм ASIC-технология позволяет разместить в корпусе со стороной 16 мм до 6М вентилей,
а 0,18-мкм — более 10М!
Все это приводит к тому, что процесс разработки обычными методами и, как следствие, появление
конечных продуктов уже начинают отставать от стремительно развивающихся потребностей реального рынка.
И ориентация на традиционный VHDL/VERILOG-подход при разработке ряда сложных устройств неминуемо
приводит к упущению рыночных возможностей. Единственный выход из создавшегося положения — создание
новых методов разработки на основе более высокой степени абстракции, с использованием предварительно
определенных виртуальных компонентов с известными параметрами или IP.
А в среде крупных производителей полупроводников в последнее время все отчетливей прослеживается
тенденция к переходу от функциональности, изначально заложенной производителем, к системному
консалтингу и IP-интеграции, превращение “кремниевых фабрик” в провайдеров интегральных продуктов.
Безусловно, традиционное кремниевое производство пока сохранится, но его потребителям придется самим
решать вопросы, связанные с применением IP, их интеграцией и т. п.
Страх перемен
Как и в случае с любыми другими изменениями, вначале имеет место значительное сопротивление
со стороны непосредственных пользователей новшеств. Одним из часто приводимых ASIC-разработчиками
аргументов “против” — опасение потерять ноу-хау. Эту же причину обычно выдвигают производители
полупроводников и систем EDA при продвижении на рынок разработок в виде вентилей (вместо транзисторов)
и систем симуляции на уровне вентилей (вместо использования, например, пакета Spice). Однако если
внимательнее приглядеться к изменениям, происходящим в деятельности разработчиков при переходе на
новые принципы работы, все опасения исчезнут. Ответственность за функционирование технологии теперь
переходит к производителю. А ноу-хау пользователя при новом подходе просто реализуется на более высоком
уровне: на уровне системной архитектуры, а не схемной реализации проекта. ASIC-дизайнер, начинающий
работать по новым правилам, быстро теряет привычку к использованию более сложных и специализированных
компонентов, а не тех, что уже разработаны и оптимизированы другими специалистами: управляющих
контроллеров, цифровых сигнальных процессоров, ЦАП и АЦП. Ибо какой смысл постоянно вкладывать средства
в разработку одного и того же?
Факты говорят сами за себя. Если необходимо соответствовать быстро изменяющимся потребностям рынка,
нельзя тратить годы в тестировании на соответствие стандартам. На это был затрачен труд других специалистов.
К примеру, модули PCI, SCSI, IEEE1394 и т. д. уже сейчас предлагаются фирмой Fujitsu в виде виртуальных
компонентов. Более сложные интегральные продукты типа MPEG2-декодера или DSP-ядра также могут быть
лицензированы на основе тех же принципов. В ближайшем будущем ожидается резкое расширение закупок
ноу-хау в форме VC/IP для их применения в качестве строительного материала в SoC.
Существенным показателем всякого вновь создаваемого электронного функционального блока будет уже
не столько то, насколько искусно он спроектирован, сколько каким образом он соответствует требованиям
целой системы. Результатом может оказаться (возможно, не-ожиданно для его создателя) классический
ASIC-продукт, т. е. используемый внутри лишь одной компании-производителя, что вполне естественно,
если основной целью и было создание такого изделия или же защита схемотехнических секретов
разработчика.
В противоположность вышеописанному это может быть и вариант стандартного блока, иными словами,
ASIC, разработанный для применения другими. Преимущества такого подхода в том, что за счет
значительно большего объема сбыта появляется возможность снижения стоимости модуля или полного
удовлетворения потребно-сти в нем какого-то отдельного направления деятельности при спрогнозированном
спросе. В данном случае такая компания-разработчик уже на пути к тому, чтобы стать IP-провайдером.
Движущие силы
В реальной жизни движущая сила любого процесса часто находится за его пределами.
Полупроводниковая промышленность выпускает все больше продуктов, но в конце концов всегда требует
все новых и новых рынков для того, чтобы окупить вложения в научные исследования, процессы разработки
и производства по субмикронным технологиям. А EDA-компании со своей стороны предлагают все более и
более высокие уровни абстракции описания проектов и системной симуляции, давая в руки системного
архитектора инструментальные средства, позволяющие реализовывать на практике самые смелые замыслы,
несколько лет назад казавшиеся прямо-таки безумными, которые также требуют более совершенную
технологическую базу.
Таким образом, получается замкнутый круг… Почти. Никогда не следует забывать и того, кто за все
это в итоге платит, — конечного потребителя. Тем более, если вспомнить, что наибольшее применение
однокристальные системы нашли в областях, лишь совсем недавно ставших реальностью: мультимедиа,
мобильных коммуникациях.
Открытие системными пользователями для себя IP-продуктов из других рыночных сегментов и попытки
применения их в своей области деятельности могут привести к появлению новых, неизвестных доселе
изделий и рынков. Однако, влияние непредсказуемости реакции потребительского рынка на вновь
создаваемые или потенциальные продукты может быть значительно уменьшено за счет предельно низкой
стоимости системной разработки. Последнее обстоятельство является дополнительным аргументом в
пользу сокращения цикла разработки и повышения ее гибкости на основе использования готовых
функциональных модулей.
Виртуальные компоненты
Какие же типы виртуальных компонентов (VC) уже доступны сегодня или только проектируются,
откуда их можно ожидать завтра? Во-первых, в области цифровых технологий уже существует большое
количество автономных универсальных устройств: фильтров, сигнальных процессоров, универсальных
контроллеров, периферийных интегральных модулей, АЦП и ЦАП. Вместе с тем на рынке присутствуют
многопрофильные производители, поддерживающие разработки для самых разных областей применения.
К примеру, фирма Fujitsu открыла для себя широкую сферу деятельности в области ASIC-разработок в
Европе, включая аналого-цифровые устройства, микроконтроллеры, высокочастотные и сетевые продукты.
Долгое время приоритетным направлением деятельности Fujitsu были разработка и производство
устройств памяти, что позволило создать совершенно новый тип изделия — DRAM ASIC, дающее
возможность интегрировать в ASIC-системы блоки памяти DRAM емкостью по 8 Mбит (на базе
технологического процесса 64-Mбит DRAM). Таким образом, для ряда направлений разработки законченных
систем могут быть проведены и самими производителями VC-компонентов. В других областях, например
DSP-процессорах, необходима кооперация с так называемыми IP-провайдерами, среди которых можно
упомянуть ARC, лицензированного Fujitsu и рядом других компаний, предлагающий гибкое и наращиваемое
RISC-ядро, легко адаптируемое под конкретные системные требования.
Как видно из последнего примера, развитие событий в области разработки привносит в жизнь
не только новые разновидности компонентов, но и новые типы компаний — IP/VC-провайдеры,
предлагающие не законченные изделия в общепринятом смысле, а некую разновидность Software.
Третий, не менее важный источник VC — существующие модули и блоки самих системных пользователей,
хотя понятие IP-собственности в данном случае не всегда очевидно, что подтверждается множеством
дискуссий, возникающих вокруг права вторичного использования разработок.
Следует отметить: даже будучи виртуальными, компоненты стоят вполне реальных денег, и
необходимо привыкнуть к мысли, что, скажем, стоимость 200-Msps 10-разрядного ЦАП все равно будет
ощутима и в составе ASIC-системы. Но несомненно то, что она будет значительно ниже цены его
дискретного аналога, поскольку классическая формула “стоимость ИМС складывается из мировых цен
на кремний, стоимости совокупного времени разработки и корпусирования” уже не работает.
Стандарты
Для того, чтобы интегральные продукты разных производителей могли легко интегрироваться
в единую систему, необходимо проведение хотя и рутинной, но чрезвычайно важной работы по подготовке
стандартов и инструментальной базы.
Именно с этой целью и был создан альянс VSIA — Virtual Socket Initiative Alliance, одним из
основателей которого выступила фирма Fujitsu. К настоящему времени более 150 институтов и компаний,
представляющих значительную часть продукции на рынке полупроводников, уже приступили к проведению
совместных семинаров с целью объединения своих усилий в этом направлении.
Резюмируя все вышесказанное, можно с уверенно-стью утверждать, что кардинальные изменения в
области ASIC-разработок уже не за горами.
Центр разработок ASIC
Fujitsu Mikroelektronic
Перевод А. Щербакова
|
