soc的技术支持及嵌入式系统设计

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1、SoC的技术支持及嵌入式系统设计

2、第1摘要：与ASIC设计的其他技术一样，SoC的出现是以许多技术支撑为条件的。这些技术包括深亚微米工艺技术、IP核的优化及重用技术、EDA技术、软/硬件协同设计技术。文中讨论了SoC支撑技术和SoC阶段嵌入式系统设计的作用。引言　　SoC（SystemonChip）可以译为"系统集成芯片"，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容；SoC也可以译为"系统芯片集成"，意指它是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。　　作为ASIC（ApplicationSpeci

3、ficIC）设计方法学中的新技术，SoC始于20世纪90年代中期。1994年MOTORLA发布的FlexCoreTM系统（用来制作基于68000TM和PoICConference）会议上，MOTORLASoC设计技术研究部主任JoePumo作了主题报告（keynote），题目是"SoC：TheConvergencePointforSolutionofthe21stcentury[1]。CICC是ASIC设计领域最高层次的国际学术会议。它的主题报告一般代表着ASIC设计领域的技术发展趋势，也说明SoC在ASIC学术界和工业界受到重视的程度。本文拟对SoC支撑技术及SoC阶段嵌

4、入式系统设计的作用作些讨论。一、深亚微米工艺推动SoC的发展　　1.IC设计能力与工艺能力集成电路工艺技术的发展表现在两个方面：一是沿硅片横向和垂直硅片纵向加工精度的提高，使得器件特征尺寸从亚微米的0.5μm、深亚微米（DSM）的0.35μm一直下降到0.13μm甚至甚深亚微米（VDSM）的0.1μm及以下，并可以形成各种结构；二是匀场范围的扩大，使得芯片面积由100mm2增加到200mm2甚至300mm2及以上。每个管子在缩小，芯片面积在扩大，两者的乘积使得IC集成度的CAGR（mutationAverageGroouseg(this)">　　几十年IC的发展实际上并未发

5、生如图1中两条直线表示的设计能力与工艺能力的剪刀差，这是由于新的ICCAD工具不断出现，使得IC设计能力大约每十年出现一次阶跃式的提高，有效地缩小了与工艺能力的差距。图1示意地画出了这几次阶跃：①表示20世纪70年代的版图编辑系统，即第一代ICCAD，把IC中的重复结构建立版图库，利用系统的复制功能，提高了版图设计效率；②表示80年代出现的以门阵列、标准单元布局布线为主要内容的第二代ICCAD系统，由于这套系统已经把IC的电学功能纳入设计之中，自此ICCAD系统更多地称为EDA；③表示90年代出现的综合（synthesis）系统，把设计水平从原理图输入提高到行为描述，这就是

6、第三代EDA，进一步缩短了设计周期，提高了设计效率。IC设计能力的提高，特别是已经形成的三次阶跃，虽然不能完全解决滞后于工艺水平的问题，但也基本上充分利用了工艺技术所提供的集成能力。　　IC设计能力的三次阶跃都是以不同层次的建库为基础，而且建库单元的规模也越来越大，从基本单元电路，到功能模块，甚至于子系统。这样可以充分利用已有的设计积累，实现设计重用，提高设计的起点。　　在工艺技术进入DSM之后，设计能力滞后于工艺的状况再一次突出。这是因为DSM使得半导体器件和电路互连线都出现了更为复杂的本征效应和寄生效应，是IC设计需要面对的挑战。解决或者缓解这个问题更须进一步利用设计积

7、累，提高设计起点，把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中,实现系统芯片集成。这就是图1中④表示的第四次阶跃--SoC技术。已有的子系统级、系统级的优秀设计是实现SoC设计的基础，它们都包含有大量的创造性劳动，已经具有IP的价值。2.IC产业的分工　　IC技术的迅速发展得益于IC产业内部的细致分工，图2示意地画出分工过程，SoC技术正是IC产业分工的体现。确切地说，60年代的IC产业应该是半导体产业，当时的厂家没有分工，所掌握的技术十分全面，最典型的代表就是Fairchild公司，不但生产晶体管、集成电路，就连扩散炉都自己制作，如图2中的第一行所示。到了70年

8、代开始分工，半导体工艺设备和ICCAD设备成为独立产业，以其精湛的专业技术为IC厂家提供高质量的设备。此时IC厂家可以有更多的精力用于产品的设计与工艺的研究。到了80年代，工艺设备生产能力已经相当强大，而且费用也十分昂贵，IC厂家自己的设计已不足以供其饱和运行。因此开始承接对外加工，继而由部分到全部对外加工，形成了Foundry加工和Fabless设计的分工。IC产业的这一次分工，再加上ICCAD工具发展为EDA系统和大批没有半导体背景的系统设计师提供了直接介入IC设计的条件。由于系统设计师来自国民经济的各行各业，