soc分类及其技术发展趋势

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1、SoC分类及其技术发展趋势张志敏摘要本文阐述了SoC研究内容与分类技术特点，从CSoC、SoPC、ASICSoC的实现技术对应构令流C、数据流D、指令流I等体系结构概念，提出SoC体系结构CDI三维模型来反映SoC发展规律，并指出SoC技术发展趋势。关键词体系结构，CSoC，SoPC，ASICSoC，构令流，数据流，指令流1引言回顾计算机发展史，计算机技术发展与IC(集成电路)技术发展紧密相关。半个多世纪以来，计算机发展主要经1历了真空管(1代)、晶体管(2代)、集成电路(3代)、微处理器(4代

2、)等时代。目前IC设计产业中出现了系统设计和IP核设计的分工，形成了以SoC(SystemOnaChip)技术为主导的chipless设计方式，对计算机技术发展将产生较为深远影响。SoC设计方法学已引起了工业界和学术界的极大关注，是后PC时代的重要发展方向。SoC可以充分利用已有的2设计积累，显著地提高ASIC的设计能力，缩小设计能力与IC工艺能力的差距。其设计方法学与计算机的发展紧密相[1]关，会进一步拓展计算机体系结构发展方向。[2]SoC通常将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片

3、外存储控制接口）集成在单一芯片上。SoC可以使应用产品实现小型、轻量、低功耗、多功能、高速度和低成本，因此具备较强的市场竞争力，主要广泛用于计算机、通信、消费、工控、交通运输等领域。在过去6、7年中，SoC得到了快速发展。据估计，到2007年销售额将达347[2]亿美元，年增长率超过20%。二十一世纪初将是SoC快速发展的时期。3当前，无论在国际上还是国内，在SoC设计领域已展开激烈竞争。SoC按实现技术可分为三类，一类是CSoC，45当前仍以学术研究机构为主导，注重体系结构探索性工作；另一类是

4、SoPC，以FPGA厂商和科研机构为主导，适合多品种少批量产品开发；第三类是ASICSoC，以微处理器和芯片设计公司为主导，追求良好的性价比，适合大批量67规模生产；其它如PSoC、EPGA均可归入SoPC类。SoC按指令集来划分，主要有X86系列、ARM系列、MIPS系列和类指令系列，性能成本各有千秋。在国际上，基于x86SoC的产品有国家半导体公司的SC2200,适合做无线浏览器（WebPad）、瘦客户机和机顶盒等产品。在我国台湾地区，如RiseTechnology公司的SCX501,SiS

5、公司的SiS550系列，均属于x86系列的SoC，适合做信息家电产品；基于ARM系列的SoC更是数不胜数，如Sharp的LH7A400,Samsung的S3C44AOA,OKI的ML67Q530等；基于MIPS系列的产品主要是AMDAlchemyAu1000、Au1500等系列产品；基于类指令系列的产品，如CrusoeTM5800，采用超长指令，代码效率高。国内SoC研制开发者主要基于MIPS系列和类指令系列，如中科院计算所中科SoC(基于龙芯CPU核，兼容MIPSIII指令集)、北大众志（定义

6、少许特殊指令）、方舟2号（自定义指令集）、国芯C*Core（继承M*Core）等,提供了面向不同应用领域的解决方案。方舟与国芯走低功耗发展之路，北大走嵌入式发展之路，计算所走高性能系统集成发展之路。1IntellectualProperty知识产权2Application-SpecificIntegratedCircuits（全定制）专用集成电路3ConfigurableSoC可重构SoC4System-on-a-Progrmmable-Chip可编程片上系统5FieldProgrammable

7、GateArray现场可编程门阵列6ProgrammableSystemonaChip7EmbeddedProgrammableGateArray嵌入式可编程门阵列SoC自20世纪90年代后期出现以来，随着超深亚微米工艺的不断发展，以3C融合为特征的后PC时代给SoC发[3]展创造了广阔的发展空间，也日益引起学术界和工业界的极大关注。SoC品种日益繁多，在关注面积、延迟、功耗的基础上，设计目标在向高成品率、高可靠性、低EMI噪声、低成本、高易用性等方面转移，这将使系统级集成能力快速发展。本文从计

8、算机体系角度刻画SoC总体架构的分类，力求把握其发展规律，共同探讨SoC学科的发展趋势。2SoC研究内容尽管SoC沿CSoC、SoPC、ASICSoC这三个方向发展，但最具挑战性的还是ASICSoC研究领域。SoC设计方法学主要研究总线架构技术、IP核可复用技术、可靠性设计技术、软硬件协同设计技术、SoC设计验证技术、芯片综合[4][5]/时序分析技术、可测性/可调试性设计技术、低功耗设计技术、新型电路实现技术等，此外还要做操作系统/嵌入式软件移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。2.1总