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SoC（片上系统）设计的关键技术

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SoC（片上系统）设计的关键技术（片上系统）设计的关键技术

SoC技术的发展　　集成电路的发展已有40 年的历史,它一直遵循摩尔所指示的规律推进,现已进入深亚微米阶

段。由于信息市场的需求和微电子自身的发展,引发了以微细加工（集成电路特征尺寸不断缩小）为主要特征的

多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的发展。随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代,在单一

集成电路芯片上就可以实现一个复杂的电子系统,诸如手机芯片、数字电视芯片、DVD 芯片等。在未来几年内,

上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。 SoC ( System - on - ChIP)设计技术始于20世纪90

年代中期,随着半导体工艺技术的发展, IC设计者能够将愈来愈复杂的

SoC技术的发展

　　集成电路的发展已有40 年的历史,它一直遵循摩尔所指示的规律推进,现已进入深亚微米阶段。由于信息市场的需求和微电

子自身的发展,引发了以微细加工（集成电路特征尺寸不断缩小）为主要特征的多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的

发展。随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代,在单一集成电路芯片上就可以实现一个复杂的电子系统,诸如手机芯

片、数字电视芯片、DVD 芯片等。在未来几年内,上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。 SoC ( System -

on - ChIP)设计技术始于20世纪90年代中期,随着半导体工艺技术的发展, IC设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上,

SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。1994 年Motorola发布的Flex Core系统(用来制作基于68000

和PowerPC的定制微处理器)和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC,可能是基于IP ( Intellectual Property)核完成SoC

设计的最早报导。由于SoC可以充分利用已有的设计积累,显著地提高了ASIC的设计能力,因此发展非常迅速,引起了工业界和学

术界的关注。

　　SOC是集成电路发展的必然趋势,1. 技术发展的必然2. IC 产业未来的发展。

SoC基本概念

　　SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,

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。同时它又是一种技术, 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。从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件

集成在一块芯片上;从广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛

和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单

一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。

　　SoC定义的基本内容主要表现在两方面:其一是它的构成,其二是它形成过程。系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻

辑模块、微处理器/微控制器 CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含

有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块,对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由

FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块,更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他应用软件)模块或可

载入的用户软件等。系统级芯片形成或产生过程包含以下三个方面:

　　1) 基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证;

　　2) 再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术,特别是大容量的存储模块嵌入的

重复应用等;

　　3) 超深亚微米(UDSM) 、纳米集成电路的设计理论和技术。

　　具体地说, SoC设计的关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性

设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等,此外还要做嵌入式软件移植、开发研究,是一门跨学科的新兴研究领

域。图1是SoC设计流程的一个简单示意图。

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