如何构建“全能”芯片

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如何构建“全能”芯片 [复制链接]

芯片设计在许多方面都面临各种不同的挑战，需要网络和系统设计专业知识以及芯片技术来解决。归根结底，客户总是希望降低总系统成本，提高产品性能和赢利性。这样，设计网络和系统芯片的公司能否成功满足客户需求，将决定它们在今后几年的发展前途。

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　　今天，设计人员面临的主要问题是如何构建具备全功能、能处理各种应用的单芯片。构建全功能芯片的成本较高，需要相当的努力，大大超过了构建小芯片的水平。因此，目前我们比以往更需要确保首次设计的成功率，否则就可能损失大笔投资，并严重降低芯片设计投资回报。

　　同时，具备不同功能的芯片实现功能整合，有望最终减少芯片数。例如设计工程师要解决的是如何在手机芯片技术中集成存储芯片技术，并在手机中集成射频技术和数字信号处理器 (DSP) 技术。

　　在上述情况下，我们要解决的问题可以归结为：如何让不同的智能块协同工作，这相当于实现不同智能块的集成，换言之，也就意味着如何最大化芯片效率和性能水平。

　　另一大重要的发展趋势主要表现为：我们正从小型芯片设计过渡到复杂架构和系统设计，这些复杂架构和系统往往包括多种芯片。随着单一功能芯片向 SoC 的发展，上述发展趋势也是一种自然而然结果。目前，单芯片所具备的功能常常是以前要靠整个系统才能实现的。我们应从整体系统架构的全局角度出发来定义、设计并构建芯片。在上述架构中，如何设计参考电路板平台等问题正变得日益普遍。因此，我们要在两个层次上进行设计，即芯片和系统。

　　同时，由于性能是最重要的因素，因此我们对芯片速度的要求和强调有所降低。芯片的工作速度以往总是主要的设计问题。不过现在，速度只是越来越多的变量、因素和特性中的问题之一，芯片设计人员必须考虑各种各样的问题。例如，以前 DSP 制造商总是把 DSP 速度作为第一宣传要素，而现在他们则要严肃对待芯片的大小以及与其他芯片的互操作性，而这正是由客户需求推动着的。

　　芯片设计人员已经证实，他们能够不断提升芯片时钟速度。但功耗会随着速度的提升不断增大，这就使芯片封装和系统设备的温度越来越高。尽管提高了带宽并增加了功能特性，但设备的功耗要求仍与十年前的水平相当。因此，尽管 SoC 集成技术广泛而深入地发展着，但功耗问题仍将长期存在。

　　以网络处理器芯片技术为例，我们的目标是既要确保让芯片具备适当流量管理功能和服务质量功能，又要确保芯片的快速运行和高度集成。因此，芯片设计人员必须推出功能更多样化、外形更小巧的芯片，同时确保其具有更快的速度，又不会造成更大的功耗。这样，对于过去基本的、相对单一的芯片设计，我们目前所面临的就必然是多方面的设计挑战。

　　通道密度的重要性不断提升，这也对芯片设计产生了影响。通道密度关系到给定芯片空间中能够容纳的语音、数据和视频信号量。在千兆以太网、网络处理器和 DSP 应用中，了解如何提高芯片集成的通道数量是至关重要的。我们要设计强大可靠的芯片，提高给定芯片空间中容纳的语音、数据和视频信号量，这与芯片的时钟速度一样重要，有些时候其重要性甚至高于单纯的时钟速度。事实上，确保低功耗往往是最大化通道密度的瓶颈所在。

　　在无线网络中，我们设计的系统和芯片将各种不同的协议和标准集成到尽可能少的系统和芯片中，这种做法日益普遍。例如，我们会用单芯片在单个网络上集成异步传输模式和因特网协议技术。

　　就以太网芯片领域而言，目前的发展趋势仍是利用高度集成的 SoC 芯片来设计电信和企业系统。这种情况下，我们遇到的挑战是如何将网络处理技术和高密度千兆以太网技术集成到同一平台上，这样做是在低成本以太网基础局端上实现运营商级特性所必需的。

　　同时，软件也在芯片设计工作中发挥了日益重要的战略性技术作用。简而言之，芯片设计人员应当认识到，软件是让产品独树一帜的重要因素，相关设计工作的广度目前和今后都将不断增大。现在，设计人员面临的软件设计挑战大大超过了以往的水平。

　　鉴于上述情况，芯片设计在许多方面都面临各种不同的挑战，需要网络和系统设计专业知识以及芯片技术来解决。归根结底，客户总是希望降低总系统成本，提高产品性能和赢利性。这样，设计网络和系统芯片的公司能否成功满足客户需求，将决定它们在今后几年的发展前途。

来源：EDN电子设计技术