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发信人: hitter (有天), 信区: METech
标  题: 片上系统(SoC)简介
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Dec 28 21:55:13 2003), 站内信件


在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现
了IC单元库（Cell-Lib），使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路
使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。但
IC不是最终产品，它只有被装入整机系统才能发挥它的作用。IC是通过印制电路
板（PCB）等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高，功耗可以很小，但
由于PCB板中IC之间的连线延迟，PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整机系统
的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络
化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，传统IC设计技术已经无法满足
性能日益提高的整机系统的要求。同时，由于IC设计与工艺技术水平不断提高，
集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯
片。目前已经可以在一个芯片上集成108-109个晶体管，而且随着集成电路制造技
术的发展，21世纪的微电子技术将从目前的3G（G=109）时代逐步发展到3T（T=1012）
时代，即存储容量由G位发展到T位，IC器件的速度由GHz发展到THz，数据传输速
率由Gbps到Tbps。
正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个IC芯片
上的系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念。
    SOC与IC的设计原理是不同的，它是微电子设计领域的一场革命。
    SOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、软件（特别是芯片上
的操作系统-嵌入式的操作系统）、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结
合起来，在单个芯片上完成整个系统的功能。它的设计必须从系统行为级开始自顶
向下（Top-Down）。很多研究表明，与由IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综
合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的
系统指标。
    SOC主要有三个关键的支持技术：①软、硬件的协同设计技术。面向不同系统
的软件和硬件的功能划分理论（Functional Partition Theory）。硬件和软件更
加紧密结合不仅是SOC的重要特点，也是21世纪IT业发展的一大趋势。②IP模块库
问题。IP模块有三种，即软核，主要是功能描述；固核，主要为结构设计；和硬核，
基于工艺的物理设计，与工艺相关，并经过工艺验证的。其中以硬核使用价值最高。
CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和快闪存储器以及A/D、D/A等都可以成为硬核，
其中尤以基于深亚微米的器件模型和电路模拟基础上，在速度与功耗上经过优化并
有最大工艺容差的模块最有价值。③模块界面间的综合分析技术。这主要包括IP模
块间的胶联逻辑技术（glue logic technologies）和IP模块综合分析及其实现技
术等。
    微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展
的必然结果，通过以上三个支持技术的创新，必将导致又一次以系统芯片为特色的信
息技术的革命。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的
时期。

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