在過去的一年中,互連(interconnect)IP市場動作頻頻,最值得注意的就是英特爾(Intel)收購NetSpeed和Facebook收購Sonics。到底發生了什麼?為什麼各大公司現在發現了互連IP的重要性?互連是影響很多SoC專案企業其系統單晶片(SoC)交付能力的關鍵因素嗎?這些收購是否能繞過互連開發漫長、投入高且難度大的問題呢?

最近的市場整合可能會讓一些公司考慮是否應該自己動手DIY。無論是簡單的縱橫式交換結構還是用於高階SoC的全功能片上網路(NoC)架構,只要有合適的人才、合適的技術,以及充足的預算就可以實現;最終可能的確如此。但問題不是你能否做到,而是你該這樣做嗎?

SoC應用程式的需求變化迅速,需要透過互連快速處理,但大多數自行開發的互連並不易於使用。鑒於巨大的固定開發成本,一年才開發製造一個晶片通常不具有經濟效益,所以大多數設計團隊都採用通用平台快速創建衍生晶片,使一個設計適用於多個市場和應用情境。而互連是創建這些衍生半導體的關鍵;若不能擁有一流的互連IP就會降低適應新晶片需求的能力,並且嚴重限制企業的市場反應能力。

20190806NT31P1 針對不同市場和應用情境的SoC可能具有完全不同的NoC互連要求和優先順序。但無論什麼類型的SoC,都需要100%的品質保證。(來源:Arteris)

另一個需要考慮的重要因素是,需要最佳化的因素涉及很多方面,如功耗、延遲、頻寬、資料路徑和安全參數等,構建互連本身已經非常困難,更不用說開發互連IP所需的獨特工程專業知識了。互連開發是一項團隊任務,它需要架構、硬體和軟體發展的專業知識與驗證、品質一絲不苟地結合在一起。最重要的是創建一個可配置的互連IP產品,其可擴展性足以使得幾乎任何SoC設計都不僅僅是一項技能;「它是一門藝術」,而且正在成為一種關鍵性的藝術。

DIY=危險

如果仍然想要構建自己的互連IP,那麼讓我們花點時間思考一下開發NoC互連都需要些什麼?NoC技術採用封包化方式,淘汰了電線,釋放了晶片空間,並降低了功率需求。設計NoC,使其將資料封包在合適的時間送到合適的地方,而不會對該區域和/或電源有大的影響——這是最難的地方。要解決這個問題需要三位技術精湛的專家:解決資料封包、通道和服務品質的網路專家;負責設計、驗證、具備HDL專業知識進行閘極層設計的半導體專家,以及軟體專家,負責確保配置工具能提供盡可能多的資訊並盡可能自動化,為實現互連配置的晶片架構師和互連實施者帶來高效且盡可能愉悅的體驗。

請記住,互連IP品質尤為重要,因為互連中的錯誤可能導致整個專案延遲甚至失敗。這意味著有效的品質流程和執行是互連IP交付的關鍵。

事實上,開發一個NoC需要多達30~50名工程師,而且極有可能該團隊在這三個關鍵領域之一會存在薄弱環節。當然,如果不用考慮上市時間,那該團隊最終可能完成任務。另外,資金也是一個關鍵制約因素,因為內部互連開發團隊往往缺乏資源,他們通常不得不為特定的SoC專案開發定制互連,而不是開發廣泛的長期解決方案。今天的晶片市場正在以設計師難以適應的更快速度變化,一旦一個NoC開發完成,馬上就會出現新的需求,所以它又會重新回到繪圖板上,進行下一個晶片反覆運算設計,以滿足各種新的需求,包括性能、頻寬、快取一致性、仲裁、延遲、服務品質、電源管理和安全性等。不會變化的是,內部開發互連團隊總會成為那個導致公司不能按時提交符合要求晶片的制約因素。

而當設計團隊終於無法忍受並決定轉而採用互連IP授權模式時,其晶片的市場機會可能已經過去;這是一門物盡天擇的生意。而如果公司選擇IP授權,那互連開發團隊最大的擔憂將是他們的工作是否還能保得住。

20190806NT31P2 商用IP有什麼與眾不同之處?

這裡舉一個Arteris IP客戶的例子。在開始與Arteris合作之前,這家晶片公司每年只開發四個SoC,因為他們要花一個多月的時間來實現內部匯流排組使用內部開發互連IP創建的互連實例的任意更改。而該客戶一旦採用了商用互連IP,晶片產量提高到了每年20多個設計,這使得他們能夠經濟有效地為細分市場提供晶片,從而以可觀的毛利率和可接受的價格贏得額外的設計勝利。

最有趣的是,即使內部團隊十年來一直專門為該客戶創建「最佳化的」互連,新的商用IP解決方案還是在各個方面跑贏他們,最終比內部開發互連平均每晶片節省3平方毫米裸片面積,即每晶片節省約30美分,批量情況下意味著節省了數百萬美元。

商用互連IP有什麼優點?

如今,新技術市場中的各項技術發展迅猛,這使得商用NoC互連IP變得異常重要。對於其中兩個成長最快的市場尤其如此:汽車和機器學習(ML)/人工智慧(AI)。對於汽車而言,片上互連是遵從ISO 26262功能安全規範的唯一促成因素,因為片上互連可以「看到」流經晶片的所有資料流程量,它可以標記資料,有時甚至可以在錯誤影響系統安全性之前就糾正它。

對於ML/AI晶片和子系統來說,最熱門的話題是神經網路演算法,以及設計團隊如何使定制的處理單元從硬體層面上加速這些演算法的數學運算。但真正的挑戰是:如何給晶片「餵飽」資料?如果答案是「資料流程」,那麼你是對的。而片上互連正是負責最佳化AI/ML處理單元、記憶體和周邊之間資料流程的最重要IP。

汽車和ML/AI SoC市場的變化正在加速片上互連技術的創新,其重要性也呈爆炸式增長。變革的步伐太快,以至於任何一家半導體公司都無法跟上腳步並期望成為世界一流。幸運的是,值得信賴的專家們每天都沉浸在互連IP藝術中,從專家那裡獲取最先進的片上互連IP授權是從這種加速創新中獲益的最佳方式。

(參考原文: SoC Interconnect: Don’t DIY!,by Kurt Shuler)