雷火体育app官方网站,雷火亚洲电竞平台,星空电竞

來源：互聯(lián)網(wǎng)

SoC（System on Chip），即“片上系統(tǒng)”或“系統(tǒng)級(jí)芯片”，是指在單個(gè)芯片上集成微電子應(yīng)用產(chǎn)品所需的所有功能的系統(tǒng)。

SoC主要是處理機(jī)制、模型算法、軟件、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)集成在一起的單一芯片，通常為定制。在構(gòu)成上主要分為硬件與軟件兩個(gè)部分。其采用超深亞微米工藝技術(shù)和第三方IP核實(shí)現(xiàn)的超大規(guī)模集成電路，并通過操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序進(jìn)行控制。SoC避免了芯片間信號(hào)傳輸?shù)难舆t與電路板的信號(hào)串?dāng)_，在功耗、尺寸與成本上也有很大進(jìn)步，總的來說，與傳統(tǒng)電路系統(tǒng)相比，SoC擁有高性能、小體積、低功耗與更短研究周期等優(yōu)勢(shì)。

SoC的出現(xiàn)，不僅極大降低了制造成本，使得先進(jìn)電子產(chǎn)品的價(jià)格能為普通消費(fèi)者所接受，而且廣泛運(yùn)用在通信、醫(yī)療、交通、工業(yè)控制、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)以及消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域，成為21世紀(jì)集成電路技術(shù)的主流，也是具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的實(shí)用技術(shù)。

定義

SoC（System on Chip），即系統(tǒng)級(jí)芯片，是指一種集成度極高的集成電路，將多個(gè)功能模塊集成于一個(gè)芯片中。與傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)不同，SoC技術(shù)不再是對(duì)工藝制程無止境的追求，而是基于對(duì)系統(tǒng)的深入了解，其應(yīng)用的基礎(chǔ)與核心是IP，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為嵌入式。IP核，即知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊，是指用于ASIC或FPG中的預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路功能模塊。以往技術(shù)人員進(jìn)行應(yīng)用電子設(shè)計(jì)相關(guān)工作的主要內(nèi)容均為集成電路，而SoC向技術(shù)人員呈現(xiàn)的是IP庫，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所依托基礎(chǔ)均為IP模塊，使得技術(shù)人員所扮演角色，從早期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)變成為器件設(shè)計(jì)師。SoC多為定制，不同復(fù)雜程度的SoC應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，滿足特定的功能。

發(fā)展歷程

誕生

第一個(gè)真正的SoC產(chǎn)品誕生于1974年的Microma手表中。此外，1989年出版的TheArtofElectronics中，部分示意圖與SoC非常相似，具備步進(jìn)電機(jī)控制、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、串行I/O、集成ROM、定時(shí)器和事件控制器。

早期芯片設(shè)計(jì)難度較低，半導(dǎo)體公司多為集設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)為一體的IDM廠商。隨著行業(yè)發(fā)展，晶片設(shè)計(jì)和制造的成本與難度大幅上升。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，SoC電子設(shè)計(jì)經(jīng)歷了三個(gè)階段：

1990年，IP龍頭Arm誕生后開創(chuàng)了IP核授權(quán)模式。由Arm進(jìn)行芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)，并將IP核授權(quán)給Fabless廠商。由于超大規(guī)模集成電路的逐步發(fā)展，集成電路（IC）慢慢朝著集成系統(tǒng)（IS）轉(zhuǎn)變，而集成電路的設(shè)計(jì)廠商也趨向于將復(fù)雜功能集成到單硅片上，SoC的概念因此形成。1994年Motorola發(fā)布的FlexCore系統(tǒng)以及1995年LSILogic公司為索尼公司設(shè)計(jì)的SoC，可能是最早的基于IP核完成SoC設(shè)計(jì)的報(bào)道。。

1999年全球SoC市場(chǎng)已達(dá)到了3.45億年銷售量。

起步

2000年6月，加拿大政府與行業(yè)資助創(chuàng)立的非營(yíng)利機(jī)構(gòu)——加拿大微電子公司在加拿大大學(xué)建立了SoC研究基地，并通過其原有的40多所大學(xué)的支持建立起SoC研究網(wǎng)絡(luò)。

2000年12月，中國(guó)啟動(dòng)“十五”國(guó)家“863”計(jì)劃超大規(guī)模集成電路SoC專項(xiàng)工作，并頒發(fā)了2000年~2001年度該專項(xiàng)預(yù)啟動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目的申請(qǐng)指南，包含關(guān)鍵電子信息產(chǎn)品核心芯片開發(fā)、超大規(guī)模集成電路IP核開發(fā)、SoC設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)和制造關(guān)鍵技術(shù)研究、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化環(huán)境建設(shè)等內(nèi)容，推動(dòng)了中國(guó)SoC的發(fā)展。

發(fā)展

2003年，搜狐報(bào)道哈爾濱工業(yè)大學(xué)微電子中心已經(jīng)成功研制出國(guó)內(nèi)首個(gè)SoC芯片。SoC開始被頻繁用于工業(yè)界，在加快工業(yè)界轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上，為信息技術(shù)提供了良好的“入駐”條件。2021年，僅中國(guó)智能手機(jī)SoC市場(chǎng)就售出3.14億顆SoC。SoC技術(shù)也是近幾年來中國(guó)在進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)，包括機(jī)器其他的功能設(shè)計(jì)過程當(dāng)中所應(yīng)用的主要技術(shù)之一

組成部分

系統(tǒng)級(jí)芯片通常包括處理器、內(nèi)存、輸入輸出接口以及一些輔助電路組件。

功能原理

軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)

傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)基本屬于硬件設(shè)計(jì)的范疇，而SoC則因基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法而涉及到算法、軟件與硬件三方面的問題。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)理論體系包括系統(tǒng)任務(wù)描述，軟硬件劃分，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，軟硬件協(xié)同驗(yàn)證以及與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的低壓、低功耗設(shè)計(jì)，可測(cè)性設(shè)計(jì)等等。

一般的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，是在確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并完成軟硬件的劃分之后，用行為模型、RTI（邏輯綜合）級(jí)硬件語言描述和數(shù)據(jù)通道合成的方法來完成硬件設(shè)計(jì)，使用手工匯編和編譯器來實(shí)現(xiàn)軟件，系統(tǒng)重要參數(shù)則通過對(duì)該軟硬件劃分的協(xié)同模擬獲得。

軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，極大減少了硬件設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了嵌入式軟件的開發(fā)調(diào)試時(shí)間，在協(xié)同驗(yàn)證環(huán)境中就可以發(fā)現(xiàn)軟硬件中所存在的關(guān)鍵問題，從而避免在最后集成測(cè)試階段重新進(jìn)行軟硬件的調(diào)整。

IP核生成及復(fù)用技術(shù)

IP核分為三種：軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)，與工藝相關(guān)。其中以硬核使用價(jià)值最高。

IP復(fù)用，即向IP廠商購買已有的IP核，并進(jìn)行布局、連接、檢查和驗(yàn)證。IP復(fù)用是快速設(shè)計(jì)出工藝先進(jìn)、功能強(qiáng)大的產(chǎn)品的關(guān)鍵，其使用幾乎覆蓋集成電路設(shè)計(jì)的諸如測(cè)試、驗(yàn)證、模擬、低功耗等所有經(jīng)典課題。IP核可復(fù)用的研究重點(diǎn)是開發(fā)適應(yīng)多種總線接口的規(guī)范和可測(cè)試性一體化，以盡量少的外包和測(cè)試向量，達(dá)到復(fù)用目的。。

IP核的生成，既可以選用國(guó)際上公開通用的總線結(jié)構(gòu)，也可以選用自主開發(fā)的片上總線，選擇IP核模塊需評(píng)估IP核的品質(zhì)、集成的方便程度、可重用性以及IP核提供者所能提供的技術(shù)支持程度等。

超深亞微米IC設(shè)計(jì)技術(shù)

在超深亞微米IC設(shè)計(jì)技術(shù)的研究中，IC設(shè)計(jì)人員要克服特征尺寸縮小帶來的信號(hào)延遲變小、工作頻率提高帶來的信號(hào)完整性、傳統(tǒng)的連線延遲問題等諸多問題，不斷推出超深亞微米SoC設(shè)計(jì)工具的新技術(shù)、新工藝。

SoC設(shè)計(jì)采用“自頂而下”和分層的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行系統(tǒng)的功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要同時(shí)兼顧考慮高層次的功能問題、結(jié)構(gòu)問題和低層次上的布局布線問題。如果發(fā)現(xiàn)問題，可進(jìn)行局部修改，由于物理綜合過程和前端邏輯綜合緊密相連，邏輯綜合是在布局布線的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此設(shè)計(jì)反復(fù)較少。

設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)思想

SoC所遵循的設(shè)計(jì)思想核心是集成全系統(tǒng)固件，讓用戶可以根據(jù)自身需求，對(duì)嵌入結(jié)構(gòu)以及模塊進(jìn)行增刪或調(diào)整，就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。既能夠優(yōu)化固件特性，又省去了開發(fā)定制電路所需技術(shù)的時(shí)間，降低設(shè)計(jì)難度。

設(shè)計(jì)方法

SoC芯片的設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩部分。

SoC的設(shè)計(jì)，就是把Top-Down和Bottom-up設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來，同時(shí)考慮物理設(shè)計(jì)和性能，通過軟硬件協(xié)同開發(fā)，相互交織迭代的方法。由于SoC的設(shè)計(jì)流程始終處于變化與迭代中，目前介紹一種軟硬件協(xié)同的SoC設(shè)計(jì)方法：

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

SoC出現(xiàn)以來，雖然其設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，設(shè)計(jì)驗(yàn)證越來越繁瑣，僅這一環(huán)節(jié)消耗了總設(shè)計(jì)時(shí)間的70%。但除了設(shè)計(jì)驗(yàn)證要求高之外，總體而言，SoC的優(yōu)點(diǎn)更為顯著。

缺點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域

處理器芯片應(yīng)用廣泛，SoC的應(yīng)用主要集中在消費(fèi)電子和智能物聯(lián)兩大領(lǐng)域。包括消費(fèi)電子如手機(jī)、平板、掃地機(jī)器人、無人機(jī)等以及各種類型的行業(yè)應(yīng)用如安防、商顯、工業(yè)等。SoC需求的增長(zhǎng)有兩個(gè)維度，一是出貨量增長(zhǎng)，二是性能持續(xù)升級(jí)。

智能手機(jī)在全球擁有近14億部的出貨量，是當(dāng)下SoC最大的一塊市場(chǎng)，也是技術(shù)更新迭代最快的賽道。而隨著消費(fèi)層次的提升，汽車逐漸變成生活中的“第三空間”，成為SoC的新發(fā)展點(diǎn)，一般應(yīng)用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛兩大領(lǐng)域。截至2022年，高通搶先入局，是行業(yè)的主力供應(yīng)商，瑞芯微電子、晶晨、全志等國(guó)內(nèi)廠商正在積極切入市場(chǎng)。機(jī)頂盒與智能電視加起來在全球擁有接近6億顆SoC處理器芯片的需求量。此外，智能手表、VR、AR、ALOT等生態(tài)的發(fā)展對(duì)SoC的需求逐漸上升。

高端SoC集中于手機(jī)、平板電腦、服務(wù)器市場(chǎng)等，大多以一個(gè)超大核心加多個(gè)中核心、小核心架構(gòu)設(shè)計(jì)，次高端SoC多應(yīng)用于安防、智能音頻、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，對(duì)算力的要求相比智能手機(jī)等略低，而專用型SoC則應(yīng)用于TWS耳機(jī)、智能手表等領(lǐng)域，是針對(duì)特定場(chǎng)景進(jìn)行開發(fā)，更接近MCU領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)展前景

應(yīng)用發(fā)展前景

1997年誕生至今，SoC始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)其的研究從未停止。SoC技術(shù)的發(fā)展，極大的提升了嵌入式系統(tǒng)的功能、性能和復(fù)雜度，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得更簡(jiǎn)單、更具有成本效益。成為了提高互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、信息家電、高速計(jì)算、多媒體技術(shù)和軍用電子系統(tǒng)性能的核心器件，逐步廣泛地應(yīng)用在消費(fèi)、存儲(chǔ)、無線、醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)、安全和汽車電子等領(lǐng)域，成為當(dāng)今超大規(guī)模集成電路的發(fā)展趨勢(shì)，也是21世紀(jì)集成電路技術(shù)的主流，為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了廣闊市場(chǎng)和發(fā)展機(jī)遇。SoC技術(shù)應(yīng)用研究和發(fā)展不僅對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息化有著重要意義，而且為微電子應(yīng)用產(chǎn)品研究開發(fā)、生產(chǎn)提供了新型的優(yōu)秀的技術(shù)方法和工具。

對(duì)于企業(yè)而言，SoC技術(shù)是縮短微電子應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)中的研發(fā)時(shí)間的主要方法，讓高科技公司更快地研發(fā)更加復(fù)雜的產(chǎn)品以面對(duì)更具競(jìng)爭(zhēng)化的市場(chǎng)環(huán)境，幾乎得到所有高技術(shù)公司的重視，并成為許多高技術(shù)公司的主體技術(shù)。其研究、開發(fā)、應(yīng)用對(duì)于企業(yè)發(fā)展具有重要的意義。