SoC布局

SoC 的布局指將設(shè)計(jì)好的功能模塊合理地安排在芯片上，規(guī)劃好它們的位置。在進(jìn)行布局時(shí)，需要考慮諸多因素，如各模塊之間的信號(hào)傳輸效率、功耗分布、散熱情況等。合理的布局能夠提高芯片的性能和穩(wěn)定性。

SoC 中各種 IP 簡(jiǎn)介

IP 核（Intellectual Property Core），即知識(shí)產(chǎn)權(quán)核，在集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)中指已驗(yàn)證、可重復(fù)利用、具有某種確定功能的芯片設(shè)計(jì)模塊。SoC 是以 IP 模塊為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)技術(shù)，IP 是 SoC 應(yīng)用的基礎(chǔ)。

一個(gè) SoC 芯片通常由設(shè)計(jì)廠商自主設(shè)計(jì)的電路和多個(gè)外購(gòu) IP 核組成。IP 核復(fù)用即向 IP 廠商購(gòu)買已有的 IP 核，并進(jìn)行布局、連接、檢查和驗(yàn)證。IP 核授權(quán)模式能夠在 SoC 中調(diào)用已設(shè)計(jì)好的具有獨(dú)立功能的模塊，一方面能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程、加快設(shè)計(jì)速度，降低設(shè)計(jì)難度，另一方面符合半導(dǎo)體分工發(fā)展的模式，使 IC 設(shè)計(jì)公司能擺脫 IDM 模式的束縛和壁壘，專注芯片設(shè)計(jì)，從而帶動(dòng) IC 設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展。

典型的 SoC 包括以下部分：

1. 一個(gè)或多個(gè)處理器內(nèi)核，可以是 CPU、GPU、DSP或?qū)Ｓ弥噶罴幚砥鲀?nèi)核。

2. 存儲(chǔ)器：可以是 RAM、ROM、EEPROM 或閃存。

3. 用于提供時(shí)間脈沖信號(hào)的振蕩器和鎖相環(huán)電路。

4. 由計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器、電源電路組成的外設(shè)。

5. 不同標(biāo)準(zhǔn)的連線接口，如 USB、火線、以太網(wǎng)、通用異步收發(fā)。

6. 用于在數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的 ADC/DAC。

7. 電壓調(diào)理電路及穩(wěn)壓器。

在外設(shè)內(nèi)部，各組件通過芯片上的互聯(lián)總線相互連接。ARM 公司推出的 AMBA 片上總線主要包括高性能系統(tǒng)總線 AHB、通用系統(tǒng)總線 ASB、外圍互聯(lián)總線 APB、可拓展接口 AXI。AHB 主要針對(duì)高效率、高頻寬及快速系統(tǒng)模塊；ASB 可用于某些高速且不必要使用 AHB 總線的場(chǎng)合作為系統(tǒng)總線；APB 主要用于低速、低功率的外圍，AXI 在 AMBA3.0 協(xié)議中增加，可以用于 ARM 和 FPGA 的高速數(shù)據(jù)交互。

SoC 中的 IP 核種類繁多，例如 CPU 處理器的 IP 核、GPU 的 IP 核、通信模塊的 IP 核等等。以下介紹一些在手機(jī)SoC中常見的IP與模快：

• DSP：DSP（Digital Signal Processing）是指數(shù)字信號(hào)處理，一種特殊的微處理器，專門用于處理大量的數(shù)字信號(hào)信息。DSP的工作原理主要包括接收模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化等操作。在其他系統(tǒng)芯片中，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)被解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境的格式。
• ISP：Image Signal Process，圖像信號(hào)處理）即成像引擎。主要負(fù)責(zé)圖像信號(hào)處理，處理相機(jī)拍照和視頻。ISP的內(nèi)部構(gòu)成包括CPU、SUPIP（各種功能模塊的通稱）、IF等設(shè)備。ISP的控制結(jié)構(gòu)包括ISP邏輯和運(yùn)行在其上的firmware。ISP會(huì)把處理過的圖像數(shù)據(jù)發(fā)給NPU再次進(jìn)行深度處理，最后呈現(xiàn)給用戶。ISP技術(shù)在很大程度上決定了攝像機(jī)的成像質(zhì)量。
• NPU：NPU是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器Neural Processing Unit的縮寫，是一種專門用于加速人工智能應(yīng)用的芯片，它可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成大量的計(jì)算任務(wù)，從而提高了人工智能應(yīng)用的效率和速度。NPU的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠降低計(jì)算成本，節(jié)省時(shí)間和資源，并且提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• MIPI：即移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（Mobile Industry Processor Interface 簡(jiǎn)稱MIPI），MIPI 聯(lián)盟提供三個(gè)高性能和成本優(yōu)化的物理層系列：MIPI D-PHY，MIPI M-PHY，MIPI C-PHY和 A-PHY。MIPI D-PHY主要用于將相機(jī)和顯示器互連到應(yīng)用處理器；MIPI M-PHY支持多媒體和芯片到芯片/處理器間通信；MIPI C-PHY支持相機(jī)和顯示器。
• Dphy，Cphy，Mphy都能夠進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的物理傳輸，但是這個(gè)幾個(gè)物理層協(xié)議都無法進(jìn)行較長(zhǎng)距離的傳輸,導(dǎo)致了在車載和IOT領(lǐng)域的使用障礙，A-PHY的設(shè)計(jì)是為了能跨過整個(gè)車輛距離提供數(shù)據(jù)傳輸物理層支持。其最大傳輸距離能夠達(dá)到15米（自動(dòng)駕駛技術(shù)）。
• Display Engine：顯示渲染引擎，主要負(fù)責(zé)與觸摸屏的顯示器進(jìn)行通信。在游戲開發(fā)、圖形用戶界面設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中，Display Engine扮演著關(guān)鍵角色。
• Video Processor：壓縮解壓圖像視頻，實(shí)現(xiàn)視頻錄制和播放。
• Modem：調(diào)制解調(diào)器，它是一個(gè)將數(shù)字信號(hào)調(diào)變到模擬信號(hào)上進(jìn)行傳輸，并解調(diào)收到的模擬信號(hào)以得到數(shù)字信號(hào)的電子設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備，扮演著模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間“翻譯員”的角色。
• Storage Controller：存儲(chǔ)控制器，是計(jì)算機(jī)硬件中的一個(gè)重要組件，主要負(fù)責(zé)管理連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備（如硬盤、固態(tài)硬盤等），比如數(shù)據(jù)傳輸，錯(cuò)誤檢測(cè)和校驗(yàn)，I/O調(diào)度，緩存管理等。
• Security Enclave：加密管理，共鑰私鑰。技術(shù)通過將敏感的用戶數(shù)據(jù)隔離在一個(gè)專用子系統(tǒng)中來保護(hù)這些數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)被集成到蘋果的系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中，目前相關(guān)技術(shù)部署在iPhone、iPad、Apple Watch、Mac、Apple TV和HomePod中。

除了上述模塊外，芯片中還包含各種外設(shè)與NOC。NOC 是一種用于在芯片上實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理單元或知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核之間通信的架構(gòu)。它類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但被設(shè)計(jì)用于在單個(gè)芯片上有效地傳輸數(shù)據(jù)。在 NoC 中，IP 通常指的是不同的功能模塊，如處理器核、內(nèi)存控制器等。NoC 負(fù)責(zé)在這些 IP 之間建立高效的通信鏈路，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片系統(tǒng)的協(xié)同工作。

隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的不斷變化，SoC 的設(shè)計(jì)和集成技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。新的 IP 核不斷涌現(xiàn)，為 SoC 帶來更強(qiáng)大的功能和更高的性能。同時(shí)，對(duì)于 SoC 布局和 IP 核的選擇與集成，也需要綜合考慮成本、性能、功耗等多方面的因素，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

本文來源：張江芯在線