第三方IP：SoC設計的一種不穩(wěn)固基礎
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
深亞微米技術的成功應用需要設計反復使用。
根據Gartner Dataquest公司說，IP（知識產權）市場正在增長，其規(guī)模現在已超過10億美元。
最大的三家IP供應商占IP市場 45%的份額。
與合適的EDA工具捆綁在一起的平臺將為下一次增長提供動力。
雖然大多數電子設計師用IP 來表示互聯網協議（Internet Protocol），但律師們卻把可反復使用的設計塊（即內核）叫做 IP（知識產權），而大多數工程師更愿意把這類產品描述為“虛擬內核”。然而，用 IP 表示“知識產權”的用法日漸流行，這只是電子行業(yè)的這一部門內概念混淆的一個實例。盡管許多分析家和市場人士把 IP 市場看成電子行業(yè)內的一個新現象，但可反復使用的IP作為一門技術和第三方市場，已經出現約 20 年了。雖然 IP 市場正在發(fā)展之中，但它卻缺乏商業(yè)與工程標準。缺乏標準的特許慣例和質量度量標準常常會抵銷已驗證的、可用于生產的標準邏輯功能實現方法所帶來的優(yōu)點。然而，考慮到當今ic37要求縮短產品開發(fā)時間，使用可靠的 IP 則可節(jié)省時間，減少開發(fā)人員數量，延長產品市場壽命。
回顧歷史
設計師使用的商業(yè)IP的第一種形式是驗證模型。在1980年代后5年，諸如EIS Modeling公司，這類小公司出售為許多模擬器和仿真器編寫的邏輯仿真模型。由于標準的建模語言剛剛出現，大多數模型都只適用于使用自己的建模語言的專有仿真器。因此，供應商無法反復使用其開發(fā)成果，利潤過于微薄，使大公司無法從事這一業(yè)務。當業(yè)界采用Verilog 和 VHDL 語言后，使用專有建模語言的仿真器就從市場上消失了。使用 VHDL 和 Verilog 語言的建模公司則具有其工程成果都有較大的重復使用性的優(yōu)勢，因而繼續(xù)從事這一業(yè)務。
邏輯綜合的采用為“預制功能塊”提供了另一個市場機會，因為受過培訓或掌握專門技能來有效地使用邏輯綜合的設計師寥寥無幾。未經培訓的設計師做出的電路常常達不到最優(yōu)的尺寸或速度。1991 年，為了支持其推銷邏輯綜合的努力，Synopsys公司 從一位工程師那里得到了一個很小的邏輯單元庫，作為 DesignWare 模塊庫的基礎。DesignWare 產品現已經得到增強和擴展，以滿足現在邏輯綜合產品的性能。它仍然是一個成功的產品。
就在 DesignWare 推出的前一年，有一家小公司，即 HDL Systems公司， 在MIPS 公司特許下，將 MIPS R3000 CPU 的體系結構權作為可綜合的模塊出售。HDL Systems公司既提供 用Verilog 綜合的CPU 模型，又提供用VHDL綜合的CPU 模型并作為采用相應綜合腳本的源碼出售，售價為一次特許費 25.6 萬美元。然而就其創(chuàng)辦業(yè)務情況而言，該公司的銷售狀況好得令人驚訝，但它從未獲得資金去擴展產品系列。最終，飛利浦半導體公司買下了這家公司，并使用 R3000 開發(fā)其半導體業(yè)務的派生產品。
也是在 1991 年，ARM公司 推出了 ARM6，這是一款向那些要在設計中集成處理器的設計師特許銷售的微處理器內核。與 HDL Systems 公司不同的是，ARM公司 在 1993 年從 Nippon Investment and Finance公司獲得了資金，現在已成為全球第一位的 IP 供應商。居第二位的 Rambus 公司在 1990 開始成為總線規(guī)范開發(fā)商，以提高 DRAM 至微處理器的連接性能。該公司一直在開發(fā)和銷售用于高速專用體系結構的接口選件。
現有的 IP 供應商和許多小型設計團隊都在提供可反復使用的功能塊，以便公開銷售或提供特許，滿足系統設計師的需求。IP 市場規(guī)模已經從 1988 年的數千美元擴大到 2003 年超過十億美元。Data-quest公司 半導體部門副總裁兼研究主管Jim Tully說：“在大多數情況下，設計專有功能塊來實現IP 市場上隨處可以獲得的功能是沒有意義的。這些功能雖然在一種產品中不會與眾不同，但是是系統設計中‘必備’的功能。”
IP市場
Tully 預計IP 市場在 2004 年增長 28%。表 1 示出了 2003 年10大供應商在IP市場上所占的份額。在 2004 年秋季，ARM公司 收購了 Artisan公司，因而鞏固了它在IP市場上的領先地位。三大EDA 公司中的兩家公司，即Synopsys公司和Mentor Graphics公司，均位于10大IP供應商行列，并通過收購小型或現成的 IP 公司來增強IP 庫。Cadence 公司負責行業(yè)營銷的高級副總裁 Jan Willis 說：“Cadence公司并不把自己看作一個 IP 供應商。我們認為，將IP 與 EDA 融合在一起并不是客戶所需要的。”Cadence公司 提供一種能使第三方 IP適用于其客戶的程序，即OpenChoice，并強調開發(fā)一種能將第三方 IP 方便地集成到客戶設計中的環(huán)境。
IP 行業(yè)在其成熟時，似乎在步 EDA 行業(yè)的后塵。各大公司正在用收購小公司的辦法獲得產品與技術。Mentor Graphics公司 IP 部總經理兼 VSIA（虛擬硅接口聯盟）主席Michael Kaskowitz說：“你可以用一家大型公司開發(fā)同一技術的費用來購買一家小型公司。”小公司一般在產品開發(fā)期間都會耗盡財力資源，無法生存到 IP 盈利的那一天。
企業(yè)收入只是 IP分析市場的方法之一。另一種方法涉及到根據所售產品的類別將IP市場劃分為數字分市場、模擬分市場、存儲分市場和驗證 IP分市場。所售的大多數 IP 塊屬于數字分市場。就銷售的或提供特許的數量而言，微處理器內核居首位，隨后是DSP功能塊。除了 ARM公司 和 MIPS公司 以外，其它公司，如 Tensilica公司以及供應FPGA的Altera公司 和 Xilinx公司，也銷售大量的微處理器內核。Altera 公司提供 Nios 處理器，而 Xilinx 公司的客戶可以將Xilinx公司從 IBM公司獲得特許的PowerOne 處理器集成到自己的FPGA 設計中。
Rambus 公司在接口協議 IP方面居領先地位。大多數小IP 供應商都進入IP市場的這一分市場，因為開發(fā)一個功能塊的初始投資要比開發(fā)一款微處理器或 DSP低。提供功能塊之間的整合性和提高數據傳輸速度這一要求，需要人們開發(fā)一系列標準，如 PCI Express 和 AMBA（先進微控制器總線架構），而這些標準進一步促進了這一分市場的成長。模擬 IP 是IP市場中正在成長的分市場，盡管還沒有一個專業(yè)產品供應商進入收入最大的10家公司行列。SOC 設計需要越來越多的模擬功能，而有才干的模擬設計師數量大大低于所需的數量。根據 Qualcore公司 首席執(zhí)行官 Mahandra Jain 說，“許多公司都缺乏模擬方面的專門知識與技能，所以不得不從外面購買 IP 或將設計外包。”
True Circuits 公司是另一家主要的模擬 IP 供應商，它的產品正在獲得廣泛的關注。由于 SOC 設計中存儲器占有相當大的部分，所以提供自糾錯或自保護的存儲器就很重要。諸如 Virage Logic、CEVA 和 Kilopass 等公司都為這一市場服務。驗證 IP 在克服驗證與質量問題方面起著重要的作用，這些問題都是 IP 反復使用的障礙。將第三方 IP 集成到設計中是件困難的事，而驗證 IP則可以顯著簡化這一過程（附文《從驗證結構開始的 IP 方法》）。采用驗證反復使用可以使客戶和供應商越發(fā)領悟到 IP 的突出好處。有些公司，如Deanli Software 公司，提供了一種方法，用來測試并驗證通過一根總線（如PCI）通信的所有塊的功能是否正常，是否遵從協議。
要求系統公司繼續(xù)遵守摩爾定律去開發(fā)競爭性的產品，這是 IP 市場的重要推動力。130納米工藝和 90 納米工藝都可提供很大的裸芯面積，以致工程師能在一個裸芯上實現非常復雜的系統。“SOC”這一術語描述的就是采用這些深亞微米工藝制造的產品。不出兩三年，剛面世的 65 nm工藝將會在生產中普遍使用，而且僅僅使設計問題復雜化。大多數的工程團隊都沒有時間和知識從頭開始開發(fā) SOC，因此他們要反復使用功能塊來縮短開發(fā)時間。
有些問題會減慢IP市場的增長速度。一個主要的問題是：如果不把IP塊集成到完整設計中，就難以對IP塊作出評價。Toshiba America Electronics Components 公司 ASIC 與代工業(yè)務部門副總裁 Richard Tobias 說：“一般來說，當你購買 IP 時，你也會得一個與之配套的測試臺。很顯然，該 IP 是與該測試臺一起工作的。因此，根據該供應商說，（它）搞出了一個能用的 IP。IP 供應商幾乎從來不提供與普通系統進行集成的范例。”IP供應商試圖通過提供客戶所選代工廠能成功生產的硬 IP，來減少設計師的種種擔心。許多設計師都有這樣的看法：這類IP能正常運用，并能成功地制造出來，但這一看法是錯誤的，事實上它可能會產生另外的問題。Tobias說：“硬IP意味著它是不能修改的，所以，如果在將功能塊與設計的其它部分組合在一起時，不能移動一根引腳，或者不能修改一個緩存器，那你就難以使定時正確。”Qualcore公司的Jain也表示贊同：“客戶認為購買IP就像購買一個元件一樣，但情況并非如此。硅片可不是印制電路板。”
正如圖1所示，開發(fā)商需要在產品的整個壽命期間投資進行支持與維護。Synopsys公司負責業(yè)務發(fā)展的總監(jiān) John Weekley指出：“IP產品將繼續(xù)一邊使用一邊演進，不斷發(fā)現問題和解決問題，像任何發(fā)展中的技術一樣需要進行更新和完善。”
IP行業(yè)尚須實現處理合同的標準化程序。IP功能塊以多種格式銷售，包括罕見的源代碼，直至包括GDS-II 文件和用于布局工具指令的硬IP都有。就處理器或DSP來說，軟件工程師常常需要該器件的內部結構信息，但某些供應商并不免費提供。據 Toshiba公司的Tobias說，一個IP塊銷售合同的談判要持續(xù)六個月之久?？紤]到開發(fā)時間日益縮短和市場窗口變窄，即使開發(fā)最終完成了，這么長時間的談判可能會使某一產品甚至在其開發(fā)完成后就過時了。VSIA、OCP-IP（開放式內核協議國際伙伴）以及 SPIRIT（工具流中的封裝、集成和重用IP結構）組織都正研究IP市場的方方面面，以制定各種標準化準則，用以提高有關各方的生產率。他們已取得了某些進展，有些標準已在最近出臺，但仍有大量工作要做。
致力于無線通信的TTPCom公司和從事視頻游戲市場的 Imagination 技術公司都提供專用的IP平臺。一個平臺系統由許多 IP 塊組成，其中的IP塊可能包括實現一個專用系統的軟件和硬件。Toshiba公司采用其SOC Mosaic系列產品來實現CSSP（客戶專用標準產品）IC。這一系列中的每一種IC都包含有50個或60個數字和模擬 IP塊，并允許客戶增加軟、硬件，以快速實現一種ASIC 器件。
這類IP能顯著減少深亞微米設計固有的一些問題。例如，它包含有占有最高百分比的硅器件，并解決常常對這類設計造成重大影響的寄生效應問題和功耗問題。可以預計最大的IP供應商們將推出更多的這類IP。Synopsys公司和Mentor Graphics公司很可能會證明：IP平臺是EDA市場的自然拓展。這些公司以及使用第三方IP的Cadence公司都會提供平臺與工具，從而將客戶專用的軟、硬件更有效地集成在一個設計內。圖2示出了可能發(fā)生的市場成熟度進展情況：產品的先進性與復雜程度隨工藝技術和供應商經驗的不斷改進而日益增加。
評論