Руководство по полупроводниковым IP-ядрам

Интеллектуальная собственность, о которой пойдет речь в этой статье, является одновременно техническим термином и товаром. Он объединяет мудрость разработчиков микросхем и обладает атрибутами товара и интеллектуальной собственности, которые можно продвигать, продавать и применять. Таким образом, в полупроводниковой промышленности ведется научная и коммерческая деятельность, такая как разработка интеллектуальной собственности, торговля интеллектуальной собственностью и повторное использование интеллектуальной собственности, а также есть некоторые компании, которые называются поставщиками интеллектуальной собственности и поставщиками интеллектуальной собственности.

Каталог

Ⅰ Что означает IP полупроводника?

Ⅱ Происхождение и роль ИС

Ⅲ Типы IP и примеры.

Ⅳ Разработка и применение ИС

Ⅰ Что означает IP полупроводника?

IP ( интеллектуальная собственность ) в полупроводниковой промышленности также называется IP core , что относится к зрелой конструкции схемных модулей с независимыми функциями в микросхеме.

Википедия: «В электронном проектировании полупроводниковое ядро интеллектуальной собственности ( ядро SIP ), IP-ядро или IP-блок представляет собой многократно используемую единицу логической конструкции, ячейки или компоновки интегральной схемы, которая является интеллектуальной собственностью одной стороны».

Конструкция схемного модуля может быть применена к другим проектам проектирования микросхем, которые включают в себя модуль схемы, что позволяет сократить трудозатраты на проектирование, сократить цикл проектирования и повысить вероятность успеха проектирования микросхемы. Полупроводниковое IP-ядро также можно понимать как средний строительный блок конструкции чипа.

Вообще говоря, сложная микросхема состоит из схемной части, разработанной самим разработчиком микросхемы, и нескольких подключенных внешних IP-ядер. Как показано на рисунке 1, для разработки чипа с такой структурой компания-разработчик может передать на аутсорсинг все IP-ядра чипа (модули разных цветов) и спроектировать только творческую и самостоятельно разработанную часть чипа (отмечена зеленым цветом). и соедините детали.

Рисунок 1. Деталь собственной разработки и несколько IP-ядер объединены вместе, образуя конструкцию сложного чипа.

Процесс проектирования микросхемы на рисунке 1 аналогичен процессу разработки системной платы на рисунке 2, который представляет собой процесс компоновки, размещения и подключения сигналов к существующим, зрелым IP-ядрам (или микросхемам), и этот процесс можно назвать повторным использованием IP-ядра. Разница в том, что в системной плате помимо микросхемы и линий связи разработчики системы редко разрабатывают собственные микросхемы. В процессе проектирования чипа, помимо использования сторонних IP-ядер на чипе, вообще говоря, разработчик чипа также должен спроектировать часть своей собственной схемы и завершить соединение сигналов между различными частями и, наконец, всю Функция чипа и выполнение предварительных многократных проверок и проверок.

Рисунок 2. Сборка сложной микросхемы из IP-ядер, аналогично сборке полноценной системной платы с микросхемами.

Если приведенное выше введение все еще кажется слишком профессиональным, вы также можете использовать аналогию конструкции микросхемы с головоломкой, вы можете абстрактно понять микросхему, показанную на рисунке 1, в головоломку, показанную на рисунке 3. Переданные на аутсорсинг IP-ядра различных функций в Чип представлен блоками разного цвета, а части схемы, созданные самостоятельно, представлены зелеными блоками, поэтому процесс проектирования сложного чипа подобен попытке собрать эту картину. То же самое и в том, что существующие блоки (IP-ядра) используются для сборки красивой картинки (сложного чипа). Разница в том, что, хотя на изображении необходимо учитывать только форму блока, при проектировании чипа необходимо учитывать множество параметров и показателей IP-ядра и правильно соединить каждое IP-ядро и самостоятельно спроектированную деталь, чтобы обеспечить правильную работу. и производительность всего чипа.

Рисунок 3. IP-ядра упрощают проектирование сложных микросхем, а повторное использование IP похоже на «головоломку»

IP-ядра используются другими компаниями-разработчиками микросхем и известны в отрасли как IP-мультиплексирование. Специально разработанный относительно независимый функциональный модуль схемы, цель которого - продвигать другие компании, занимающиеся разработкой микросхем, для повторного использования, эта проектная работа называется разработкой IP . Компания, специализирующаяся на IP-разработке, называется IP-вендором или IP-провайдером. Поставщики интеллектуальной собственности, продающие интеллектуальную собственность компаниям, занимающимся разработкой микросхем, представляют собой своего рода торговлю интеллектуальной собственностью.

Ⅱ Происхождение и роль ИС

Происхождение IP следует понимать с самого начала процесса проектирования чипов. Масштаб интеграции ранних микросхем ограничен, сложность конструкции невелика, все схемы на чипе выполняются разработчиком чипа самостоятельно. Компании, производящие микросхемы с низким уровнем проектирования и ограниченными возможностями, могли разрабатывать только небольшие и простые микросхемы. Компании, производящие микросхемы с высоким уровнем проектирования и возможностями, могут разрабатывать только микросхемы с крупномасштабными и сложными функциями. Первые высококачественные чипы в основном принадлежат небольшому числу крупных международных компаний-производителей микросхем.

В современном информационном обществе требования к чипу растут, размер чипа увеличивается в геометрической прогрессии, сложность резко возрастает. Малым и средним компаниям по производству микросхем самостоятельно выполнить сложную конструкцию чипа стало практически невозможно. Особенно в конце 1980-х годов возникла индустрия интегральных схем, возникла литейная бизнес-модель, появилось большое количество малых и средних компаний по разработке микросхем (Fabless). В этот период индустрия проектирования микросхем должна срочно решить проблему, связанную с тем, что небольшие компании, производящие микросхемы, не могут разрабатывать большие чипы.

Есть много вдохновляющих идей по решению этой проблемы. Например, строительные блоки и игрушки для рисования головоломок; проектирование крупных машин из стандартных деталей; проектирование большого программного обеспечения с помощью вызовов программных подпрограмм (или промежуточного программного обеспечения); создание больших электронных систем с микросхемами и т. д. Идея состоит в том, чтобы повторно использовать заранее разработанные зрелые компоненты для создания более сложных систем, исключая рассмотрение внутренних проблем компонентов.

Разработка IP-ядра и повторное использование IP в индустрии проектирования микросхем вдохновлены этими идеями, а IP-ядра аналогичны вышеупомянутым строительным блокам, которые представляют собой заранее разработанные схемные модули с независимыми функциями. Благодаря таким строительным блокам, как IP-ядра, проектирование больших и сложных микросхем становится проще, сокращается время цикла и становится легче добиться успеха.

В настоящее время многие малые и средние компании, занимающиеся разработкой микросхем, имеют ограниченные возможности и уровень проектирования, но из-за необходимости захватить рынок и сократить цикл проектирования микросхем они передают на аутсорсинг множество IP-ядер для завершения своих собственных проектов по разработке микросхем. Число IP-разработчиков и IP-провайдеров в отрасли растет и становится все более профессиональным. Появляются различные функции и типы IP-ядер, торговая деятельность IP становится все более распространенной, а сумма транзакций становится все больше.

Ⅲ Типы IP и примеры.

Существует три уровня IP-ядер: поведение, структура и физический, которые соответствуют трем типам IP-ядер, а именно: мягкое ядро IP, разработанное на языке описания аппаратного обеспечения, твердое ядро IP, которое завершает описание структуры, и жесткое ядро IP, основанное на физическое описание и проверено процессом.

1. IP Soft Core : это схемный модуль, разработанный на языке описания аппаратного обеспечения (HDL) с независимыми функциями. Что касается степени конструкции микросхемы, она была оптимизирована и функционально проверена только на уровне проектирования RTL и обычно предоставляется пользователю в текстовой форме HDL. Следовательно, он не содержит никакой информации о физической реализации, и, таким образом, программное ядро IP не зависит от производственного процесса.

Приобретя программное ядро IP, пользователь может синтезировать правильный список соединений для проектирования уровня схемы затвора и выполнить последующее структурное проектирование с большой гибкостью. С помощью инструментов синтеза EDA пользователи могут легко синтезировать другие программные IP-ядра, а также самостоятельно разрабатывать детали схем и создавать микросхемы с различной производительностью в соответствии с различными полупроводниковыми процессами.

2. Фирменное ядро IP : оно спроектировано между программным ядром IP и жестким ядром IP, что не только завершает всю разработку программного ядра IP, но также завершает такие аспекты проектирования, как синтез схемы уровня затвора и моделирование синхронизации. Обычно он предоставляется пользователю в виде списка соединений цепей уровня шлюза.

3. IP Hard Core : обеспечивает схемные модули на уровне маски на заключительном этапе проектирования схемы. Жесткие ядра IP обеспечивают предсказуемость результатов и могут быть оптимизированы по мощности и размеру для конкретного процесса или конкретного поставщика IP.

Таким образом, три типа IP-ядер являются продуктами проектирования функционального модуля схемы на разных стадиях проектирования, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Различные типы IP-ядер доступны на разных этапах проектирования функционального модуля схемы.

После тщательной оценки и выбора пользователи приобретают IP-ядра у поставщиков IP и приступают к разработке собственных чипов. Как уже говорилось ранее, сложный чип обычно состоит из купленного IP-ядра и схемной части, спроектированной самим пользователем. Процесс проектирования чипа включает три этапа: поведенческий, структурный и физический. Работу на этапах поведенческого и структурного проектирования обычно называют внешним проектированием, а работу на этапе физического проектирования обычно называют внутренним проектированием. Диаграмма на рисунке 5 показывает, что различные типы IP-ядер добавляются к общей конструкции чипа на разных этапах проектирования.

Рисунок 5. Три типа IP-ядер объединяются в конструкцию на разных этапах проектирования чипа, образуя единое целое.

Примерами IP-ядер обычно являются различные типы IP-ядер ЦП ARM . Многие поставщики IP предоставляют IP-ядра DSP, IP-ядра USB, IP-ядра PCI-X, IP-ядра WiFi, IP-ядра Ethernet, IP-ядра встроенной памяти и т. д. Существует большое разнообразие IP-ядер.

Если разделить их на широкие категории, их можно разделить на IP процессора и микроконтроллера, IP памяти, IP периферийных устройств и интерфейсов, IP аналоговых и гибридных цепей, IP связи, IP изображений и носителей и т. д.

Некоторые из крупных мировых поставщиков EDA также являются поставщиками интеллектуальной собственности. Например, Synopsys в США может предоставить тысячи различных типов IP, включая логические библиотеки, встроенную память, аналоговые библиотеки, проводные и беспроводные интерфейсы, безопасность, встроенные процессоры, подсистемы и т. д.

Ⅳ Разработка и применение ИС

Из рисунков 3 и 4 видно, что разработка полупроводникового IP-ядра относительно похожа на процесс проектирования ИС: оба должны идти в ногу с тенденцией развития технологии ИС, постоянно накапливать технологии проектирования микросхем и понимать темпы разработки микросхем. разработка производственного процесса. Разница в том, что бизнес-модель компаний, занимающихся разработкой микросхем, заключается в разработке целых чипов и их выводе на рынок для получения прибыли от продаж чипов. Разработчики IP не проектируют весь чип, они проектируют только определенные функциональные модули чипа, стремление к созданию этих функциональных модулей (IP-ядер) является наиболее оптимальной конструкцией. Разработчики IP стремятся, чтобы многие компании, занимающиеся разработкой микросхем, могли приобрести эти IP-адреса для принятия и реализации прибыли от продаж IP.

Однако техническая сложность и требования к разработке ИС очень высоки, и это не то, чем хочет заниматься любая компания, занимающаяся разработкой ИС. IP-ядра как строительные блоки проектирования микросхем можно сравнить со строительными блоками проектирования программного обеспечения (промежуточного программного обеспечения). Строительные блоки программного обеспечения могут скрыть небольшие недостатки, интегрированное системное программное обеспечение также может быть внедрено в практические приложения, путем внесения исправлений и обновлений, чтобы продолжать совершенствоваться.

IP-ядро должно быть очень совершенным, без каких-либо дефектов. Потому что любой небольшой дефект в IP-ядре может повлиять на успех или неудачу всей сложной конструкции чипа, влияя на миллионы или даже сотни миллионов долларов, потраченных на все входные и выходные данные разработки чипа. Поэтому сложные IP-ядра чрезвычайно дороги: от сотен тысяч до миллионов долларов. Чтобы облегчить продвижение и сократить инвестиции пользователей в НИОКР, поставщики IP обычно используют бизнес-модель, взимающую первоначальную плату за лицензию на IP + последующие роялти, рассчитываемые на основе поставок чипов.

Вторая причина заключается в многопараметрических требованиях IP, включая технологические узлы, мощность, энергопотребление, производительность и т. д. Это требует от разработчиков IP очень хорошо знакомых с проектированием микросхем, производственными процессами и промышленными приложениями. Третье — требования пользователя к надежности провайдера IP, включая техническую мощь, влияние и стабильность компании. Пользователям сложно принять IP от более мелкого, нестабильно развитого поставщика IP, даже если эти IP дешевы или даже бесплатны. Пользователи предпочитают покупать более дорогие IP-адреса, предоставленные известными и крупными поставщиками IP-адресов, поскольку такие IP-адреса имеют гарантию качества и гарантии последующего обслуживания.

Frequently Asked Questions

1. Что такое интеллектуальная собственность в полупроводниковой промышленности?

полупроводниковая интеллектуальная собственность (Интеллектуальная собственность полупроводников) Собственные конструкции аппаратных схем, лицензированные для использования в различных микросхемах, обычно изготавливаемые с нуля с использованием методов специализированной интегральной схемы (ASIC) или программируемой вентильной матрицы (FPGA). «IP-блок» — это отдельная функция или схема.

2. Какие компании являются ключевыми на рынке полупроводниковой интеллектуальной собственности?

Рынок полупроводниковой интеллектуальной собственности включает такие ключевые компании, как Arm Holdings, Synopsys, Cadence, CEVA, Imagination Technologies, Rambus, eMemory, Mentor Graphics и Lattice Semiconductor.