如何有效地集成SoC并实现通信？

1984年由Sun Microsystems的John Gage提出的“网络就是计算机”被证明是极富洞察力的。这次是在SoC领域内重新出现的想法。芯片中相互通信的功能（不是通过简单的电线而是通过诸如交换机，协议转换器，打包器等复杂的网络元素进行通信）与通过机柜内的网络进行通信的计算机组没有太大的不同，或者一个房间，早在1984年。

在使用SoC之前，工程师们可以通过一束电线将数据从A板连接到B板。最大的担忧是管理电线长度并确保A和B使用完全相同的协议进行通讯，仅此而已。真正的动作是在计算元素中。然后，在这些珍贵的组件之间布线是一个简单的设计任务。

从电线到有源总线逻辑

随着SoC功能的增长，将整个电路板甚至更大的系统整合到单个芯片上成为可能，所有这些芯片都由中央处理器（CPU）或处理器集群控制。每个CPU都运行软件来协调系统，以处理需要灵活性软件启用的功能。提供处理器的Arm等公司的解决方案增长迅速。其他供应商也紧随其后，包括除CPU以外的其他功能的知识产权（IP）提供商。首先，通过提供外围IP来处理许多接口协议，然后发展为用于无线通信，图形处理，音频，计算机视觉和人工智能（AI）的专用处理器。片上工作存储器，高速缓存，与片外或片外DRAM的双倍数据速率（DDR）接口以及更多内容，也添加到了此列表中。

准备将许多强大的功能集成到高级SoC中，但是它们将如何通信？不通过直接连接，因为整个芯片将被电线覆盖。CPU和内存在确定接下来要维修的内容时会缓慢进行。取而代之的是，所有这些流量都必须通过有坡道计费的高速公路。如果IP要与CPU对话，反之亦然，则必须等待转弯才能进入高速公路。

公共汽车不再只是笨拙的电线。有逻辑来监视发生了什么以及下一步允许什么，以及对受支持的数据进行排队以使它们以不同的速度在各个域之间流动。流水线寄存器有助于在满足时序约束的同时跨越很大的距离。许多集成团队将其称为“总线结构”，通过控制逻辑，混合，寄存器和先入先出排队来编织连接。

总线架构不断发展

既然有了总线结构的体系结构，就可以想象出针对不同目的的不同体系结构。仅高级微控制器总线体系结构（AMBA）系列就具有多种风味，每种风味都有其自身的优势和局限性。可能在复杂的SoC中需要几个。但是还有另一种截然不同的技术，即片上网络（NoC），其概念完全不同，并且不会将互连通信和物理传输紧密耦合，从而提供了新的架构选择。在我的下一个博客中，我将更多地讨论这些选项的相对优势。

NoC互连是SoC架构。资料来源：Arteris IP

还有另一个重要的考虑因素。现在，典型的SoC将围绕许多第三方IP和一些具有定制优势的集成商自己的IP构建。但是优势是多少？竞争对手可以购买相同的第三方产品，从而稀释了差异化的可能性。然后，挑战就变成了设计团队如何有效地集成SoC。

好消息是，还有足够的空间可以做到这一点。带宽，吞吐量，服务质量（QoS），功耗，安全性和成本都由集成决定。这些因素受已实施的通信体系结构（很可能是NoC）的影响，如下一个博客所示。最终，使芯片具有竞争力的是精心选择IP和片上通信体系结构。
编辑：hfy