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January 10, 2021

escolhas complexas do projeto da Sistema-em-microplaqueta (SoC): RISC-V e plataforma do projeto do SoC

O Dr. Jianying Peng graduou-se da universidade de Zhejiang e é atualmente o presidente executivo da tecnologia de Xinlai. É principalmente responsável para o R&D e a gestão do mercado de processadores de RISC-V e de outros produtos relacionados. Tem muitos anos de experiência de trabalho relacionada do projeto do processador. Usou-se para ser o gerente superior do R&D do processador do ARCO de Synopsys e estabeleceu-se o centro do R&D de China do ARCO, e o gerente do R&D do departamento do processador central do BRAÇO da maravilha.

1. O que são os fatores principais a considerar ao fazer o planeamento do projeto do SoC

Como um fornecedor do IP do processador central, nós observamos dos clientes diferentes que consideram principalmente os seguintes fatores principais ao fazer o planeamento do projeto do SoC:

●Definição de produto e indicadores técnicos chaves: Os clientes gerais visaram mercados-alvo e encenações da aplicação, definições de produto tão adiantadas são relativamente claros, como o desempenho do processador central (frequência, DMIPS/CoreMark e outras pontuações básicas) serão exigências claras do espaço, lista do outro IP periférico exigido, e consumo da frequência, da área e da potência da microplaqueta total.

●Características do hardware e arquitetura total: Uma vez que a definição de produto é determinada, o passo seguinte é dividir as funções do software e do hardware, para determinar as características do módulo de hardware, e a arquitetura total do SoC (estrutura do ônibus principal). Determine a arquitetura inteira do SoC com as aplicações específicas e a avaliação do algoritmo, incluindo a estrutura do ônibus, o número e a conexão de mestre/escravo, a estrutura do armazenamento, e as características específicas dos módulos chaves do IP. Tome o processador central como um exemplo, você precisam unidades de processamento tais como DSP e FPU; estrutura do armazenamento (ICache/DCache, instrução da em-microplaqueta acoplou firmemente SRAM, dados SRAM firmemente acoplado da em-microplaqueta) e capacidade, e a estrutura exigida do ônibus de sistema.

●Hábitos da ecologia e do usuário do software: Os hábitos da ecologia e do usuário do software são invisíveis e intangíveis, mas são essenciais ao projeto do SoC. Ambiente de programação de software (IDE, SDK, etc.), corrente básica da ferramenta (compilador, depurador de programas, etc.), apoio do sistema operacional… Estes todos são relacionados à eficiência e aos hábitos da programação de software de clientes terminais da microplaqueta.

●Rentabilidade detalhada do tempo, da mão de obra, e de custos principais: A rentabilidade alta é uma condição necessária para o sucesso de clientes comerciais. Todos espera terminar o projeto e a verificação do software e do hardware do SoC no tempo o mais curto e com menos quantidade de mão de obra. Naturalmente, igualmente esperam que os custos do IP, tapeouts subsequentes, empacotando e testando custos são os preços os mais razoáveis.

Naturalmente, a prioridade ou o peso destes fatores serão diferente para cada cliente. Desde seu estabelecimento 2 anos há, a tecnologia de Xinlai testemunhou a aterrissagem do RISC-v em China. Inicialmente, para o RISC-V emergente, a maioria de empresas do projeto do SoC guardaram uma atitude de esperar-e-ver devido à ecologia do software e aos hábitos do usuário. Com o desenvolvimento vigoroso do ecossistema inteiro do software e do hardware de RISC-V, agora nós vemos cada vez mais clientes começar escolher RISC-V devido às vantagens da rentabilidade, de definições de produto diferenciadas e da escalabilidade flexível.

2. Que são os critérios principais baseados no grosso da população atual SoC ao escolher o IP do núcleo do processador? Como conseguir o projeto diferenciado?

Há certamente determinados padrões unificados para a seleção do IP do processador durante o projeto do SoC, tal como indicadores de hardware, indicadores do software, estabilidade, e preço.

Os indicadores de hardware incluem principalmente:

●Sob um processo específico, uma frequência, uma área, umas exigências do parâmetro do consumo de potência, e umas pontuações típicas da avaliação de desempenho do processador central (DMIPS, CoreMark, etc.);

●Combinações diferentes do grupo de instrução, tais como RISC-V de 32 bits ou de instrução 64-bit de RISC-V grupo, DSP, única e precisão dobro FPU, etc.;

●Estrutura e tamanho da unidade de armazenamento;

●O número e a prioridade das interrupções, da velocidade da resposta, etc.;

●Relação apoiada do tipo de relação do ônibus e da frequência de pulso de disparo, etc.

Os indicadores do software incluem principalmente:

●Ambiente de programação de software e plataforma perfeitos do desenvolvimento (IDE, SDK, etc.);

●Corrente madura e estável da ferramenta (compilador, emulador, depurador de programas, etc.);

●Relação de software padrão e biblioteca de software rica do algoritmo, etc.;

●Software support da terceira amigável ((Segger, IAR, Lauterbach, etc.);

●Apoio do sistema operacional do grosso da população (RTOS, Linux, etc.).

A estabilidade é principalmente porque o IP do processador central precisa de ser verificado inteiramente, e deve ter o suficiente vigor em processos e em plataformas diferentes do teste. O preço inclui principalmente taxas da autorização e custos subsequentes do apoio e de manutenção.

Como fornecer clientes os projetos competitivos e diferenciados? Este foi sempre o sentido em que a tecnologia de Xinlai é de exploração e de trabalho duramente. Presentemente, nós consideramos principalmente os seguintes aspectos:

1) IP altamente configurável do processador

Todo o processador central IPs do núcleo RISC-V inclui uma riqueza de opções configuráveis. Os clientes podem configurar seus parâmetros exigidos através de uma relação gráfica para cumprir exigências do desempenho sem desperdiçar recursos adicionais, tais como o número de interrupções e prioridade, tamanho de ICache/DCache, você precisa a instrução da em-microplaqueta e os dados SRAM, o número de ciclos da multiplicação, etc. Gerencia então o código exigido.

2) A escalabilidade do grupo de instrução de RISC-V (instruções definidas pelo utilizador)

Na definição do grupo de instrução de RISC-V, a parte do espaço de codificação foi reservado para instruções definidas pelo utilizador, e a tecnologia dos núcleos fornece (uma solução AGRADÁVEL da extensão da extensão da Co-unidade da instrução dos núcleos). O cliente analisa os algoritmos que exigem a aceleração do hardware e define as instruções correspondentes de acordo com a aplicação em um campo específico. Baseado no núcleo do microkernel do processador de RISC-V, a relação AGRADÁVEL é reservado realizar a unidade de aceleração para o campo específico. A unidade de aceleração pode compartilhar do armazenamento e dos outros recursos com o microkernel do processador, que pode extremamente melhorar a relação do uso eficaz da energia, e pode igualmente ajudar clientes rapidamente a desenvolver produtos com arquiteturas diferenciadas para campos específicos.

3) Módulo da aceleração do hardware para subdivisões

Para projetos do SoC em determinadas subdivisões, Sina Technology igualmente fornece soluções flexíveis diferentes da aceleração do hardware, tais como os módulos do realce da segurança física do processador, o lockstep do duplo-núcleo, os módulos do vetor, os módulos de NPU, etc.

3. Que novas tecnologias e tendências da aplicação no campo do projeto do SoC valha a pena pagar a atenção?

Com o advento do 5G e da era de AIoT, as encenações cada vez mais inteligentes da aplicação são nascidas, e há igualmente uma tendência da “aplicação e do projeto software-definido do SoC da microplaqueta”, que igualmente propõe exigências novas para a iteração rápida do produto. Isto significa que necessidades do projeto do SoC:

●Resolva os problemas de encenações práticas específicas mais eficazmente

●Velocidade mais rápida da resposta do mercado

●Com vantagens da diferenciação e do custo da característica

Eu penso que o projeto atual do SoC tem principalmente as seguintes tendências chaves:

●DSA (arquitetura específica do domínio ou acelerador específico do domínio), um acelerador do co-processador para aplicações dedicadas

O objetivo do DSA é melhorar a relação do uso eficaz da energia da computação, assim que pode melhor encontrar a diferenciação, a segurança, e a oportunidade do projeto do SoC ao mercado. Como conseguir este objetivo? Um dos conceitos do núcleo “está especializando-se na indústria técnica”. No campo do hardware, o hardware dedicado é usado para encontrar as necessidades de campos específicos. Mas isto é diferente do hardware geral de ASIC. O DSA precisa de encontrar as necessidades de um campo e de resolver um tipo de problema um pouco do que um único problema, assim que pode conseguir um equilíbrio da flexibilidade e da especificidade. Tanto quanto o campo do processador, o DSA pode ser interpretado como o acelerador específico do domínio, isto é, baseado no processamento geral, os campos de um acelerador são expandidos com certeza para melhorar a eficiência de resolver problemas neste campo.

●plataforma do projeto do SoC da Completo-pilha

A plataforma do projeto do SoC da completo-pilha pode extremamente reduzir o ciclo de projeto do SoC e o custo tradicionais do projeto. A plataforma de uma parada do SoC pode fornecer uma solução total para o software do SoC e o projeto de hardware, incluindo geralmente o IP comum básico, a arquitetura do SoC, as situações de teste, o sistema operacional, os motoristas de software, as bibliotecas do algoritmo, as ferramentas de desenvolvimento e os outros módulos exigidos para o projeto do SoC. Presentemente, a tecnologia singular lançou uma solução do IP da completo-pilha baseada no processador do RISC-V do singular para MCU, AIoT e outros campos da aplicação, incluindo um molde total pre-integrado do SoC (que incluem a biblioteca básica do IP do singular, relação do IP e estrutura unificada do ônibus, etc.), motoristas do software e do hardware, de algoritmo de NMSIS biblioteca, exemplos inteiramente transplantados do sistema operacional, e IDE/SDK de Corelay próprio e outros ambientes de desenvolvimento. Deixe clientes assegurar a personalização por encomenda no projeto do SoC, não desperdice recursos, não ajude clientes a reduzir o investimento do R&D, e melhoram a eficiência e a qualidade do R&D.

●modo de multiplexação novo do IP do chiplet

Na era da lei do cargo-Moore, a integração da microplaqueta está obtendo mais altamente e mais alto, e o projeto do SoC está tornando-se cada vez mais complicado. A fim reduzir o ciclo de projeto inteiro do SoC da microplaqueta e o custo de desenvolvimento total, o modo de Chiplet transformou-se uma tendência popular. Chiplet é realmente um dado com determinadas funções. Baseado no modelo de Chiplet, decompõe primeiramente as funções complexas que precisam de ser executadas, a seguir para desenvolver ou reutilizar dados existentes connosco diferentes do processo, materiais diferentes, e funções diferentes, e para formar finalmente uma microplaqueta completa com a tecnologia de empacotamento do sorvo (sistema no pacote). Assim Chiplet é uma multiplexação nova do IP modo-fornecida sob a forma da microplaqueta morre.

Além do que a resolução do problema do desalinhamento de circuitos digitais e de circuitos análogos ou de relação em nós do processo, Chiplet pode igualmente fornecer a maior flexibilidade no projeto do SoC. Por exemplo, os projetos de algum SoC têm exigências diferentes para o número de relações ou de canais análogos em encenações diferentes. Se todos são integrados em um dado, faltam a flexibilidade, e é difícil conseguir o desempenho ótimo, a função e a área (igualmente conhecidos como PPA). Chiplet melhora resolve o problema da flexibilidade nas encenações com digital e análogo. Naturalmente, o chiplet igualmente enfrenta muitos desafios, tais como a normalização da relação, e a enorme quantidade dos dados entre relações causa o consumo do poder superior causado pela interconexão entre dados e dados. E outras edições.

4. Que desafios faz o SoC atual a cara do projeto em termos do desempenho, do consumo de potência e do tamanho? Que é a solução?

Com retardar da lei de Moore, o custo da tecnologia avançada (28nm->22nm->14nm->7nm->5nm) continua a aumentar, projeto do SoC pode já não somente esperar que o nó do processo encolhe para cumprir as exigências do tamanho do desempenho, da função e da área.

No projeto do SoC, o desempenho, a função e a área não são satisfeitos frequentemente ao mesmo tempo, e nós podemos somente tentar conseguir um acordo perfeito. Por exemplo, as tecnologias tais como o pulso de disparo que bloqueia, poder que bloqueia, e os domínios múltiplos do poder são usados sem afetar o desempenho, mas o custo da baixa potência são que a área será maior. Consequentemente, a estratégia do acordo de PPA não tem um padrão consistente, mas uma análise específica baseada na aplicação real.

Consequentemente, eu penso que projeto do SoC pode somente ser por encomenda projetado, e o desafio de PPA pode melhor ser resolvido quando apropriado. Naturalmente, este projeto por encomenda é refletido principalmente nos pontos de apoio da reutilização do IP mencionados acima:

●Os parâmetros IP-diferentes do IP da multiplexação altamente configurável podem flexivelmente ser configurados de acordo com exigências de PPA, sem desperdiçar a área e o consumo de potência sob os locais de encontrar o desempenho;

●projeto queconcorda às exigências de PPA, você do SOC da Completo-pilha pode flexivelmente selecionar os módulos exigidos do IP, e usa uma relação unificada do IP para reduzir o consumo da área e da potência da interconexão do IP; forneça uma solução total para o software e o hardware, e aumentar mais o projeto da coordenação do software e do hardware, divisão da função é razoável, reduz a complexidade do projeto de hardware, etc.

5. Que é a diferença entre as exigências para o projeto do SoC no Internet das coisas e de campos de computação da borda e na computação móvel/computadores pessoais? Como escolher o núcleo direito do processador?

Dos computadores pessoais à computação móvel (telefones celulares), o projeto do SOC da microplaqueta (que inclui o desenvolvimento do processador) é movimentação principal por únicas aplicações e pelos produtos básicos. Presentemente, com 5G, AIoT, computação da borda e outras encenações da aplicação florescer, e não há nenhuns padrão do setor e especificação claros, as encenações da aplicação são mais diversificadas, a procura é mais fragmentada, a única procura do produto é moderado, e a iteração da inovação torna-se mais rapidamente. Há igualmente uma necessidade para uma resposta mais rápida do mercado. Consequentemente, a personalização do projeto do SoC da microplaqueta transformou-se uma tendência. Porque o cérebro inteiro do controle do SoC, do processador, além do que os indicadores de hardware tradicionais de PPA, corrente básica completa e ecologia da ferramenta de software, é mais importante para a flexibilidade e a escalabilidade do processador encontrar a diferenciação e a diversificação. Projeto, e o estabelecimento de obstáculos técnicos.

O BRAÇO não tem vantagens ecológicas absolutas nestes campos emergentes. Consequentemente, RISC-V, que está aberto e tem vantagens técnicas tais como a simplicidade, o consumo da baixa potência, a modularidade, e a escalabilidade, estará prometendo nos campos de AIoT e computação e encenações da borda que exigem a personalização.

Além do que a flexibilidade técnica, RISC-V pode igualmente trazer vantagens custadas significativas a AIoT, à computação da borda e aos outros campos. A pesquisa de Semico, uma organização da análise do mercado internacional, indicou em seu relatório intitulado de “análise do mercado RISC-V: Os mercados emergentes” que se calcula que em 2025, o mercado consumirá um total de 62,4 bilhão núcleos do processador central de RISC-V, e China terão o espaço o maior do mercado do mundo.

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