ST針對芯片互連模型推出片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

獲得專利的“Spidergon”拓?fù)渥屜到y(tǒng)芯片領(lǐng)導(dǎo)者在下一個系統(tǒng)芯片浪潮中擁有決定性的優(yōu)勢

意法半導(dǎo)體近日公布了一項創(chuàng)新的片上互連技術(shù)細(xì)節(jié)，這項技術(shù)是意法半導(dǎo)體為滿足現(xiàn)在以及未來的系統(tǒng)芯片設(shè)計日益增長的需求而專門開發(fā)的。  這項叫做STNoC™ (ST 片上網(wǎng)絡(luò))的新技術(shù)以ST現(xiàn)有的片上通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并汲取了ST在片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（NoC）取得的最新的創(chuàng)新成果。  片上網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的問世對于降低下一代應(yīng)用融合產(chǎn)品的系統(tǒng)芯片成本具有非常重要的意義，特別是片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會在提高設(shè)計效率上發(fā)揮巨大的作用。  ST已經(jīng)為其創(chuàng)新的互連拓?fù)涮峤涣藢＠暾?，這項叫做Spidergon的創(chuàng)新技術(shù)比其它的片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂懈叩男詢r比。

系統(tǒng)芯片上的知識產(chǎn)權(quán)模塊之間的互連是系統(tǒng)芯片技術(shù)中最重要的問題，STNoC 正是為解決這一問題而開發(fā)設(shè)計的。通常情況下，這些模塊包括一個或多個高性能處理器核心，以及復(fù)雜的專用知識產(chǎn)權(quán)模塊，例如，音視頻編解碼器、各種連通知識產(chǎn)權(quán)模塊 (USB、以太網(wǎng)接口、 ATA、DVB-H, HDMI 等)和存儲器。雖然直到今天，這些模塊之間互連還仍然沿用傳統(tǒng)的開關(guān)電路總線，但業(yè)內(nèi)人士廣泛認(rèn)為，未來的系統(tǒng)芯片含有幾十個甚至數(shù)百個知識產(chǎn)權(quán)模塊，片上集成的晶體管數(shù)量會超過10億支，因此開發(fā)如此復(fù)雜的系統(tǒng)芯片需要一種全新的互連方法體系。

傳統(tǒng)片上總線體系結(jié)構(gòu)正在成為知識產(chǎn)權(quán)模塊通信的瓶頸，這個問題有兩方面的原因：首先，片上總線體系結(jié)構(gòu)必須不斷地進(jìn)化才能與系統(tǒng)芯片的復(fù)雜性保持同步，這意味著每個知識產(chǎn)權(quán)模塊的總線接口都必須經(jīng)常修改，結(jié)果，這種方法會延長新的系統(tǒng)芯片器件的上市時間。第二個原因是，互連線的特性不像晶體管，也不會按照摩爾定律縮減尺寸，因為需要連接更多的片上功能，每一代新技術(shù)的互連線都會變得更加復(fù)雜，結(jié)果，芯片面積、片上通信速度和總體功耗等性價比因素越來越受控于總線。ST在片光纖通信技術(shù)上取得的研發(fā)成果居世界領(lǐng)先水平，從長遠(yuǎn)看，這些成果將會徹底解決這一問題。從中期看，新的片內(nèi)互連技術(shù)必需繼續(xù)改進(jìn)性能、價格和功耗，以滿足消費者的要求。

業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是解決這一問題的最佳解決方案。從本質(zhì)上說，片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）技術(shù)取代傳統(tǒng)開關(guān)電路采用的是分組模式，這種通信方法整合了一個類似于簡化版網(wǎng)絡(luò)模型的分層協(xié)議棧。在這種情況下，只要從一個單元庫中選擇經(jīng)過驗證的IP模塊，如處理器核心、高速緩存、輸入輸出接口，以及其它的特殊IP模塊，如音視頻編解碼器，然后將其增添到系統(tǒng)芯片設(shè)計內(nèi)，這樣，這些模塊就能通過功耗和芯片面積很小的高速分組通信協(xié)議相互連通。

ST專有的 “Spidergon”拓?fù)錇槲磥淼南到y(tǒng)芯片器件提供了最佳的性價比 ，在Spidergon拓?fù)渲?，所有的IP模塊都排列成環(huán)狀，每個模塊都順時針和逆時針連接相鄰的模塊，像一個簡易的多角形環(huán)狀 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此外，每個IP模塊還直接連接網(wǎng)絡(luò)中的對角模塊，這種連接方式允許路由算法最大限度地減少數(shù)據(jù)包在到達(dá)目的地前必須穿越的節(jié)點數(shù)量。這種拓?fù)涞囊粋€特別重要的優(yōu)點是，功能示意圖（左側(cè)圖示是一個16個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)圖）相當(dāng)于一個互連線只在一個點交叉的簡易平面示意圖（如右圖所示），這個優(yōu)點十分有利于將理論方法轉(zhuǎn)化成性價比最大化的實際解決方案。




因此，與其它的拓?fù)湎啾?，Spidergon的增值點是能夠為片上網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供合適的性價比。例如，像2D-網(wǎng)絡(luò)這樣的拓?fù)潆m然在理論上能夠提供高速通信能力，但是因為路由器端口和連線數(shù)量過多而導(dǎo)致該拓?fù)湓谛酒系膶崿F(xiàn)成本昂貴；而且，因為實際的嵌入式應(yīng)用中通信流量的性質(zhì)，理論上提供的連通性不可能在芯片領(lǐng)域得到全面運用。另一方面，簡易的拓?fù)淙绛h(huán)形網(wǎng)絡(luò)雖然制造成本低廉，但是片內(nèi)通信速度相對較慢，特別當(dāng)系統(tǒng)芯片內(nèi)的模塊數(shù)量不斷增加時（實際上，所有的應(yīng)用都在增加模塊數(shù)量），通信速度慢的缺點更加明顯。

“半導(dǎo)體行業(yè)人士承認(rèn)，在某一段時間內(nèi)，系統(tǒng)芯片的前景在于片上網(wǎng)絡(luò)，” 意法半導(dǎo)體先進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)部（Advanced System Technology）主管系統(tǒng)技術(shù)的副總裁兼副總經(jīng)理Alessandro Cremonesi表示，“系統(tǒng)芯片制造商要解決的問題是：在以最大限度縮減芯片面積和設(shè)計周期為主要需求的工業(yè)內(nèi)，推動這個新興的系統(tǒng)芯片設(shè)計模型的使用。利用ST的Spidergon拓?fù)?，我們可以將知識產(chǎn)權(quán)模塊固定在單元庫內(nèi)，根據(jù)客戶的需求將模塊整合在一起，以即插即用的方式添加到設(shè)計中，快速開發(fā)業(yè)內(nèi)性價比最高的系統(tǒng)芯片器件?！?

STNoC是一個根據(jù)分層方法學(xué)設(shè)計的高度靈活、可升級的片上微型分組通信網(wǎng)絡(luò)。 Spidergon體系結(jié)構(gòu)的最重要特點是，概念上的拓?fù)浜喴仔钥梢赞D(zhuǎn)化成最具成本效益的硅實現(xiàn)技術(shù)，其中兩種關(guān)鍵組件是路由器和網(wǎng)絡(luò)接口。 而且，因為配置功能易于控制，這個特殊的Spidergon拓?fù)錅p少了同類模塊的數(shù)量，大幅度縮短了驗證時間，使維護(hù)、支持和集成變得更加容易（更少的人工時數(shù)），這是一個重要的戰(zhàn)略要求。 

STNoC技術(shù)給系統(tǒng)設(shè)計人員帶來了巨大的好處，包括最小芯片面積和最低的互連復(fù)雜性產(chǎn)生的內(nèi)在的成本效益，設(shè)計人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用開發(fā)，利用強(qiáng)大的服務(wù)質(zhì)量(QoS) 支持，無需針對每個應(yīng)用評估不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹TNoC的網(wǎng)絡(luò)接口的另一個重要優(yōu)點是允許任何IP協(xié)議如AXI、OCP或 STBus 轉(zhuǎn)換成通信分組數(shù)據(jù)。 由于允許根據(jù)應(yīng)用流量刪除沒用的組件和鏈路來縮減體系結(jié)構(gòu)， STNoC 實際上能夠支持從樹狀到環(huán)形直至 Spidergon的各種拓?fù)洹?

雖然目前市場上有各類片上網(wǎng)絡(luò)方法，但是，因為性價比具有實際的伸縮性，STNoC 是唯一的一個提出開發(fā)路線圖計劃滿足從現(xiàn)在到未來的需求的技術(shù)?，F(xiàn)今的系統(tǒng)能夠受益于互連線數(shù)量減少、端到端對網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的完全分離、多IP協(xié)議支持以及高效服務(wù)質(zhì)量（QoS），同時未來的先進(jìn)的多處理器體系結(jié)構(gòu)可以定義在STNoC 復(fù)雜的靈活的特性之上，這些特性能夠以最有成本效益的方式實現(xiàn)優(yōu)異的性能和可靠的片內(nèi)互連。

“現(xiàn)有的系統(tǒng)芯片設(shè)計模型還能維持幾年，但很快就會退出主流，” Cremonesi說，“顯然片上網(wǎng)絡(luò)將會掀起系統(tǒng)芯片設(shè)計的下一個浪潮，但是，很多方法都不能承認(rèn)系統(tǒng)芯片設(shè)計制造存在的商業(yè)現(xiàn)實性。ST的 Spidergon拓?fù)鋵峁┳罴训男詢r比，并鞏固ST在系統(tǒng)芯片市場上的領(lǐng)導(dǎo)地位?！?