如何構(gòu)建“全能”芯片
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芯片設(shè)計(jì)在許多方面都面臨各種不同的挑戰(zhàn)，需要網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)以及芯片技術(shù)來解決。歸根結(jié)底，客戶總是希望降低總系統(tǒng)成本，提高產(chǎn)品性能和贏利性。這樣，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)芯片的公司能否成功滿足客戶需求，將決定它們?cè)诮窈髱啄甑陌l(fā)展前途。
今天，設(shè)計(jì)人員面臨的主要問題是如何構(gòu)建具備全功能、能處理各種應(yīng)用的單芯片。構(gòu)建全功能芯片的成本較高，需要相當(dāng)?shù)呐?，大大超過了構(gòu)建小芯片的水平。因此，目前我們比以往更需要確保首次設(shè)計(jì)的成功率，否則就可能損失大筆投資，并嚴(yán)重降低芯片設(shè)計(jì)投資回報(bào)。
同時(shí)，具備不同功能的芯片實(shí)現(xiàn)功能整合，有望最終減少芯片數(shù)。例如設(shè)計(jì)工程師要解決的是如何在手機(jī)芯片技術(shù)中集成存儲(chǔ)芯片技術(shù)，并在手機(jī)中集成射頻技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 技術(shù)。
在上述情況下，我們要解決的問題可以歸結(jié)為：如何讓不同的智能塊協(xié)同工作，這相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)不同智能塊的集成，換言之，也就意味著如何最大化芯片效率和性能水平。
另一大重要的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為：我們正從小型芯片設(shè)計(jì)過渡到復(fù)雜架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這些復(fù)雜架構(gòu)和系統(tǒng)往往包括多種芯片。隨著單一功能芯片向 SoC 的發(fā)展，上述發(fā)展趨勢(shì)也是一
同時(shí)，由于性能是最重要的因素，因此我們對(duì)芯片速度的要求和強(qiáng)調(diào)有所降低。芯片的工作速度以往總是主要的設(shè)計(jì)問題。不過現(xiàn)在，速度只是越來越多的變量、因素和特性中的問題之一，芯片設(shè)計(jì)人員必須考慮各種各樣的問題。例如，以前 DSP 制造商總是把 DSP 速度作為第一宣傳要素，而現(xiàn)在他們則要嚴(yán)肅對(duì)待芯片的大小以及與其他芯片的互操作性，而這正是由客戶需求推動(dòng)著的。
芯片設(shè)計(jì)人員已經(jīng)證實(shí)，他們能夠不斷提升芯片時(shí)鐘速度。但功耗會(huì)隨著速度的提升不斷增大，這就使芯片封裝和系統(tǒng)設(shè)備的溫度越來越高。盡管提高了帶寬并增加了功能特性，但設(shè)備的功耗要求仍與十年前的水平相當(dāng)。因此，盡管 SoC 集成技術(shù)廣泛而深入地發(fā)展著，但功耗問題仍將長(zhǎng)期存在。
以網(wǎng)絡(luò)處理器芯片技術(shù)為例，我們的目標(biāo)是既要確保讓芯片具備適當(dāng)流量管理功能和服務(wù)質(zhì)量功能，又要確保芯片的快速運(yùn)行和高度集成。因此，芯片設(shè)計(jì)人員必須推出功能更多樣化、外形更小巧的芯片，同時(shí)確保其具有更快的速度，又不會(huì)造成更大的功耗。這樣，對(duì)于過去基本的、相對(duì)單一的芯片設(shè)計(jì)，我們目前所面臨的就必然是多方面的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
通道密度的重要性不斷提升，這也對(duì)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響。通道密度關(guān)系到給定芯片空間中能夠容納的語音、數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)量。在千兆以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)處理器和 DSP 應(yīng)用中，了解如何提高芯片集成的通道數(shù)量是至關(guān)重要的。我們要設(shè)計(jì)強(qiáng)大可靠的芯片，提高給定芯片空間中容納的語音、數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)量，這與芯片的時(shí)鐘速度一樣重要，有些時(shí)候其重要性甚至高于單純的時(shí)鐘速度。事實(shí)上，確保低功耗往往是最大化通道密度的瓶頸所在。
在無線網(wǎng)絡(luò)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)和芯片將各種不同的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)集成到盡可能少的系統(tǒng)和芯片中，這種做法日益普遍。例如，我們會(huì)用單芯片在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)上集成異步傳輸模式和因特網(wǎng)協(xié)議技術(shù)。
就以太網(wǎng)芯片領(lǐng)域而言，目前的發(fā)展趨勢(shì)仍是利用高度集成的 SoC 芯片來設(shè)計(jì)電信和企業(yè)系統(tǒng)。這種情況下，我們遇到的挑戰(zhàn)是如何將網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)和高密度千兆以太網(wǎng)技術(shù)集成到同一平臺(tái)上，這樣做是在低成本以太網(wǎng)基礎(chǔ)局端上實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商級(jí)特性所必需的。
同時(shí)，軟件也在芯片設(shè)計(jì)工作中發(fā)揮了日益重要的戰(zhàn)略性技術(shù)作用。簡(jiǎn)而言之，芯片設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，軟件是讓產(chǎn)品獨(dú)樹一幟的重要因素，相關(guān)設(shè)計(jì)工作的廣度目前和今后都將不斷增大?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員面臨的軟件設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)大大超過了以往的水平。
鑒于上述情況，芯片設(shè)計(jì)在許多方面都面臨各種不同的挑戰(zhàn)，需要網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)以及芯片技術(shù)來解決。歸根結(jié)底，客戶總是希望降低總系統(tǒng)成本，提高產(chǎn)品性能和贏利性。這樣，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)芯片的公司能否成功滿足客戶需求，將決定它們?cè)诮窈髱啄甑陌l(fā)展前途。
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