أخبار

تخرج الدكتور Jianying Peng من جامعة Zhejiang ويشغل حاليًا منصب الرئيس التنفيذي لشركة Xinlai Technology.وهو مسؤول بشكل أساسي عن البحث والتطوير وإدارة السوق لمعالجات RISC-V والمنتجات الأخرى ذات الصلة.لديها سنوات عديدة من الخبرة العملية المتعلقة بتصميم المعالج.اعتادت أن تكون مديرة البحث والتطوير الأولى لمعالج Synopsys ARC وأنشأت مركز ARC China R&D ومديرة R&D لقسم وحدة المعالجة المركزية Marvel ARM.

1. ما هي العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند التخطيط لتصميم SoC

بصفتنا مورد IP لوحدة المعالجة المركزية ، لاحظنا من عملاء مختلفين أنهم يفكرون بشكل أساسي في العوامل الرئيسية التالية عند التخطيط لتصميم SoC:

● تعريف المنتج والمؤشرات الفنية الرئيسية: استهدف العملاء عمومًا الأسواق المستهدفة وسيناريوهات التطبيق ، لذا فإن التعريفات المبكرة للمنتج واضحة نسبيًا ، مثل أداء وحدة المعالجة المركزية (التكرار ، DMIPS / CoreMark ودرجات الاختبار الأساسية الأخرى) ستكون واضحة متطلبات النطاق ، قائمة مطلوب IP طرفي آخر ، والتردد والمساحة واستهلاك الطاقة للشريحة الكلية.

● خصائص الأجهزة والبنية العامة: بمجرد تحديد تعريف المنتج ، فإن الخطوة التالية هي تقسيم وظائف البرامج والأجهزة ، وتحديد خصائص وحدة الأجهزة ، وبنية SoC الشاملة (هيكل الناقل الرئيسي).حدد بنية SoC بالكامل من خلال تطبيقات محددة وتقييم الخوارزمية ، بما في ذلك هيكل الناقل ، وعدد واتصال Master / Slave ، وهيكل التخزين ، والخصائص المحددة لوحدات IP الرئيسية.خذ وحدة المعالجة المركزية كمثال ، هل تحتاج إلى وحدات معالجة مثل DSP و FPU ؛بنية التخزين (ICache / DCache ، تعليمات على الرقاقة مقترنة بإحكام SRAM ، البيانات على الرقاقة مقترنة بإحكام SRAM) والسعة ، وهيكل ناقل النظام المطلوب.

● بيئة البرامج وعادات المستخدم: بيئة البرمجيات وعادات المستخدم غير مرئية وغير ملموسة ، لكنها ضرورية لتصميم SoC.بيئة تطوير البرمجيات (IDE ، SDK ، إلخ) ، سلسلة الأدوات الأساسية (المترجم ، المصحح ، إلخ) ، دعم نظام التشغيل ... كلها مرتبطة بكفاءة وعادات تطوير البرامج لعملاء أطراف الرقائق.

● الفعالية الشاملة من حيث التكلفة للوقت والقوى العاملة وتكاليف رأس المال: تعتبر الفعالية العالية من حيث التكلفة شرطًا ضروريًا لنجاح العملاء التجاريين.يأمل الجميع في إكمال تصميم برامج وأجهزة SoC والتحقق منها في أقصر وقت وبأقل قدر من القوى العاملة.بالطبع ، يأملون أيضًا أن تكون تكاليف IP ، والشرائط اللاحقة ، وتكاليف التعبئة والتغليف والاختبار هي أكثر الأسعار المعقولة.

بالطبع ، ستكون أولوية هذه العوامل أو وزنها مختلفًا لكل عميل.منذ إنشائها قبل عامين ، شهدت Xinlai Technology هبوط RISC-V في الصين.في البداية ، بالنسبة إلى RISC-V الناشئة ، كان لدى معظم شركات تصميم SoC موقف الانتظار والترقب بسبب بيئة البرنامج وعادات المستخدم.مع التطوير القوي للنظام البيئي للبرامج والأجهزة بالكامل لـ RISC-V ، نرى الآن المزيد والمزيد من العملاء يبدأون في اختيار RISC-V نظرًا لمزايا الفعالية من حيث التكلفة ، وتعريفات المنتجات المتمايزة وقابلية التوسع المرنة.

2. ما هي المعايير الرئيسية القائمة على شركة نفط الجنوب السائدة الحالية عند اختيار عنوان IP الأساسي للمعالج؟كيف نحقق التصميم المتميز؟

توجد بالفعل معايير موحدة معينة لاختيار عنوان IP للمعالج أثناء تصميم SoC ، مثل مؤشرات الأجهزة ، ومؤشرات البرامج ، والاستقرار ، والسعر.

تشمل مؤشرات الأجهزة بشكل أساسي:

● في إطار عملية محددة ، متطلبات معلمات استهلاك الطاقة ، التردد ، المساحة ، ودرجات الاختبار المعياري لوحدة المعالجة المركزية (DMIPS ، CoreMark ، إلخ) ؛

مجموعات مختلفة من مجموعة التعليمات ، مثل مجموعة تعليمات RISC-V 32 بت أو RISC-V 64 بت ، DSP ، وحدة FPU أحادية ومزدوجة الدقة ، إلخ ؛

● هيكل وحدة التخزين وحجمها ؛

● عدد وأولوية المقاطعات وسرعة الاستجابة وما إلى ذلك ؛

نوع واجهة الحافلة المدعومة ونسبة تردد الساعة ، إلخ.

تشمل مؤشرات البرامج بشكل أساسي:

● بيئة تطوير البرمجيات المثالية ومنصة تطوير (IDE ، SDK ، إلخ) ؛

● سلسلة أدوات ناضجة ومستقرة (مترجم ، محاكي ، مصحح ، إلخ) ؛

● واجهة برمجية قياسية ومكتبة برامج خوارزمية غنية ، وما إلى ذلك ؛

● دعم برامج طرف ثالث ودود ((Segger ، IAR ، Lauterbach ، إلخ) ؛

● دعم نظام التشغيل الأساسي (RTOS ، Linux ، إلخ).

يرجع الاستقرار أساسًا إلى ضرورة التحقق من عنوان IP الخاص بوحدة المعالجة المركزية بشكل كامل ، ويجب أن يتمتع بقوة كافية في العمليات المختلفة ومنصات الاختبار.يشمل السعر بشكل أساسي رسوم التفويض وتكاليف الدعم والصيانة اللاحقة.

كيفية تزويد العملاء بتصميمات تنافسية ومميزة؟كان هذا دائمًا هو الاتجاه الذي تستكشف فيه Xinlai Technology وتعمل بجد.في الوقت الحاضر ، نعتبر بشكل أساسي الجوانب التالية:

1) IP معالج شكلي للغاية

تتضمن جميع عناوين IP الأساسية لوحدة المعالجة المركزية RISC-V مجموعة كبيرة من الخيارات القابلة للتكوين.يمكن للعملاء تكوين معلماتهم المطلوبة من خلال واجهة رسومية لتلبية متطلبات الأداء دون إهدار موارد إضافية ، مثل عدد المقاطعات والأولوية ، وحجم ICache / DCache ، هل تحتاج إلى تعليمات على الشريحة والبيانات SRAM ، وعدد دورات الضرب ، إلخ ، ثم قم بإنشاء الرمز المطلوب.

2) قابلية التوسع لمجموعة تعليمات RISC-V (تعليمات محددة من قبل المستخدم)

في تعريف مجموعة تعليمات RISC-V ، تم حجز جزء من مساحة الترميز للتعليمات التي يحددها المستخدم ، وتوفر Nuclei Technology حل تمديد NICE (ملحق الوحدة المشتركة لتعليمات Nuclei).يحلل العميل الخوارزميات التي تتطلب تسريع الأجهزة ويحدد التعليمات المقابلة وفقًا للتطبيق في مجال معين.استنادًا إلى جوهر النواة الدقيقة للمعالج RISC-V ، فإن واجهة NICE محجوزة لتحقيق وحدة التسريع للحقل المحدد.يمكن لوحدة التسريع مشاركة التخزين والموارد الأخرى مع النواة الدقيقة للمعالج ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير نسبة كفاءة الطاقة ، ويمكنها أيضًا مساعدة العملاء على تطوير منتجات ذات بنى متباينة لحقول معينة بسرعة.

3) وحدة تسريع الأجهزة للأقسام الفرعية

بالنسبة لتصميمات SoC في أقسام فرعية معينة ، توفر Sina Technology أيضًا حلولًا مختلفة لتسريع الأجهزة المرنة ، مثل وحدات تعزيز الأمان المادي للمعالج ، و lockstep ثنائي النواة ، ووحدات المتجهات ، ووحدات NPU ، إلخ.

3. ما هي التقنيات الجديدة واتجاهات التطبيق في مجال تصميم SoC التي تستحق الاهتمام بها؟

مع ظهور عصر 5G و AIoT ، تولد المزيد والمزيد من سيناريوهات التطبيقات الذكية ، وهناك أيضًا اتجاه "تصميم SoC للرقاقة المعرفة بالبرمجيات والتطبيقات" ، والذي يطرح أيضًا متطلبات جديدة للتكرار السريع للمنتج.هذا يعني أن تصميم SoC يحتاج إلى:

● حل مشاكل السيناريوهات العملية المحددة بشكل أكثر فعالية

● سرعة استجابة أسرع للسوق

● مع ميزة التمايز ومزايا التكلفة

أعتقد أن تصميم SoC الحالي يحتوي بشكل أساسي على الاتجاهات الرئيسية التالية:

● DSA (الهندسة المعمارية الخاصة بالمجال أو المسرع الخاص بالمجال) ، مسرع المعالج المساعد للتطبيقات المخصصة

الهدف من DSA هو تحسين نسبة كفاءة الطاقة في الحوسبة ، بحيث يمكنها تلبية التمايز والأمان والتوقيت المناسب لتصميم SoC في السوق.كيف تحقق هذا الهدف؟أحد المفاهيم الأساسية هو "التخصص في الصناعة التقنية".في مجال الأجهزة ، يتم استخدام أجهزة مخصصة لتلبية احتياجات مجالات معينة.لكن هذا يختلف عن أجهزة ASIC العامة.يحتاج DSA إلى تلبية احتياجات المجال وحل نوع من المشكلة بدلاً من مشكلة واحدة ، حتى يتمكن من تحقيق توازن بين المرونة والخصوصية.بقدر ما يتعلق الأمر بمجال المعالج ، يمكن تفسير DSA على أنه معجل خاص بالمجال ، أي استنادًا إلى المعالجة العامة ، يتم توسيع مُسرِّع مجالات معينة لتحسين كفاءة حل المشكلات في هذا المجال.

● منصة تصميم كاملة المكدس SoC

يمكن لمنصة تصميم SoC الكاملة أن تقلل إلى حد كبير دورة تصميم SoC التقليدية وتكلفة التصميم.يمكن لمنصة SoC الشاملة أن توفر حلاً شاملاً لبرامج SoC وتصميم الأجهزة ، بما في ذلك بشكل عام عنوان IP المشترك الأساسي ، وبنية SoC ، وحالات الاختبار ، ونظام التشغيل ، وبرامج تشغيل البرامج ، ومكتبات الخوارزميات ، وأدوات التطوير والوحدات النمطية الأخرى المطلوبة لتصميم SoC.في الوقت الحالي ، أطلقت Singular Technology حل IP متكامل يعتمد على معالج Singular's RISC-V لـ MCU و AIoT ومجالات التطبيق الأخرى ، بما في ذلك قالب SoC الشامل المدمج مسبقًا (بما في ذلك مكتبة IP الأساسية الخاصة بـ Singular ، IP الموحد واجهة وبنية الناقل ، وما إلى ذلك) ، وبرامج تشغيل الأجهزة والبرامج ، ومكتبة خوارزمية NMSIS ، وأمثلة نظام التشغيل المزروعة بالكامل ، و IDE / SDK الخاص بـ Corelay وبيئات التطوير الأخرى.دع العملاء يضمنون التخصيص حسب الطلب في تصميم SoC ، ولا تهدر الموارد ، وساعد العملاء على تقليل الاستثمار في البحث والتطوير ، وتحسين كفاءة البحث والتطوير والجودة.

● chiplet وضع مضاعفة IP الجديد

في عصر قانون ما بعد مور ، أصبح تكامل الرقائق أعلى وأعلى ، وأصبح تصميم SoC أكثر تعقيدًا.من أجل تقليل دورة تصميم شريحة SoC بأكملها وتكلفة التطوير الإجمالية ، أصبح وضع Chiplet اتجاهًا شائعًا.Chiplet هو في الواقع نرد مع وظائف معينة.استنادًا إلى نموذج Chiplet ، قم أولاً بتحليل الوظائف المعقدة التي تحتاج إلى التنفيذ ، ثم قم بتطوير أو إعادة استخدام القوالب الحالية مع عقد عملية مختلفة ، ومواد مختلفة ، ووظائف مختلفة ، وأخيراً تشكيل شريحة كاملة من خلال SiP (System in Package) تكنولوجيا التغليف .لذا فإن Chiplet عبارة عن وضع تعدد إرسال جديد لـ IP يتم توفيره في شكل قالب رقاقة.

بالإضافة إلى حل مشكلة اختلال محاذاة الدوائر الرقمية والدوائر التناظرية أو الدارات البينية على عقد العملية ، يمكن أن توفر Chiplet أيضًا مرونة أكبر في تصميم SoC.على سبيل المثال ، بعض تصميمات SoC لها متطلبات مختلفة لعدد الواجهات أو القنوات التناظرية في سيناريوهات مختلفة.إذا تم دمجها جميعًا في قالب ، فإنها تفتقر إلى المرونة ، ومن الصعب تحقيق الأداء الأمثل والوظيفة والمنطقة (المعروفة أيضًا باسم PPA)..يحل Chiplet بشكل أفضل مشكلة المرونة في السيناريوهات من خلال الرقمية والتناظرية.بالطبع ، يواجه chiplet أيضًا العديد من التحديات ، مثل توحيد الواجهة ، وتتسبب الكمية الهائلة من البيانات بين الواجهات في ارتفاع استهلاك الطاقة بسبب الترابط بين القوالب والقوالب.وقضايا أخرى.

4. ما هي التحديات التي يواجهها التصميم الحالي لشركة نفط الجنوب من حيث الأداء واستهلاك الطاقة والحجم؟ماهو الحل؟

مع تباطؤ قانون مور ، تستمر تكلفة التكنولوجيا المتقدمة (28 نانومتر-> 22 نانومتر-> 14 نانومتر-> 7 نانومتر-> 5 نانومتر) في الارتفاع ، لم يعد تصميم SoC يأمل فقط في أن تتقلص عقدة العملية لتلبية الأداء والوظيفة ومتطلبات حجم المنطقة.

في تصميم SoC ، غالبًا ما يكون الأداء والوظيفة والمنطقة غير راضين في نفس الوقت ، ويمكننا فقط محاولة تحقيق حل وسط مثالي.على سبيل المثال ، يتم استخدام تقنيات منخفضة الطاقة مثل Clock Gating و Power Gating ونطاقات الطاقة المتعددة دون التأثير على الأداء ، ولكن التكلفة هي أن المنطقة ستكون أكبر.لذلك ، لا تحتوي إستراتيجية تسوية PPA على معيار ثابت ، ولكن تحليل محدد يعتمد على التطبيق الفعلي.

لذلك ، أعتقد أن تصميم SoC لا يمكن تصميمه إلا عند الطلب ، ويمكن حل تحدي PPA بشكل أفضل عند الاقتضاء.بالطبع ، ينعكس هذا التصميم عند الطلب بشكل أساسي في نقاط دعم إعادة استخدام IP المذكورة أعلاه:

● يمكن تكوين معلمات IP المختلفة لتعدد الإرسال القابل للتكوين بدرجة عالية بمرونة وفقًا لمتطلبات PPA ، دون إهدار المنطقة واستهلاك الطاقة في ظل فرضية أداء الاجتماع ؛

● منصة تصميم SOC كاملة المكدس - وفقًا لمتطلبات PPA ، يمكنك تحديد وحدات IP المطلوبة بمرونة ، واستخدام واجهة IP موحدة لتقليل المساحة واستهلاك الطاقة للتوصيل البيني IP ؛توفير حل شامل للبرامج والأجهزة ، وزيادة تحسين تنسيق البرامج والأجهزة ، وتقسيم الوظائف معقول ، وتقليل تعقيد تصميم الأجهزة ، وما إلى ذلك.

5. ما الفرق بين متطلبات تصميم SoC في إنترنت الأشياء ومجالات الحوسبة المتطورة والحوسبة المتنقلة / أجهزة الكمبيوتر الشخصية؟كيف تختار نواة المعالج الصحيحة؟

من أجهزة الكمبيوتر الشخصية إلى الحوسبة المتنقلة (الهواتف المحمولة) ، فإن تصميم رقاقة SOC (بما في ذلك تطوير المعالج) مدفوع بشكل أساسي بالتطبيقات الفردية والمنتجات الرئيسية.في الوقت الحالي ، مع ازدهار سيناريوهات 5G و AIoT والحوسبة المتطورة وغيرها من سيناريوهات التطبيقات ، ولا توجد معايير ومواصفات صناعية واضحة ، وسيناريوهات التطبيق أكثر تنوعًا ، والطلب أكثر تجزؤًا ، والطلب على منتج واحد معتدل ، وتكرار الابتكار يصبح أسرع.هناك أيضًا حاجة إلى استجابة أسرع للسوق.لذلك ، أصبح تخصيص تصميم رقاقة SoC اتجاهًا.نظرًا لكونه عقل التحكم الكامل في SoC ، فإن المعالج ، بالإضافة إلى مؤشرات الأجهزة التقليدية لـ PPA ، وسلسلة أدوات البرامج الأساسية الكاملة والبيئة ، هو أكثر أهمية لمرونة المعالج وقابليته للتوسع لتلبية التمايز والتنويع.تصميم وإنشاء الحواجز الفنية.

لا تتمتع ARM بمزايا بيئية مطلقة في هذه المجالات الناشئة.لذلك ، سيكون RISC-V ، المفتوح وله مزايا تقنية مثل البساطة ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، والنمطية ، وقابلية التوسع ، واعدًا في مجالات الذكاء الاصطناعي للأشجار والحوسبة المتطورة والسيناريوهات التي تتطلب التخصيص.

بالإضافة إلى المرونة التقنية ، يمكن أن يوفر RISC-V مزايا تكلفة كبيرة لـ AIoT والحوسبة المتطورة وغيرها من المجالات.أشارت Semico Research ، وهي منظمة دولية لتحليل السوق ، في تقريرها المعنون "RISC-V Market Analysis: Emerging Markets" إلى أنه بحلول عام 2025 ، سيستهلك السوق إجمالي 62.4 مليار من مراكز RISC-V CPU ، والصين أكبر مساحة سوق في العالم.