Арно Рудольф

    Изменения в подходах и методах разработки сложных систем, происходящие сегодня, затрагивают буквально всех системных разработчиков, разработчиков и производителей ASIC- (Application Specific Integrated Circuits) устройств, EDA- (Electronic Design Automation) компании, а также в не меньшей степени и конечных потребителей. Так, для специалистов по ASIC все чаще используемое понятие однокристальной системы SoC (System on chip) означает, что подготовка к безболезненной интеграции внутренних, внешних продуктов (или виртуальных компонентов) заказчика, а также разработок, являющихся его интеллектуальной собственностью (Intellectual Property IP), становится не менее важной, чем, скажем, ориентация на самые передовые технологии производства.

Однокристальные системы

    Понятие однокристальной системы (SoC), строго говоря, не является чем-то абсолютно новым. Производители полупроводников уже используют его на протяжении ряда лет для обозначения матриц простых вентильных структур для RAM, ROM и макросов типа умножителей или приемопередатчиков (UART). Но лишь с момента перехода разработчиков на высокоуровневые языки программирования и RTL (Register Transfer Language) стало возможным значительное повышение вложенности и сложности систем.
    В принципах и подходах разработка ASIC сегодня переживает настоящий переворот, становясь с использованием готовых функциональных модулей все более системно-ориентированной при непрерывном росте сложности схем, что стало возможным с началом освоения 0,35-мкм технологии. К примеру, фирма Fujitsu уже сегодня предлагает плотность упаковки до 2М вентилей в своей серии 0,35-мкм БИС CE61. При этом 0,25-мкм ASIC-технология позволяет разместить в корпусе со стороной 16 мм до 6М вентилей, а 0,18-мкм более 10М!
    Все это приводит к тому, что процесс разработки обычными методами и, как следствие, появление конечных продуктов уже начинают отставать от стремительно развивающихся потребностей реального рынка. И ориентация на традиционный VHDL/VERILOG-подход при разработке ряда сложных устройств неминуемо приводит к упущению рыночных возможностей. Единственный выход из создавшегося положения создание новых методов разработки на основе более высокой степени абстракции, с использованием предварительно определенных виртуальных компонентов с известными параметрами или IP.
    А в среде крупных производителей полупроводников в последнее время все отчетливей прослеживается тенденция к переходу от функциональности, изначально заложенной производителем, к системному консалтингу и IP-интеграции, превращение "кремниевых фабрик" в провайдеров интегральных продуктов. Безусловно, традиционное кремниевое производство пока сохранится, но его потребителям придется самим решать вопросы, связанные с применением IP, их интеграцией и т. п.

Страх перемен

    Как и в случае с любыми другими изменениями, вначале имеет место значительное сопротивление со стороны непосредственных пользователей новшеств. Одним из часто приводимых ASIC-разработчиками аргументов "против" опасение потерять ноу-хау. Эту же причину обычно выдвигают производители полупроводников и систем EDA при продвижении на рынок разработок в виде вентилей (вместо транзисторов) и систем симуляции на уровне вентилей (вместо использования, например, пакета Spice). Однако если внимательнее приглядеться к изменениям, происходящим в деятельности разработчиков при переходе на новые принципы работы, все опасения исчезнут. Ответственность за функционирование технологии теперь переходит к производителю. А ноу-хау пользователя при новом подходе просто реализуется на более высоком уровне: на уровне системной архитектуры, а не схемной реализации проекта. ASIC-дизайнер, начинающий работать по новым правилам, быстро теряет привычку к использованию более сложных и специализированных компонентов, а не тех, что уже разработаны и оптимизированы другими специалистами: управляющих контроллеров, цифровых сигнальных процессоров, ЦАП и АЦП. Ибо какой смысл постоянно вкладывать средства в разработку одного и того же?
    Факты говорят сами за себя. Если необходимо соответствовать быстро изменяющимся потребностям рынка, нельзя тратить годы в тестировании на соответствие стандартам. На это был затрачен труд других специалистов. К примеру, модули PCI, SCSI, IEEE1394 и т. д. уже сейчас предлагаются фирмой Fujitsu в виде виртуальных компонентов. Более сложные интегральные продукты типа MPEG2-декодера или DSP-ядра также могут быть лицензированы на основе тех же принципов. В ближайшем будущем ожидается резкое расширение закупок ноу-хау в форме VC/IP для их применения в качестве строительного материала в SoC.
    Существенным показателем всякого вновь создаваемого электронного функционального блока будет уже не столько то, насколько искусно он спроектирован, сколько каким образом он соответствует требованиям целой системы. Результатом может оказаться (возможно, не-ожиданно для его создателя) классический ASIC-продукт, т. е. используемый внутри лишь одной компании-производителя, что вполне естественно, если основной целью и было создание такого изделия или же защита схемотехнических секретов разработчика.
    В противоположность вышеописанному это может быть и вариант стандартного блока, иными словами, ASIC, разработанный для применения другими. Преимущества такого подхода в том, что за счет значительно большего объема сбыта появляется возможность снижения стоимости модуля или полного удовлетворения потребно-сти в нем какого-то отдельного направления деятельности при спрогнозированном спросе. В данном случае такая компания-разработчик уже на пути к тому, чтобы стать IP-провайдером.

Движущие силы

    В реальной жизни движущая сила любого процесса часто находится за его пределами. Полупроводниковая промышленность выпускает все больше продуктов, но в конце концов всегда требует все новых и новых рынков для того, чтобы окупить вложения в научные исследования, процессы разработки и производства по субмикронным технологиям. А EDA-компании со своей стороны предлагают все более и более высокие уровни абстракции описания проектов и системной симуляции, давая в руки системного архитектора инструментальные средства, позволяющие реализовывать на практике самые смелые замыслы, несколько лет назад казавшиеся прямо-таки безумными, которые также требуют более совершенную технологическую базу.
    Таким образом, получается замкнутый круг Почти. Никогда не следует забывать и того, кто за все это в итоге платит, конечного потребителя. Тем более, если вспомнить, что наибольшее применение однокристальные системы нашли в областях, лишь совсем недавно ставших реальностью: мультимедиа, мобильных коммуникациях.
    Открытие системными пользователями для себя IP-продуктов из других рыночных сегментов и попытки применения их в своей области деятельности могут привести к появлению новых, неизвестных доселе изделий и рынков. Однако, влияние непредсказуемости реакции потребительского рынка на вновь создаваемые или потенциальные продукты может быть значительно уменьшено за счет предельно низкой стоимости системной разработки. Последнее обстоятельство является дополнительным аргументом в пользу сокращения цикла разработки и повышения ее гибкости на основе использования готовых функциональных модулей.

Виртуальные компоненты

    Какие же типы виртуальных компонентов (VC) уже доступны сегодня или только проектируются, откуда их можно ожидать завтра? Во-первых, в области цифровых технологий уже существует большое количество автономных универсальных устройств: фильтров, сигнальных процессоров, универсальных контроллеров, периферийных интегральных модулей, АЦП и ЦАП. Вместе с тем на рынке присутствуют многопрофильные производители, поддерживающие разработки для самых разных областей применения. К примеру, фирма Fujitsu открыла для себя широкую сферу деятельности в области ASIC-разработок в Европе, включая аналого-цифровые устройства, микроконтроллеры, высокочастотные и сетевые продукты.
    Долгое время приоритетным направлением деятельности Fujitsu были разработка и производство устройств памяти, что позволило создать совершенно новый тип изделия DRAM ASIC, дающее возможность интегрировать в ASIC-системы блоки памяти DRAM емкостью по 8 Mбит (на базе технологического процесса 64-Mбит DRAM). Таким образом, для ряда направлений разработки законченных систем могут быть проведены и самими производителями VC-компонентов. В других областях, например DSP-процессорах, необходима кооперация с так называемыми IP-провайдерами, среди которых можно упомянуть ARC, лицензированного Fujitsu и рядом других компаний, предлагающий гибкое и наращиваемое RISC-ядро, легко адаптируемое под конкретные системные требования.
    Как видно из последнего примера, развитие событий в области разработки привносит в жизнь не только новые разновидности компонентов, но и новые типы компаний IP/VC-провайдеры, предлагающие не законченные изделия в общепринятом смысле, а некую разновидность Software. Третий, не менее важный источник VC существующие модули и блоки самих системных пользователей, хотя понятие IP-собственности в данном случае не всегда очевидно, что подтверждается множеством дискуссий, возникающих вокруг права вторичного использования разработок.
    Следует отметить: даже будучи виртуальными, компоненты стоят вполне реальных денег, и необходимо привыкнуть к мысли, что, скажем, стоимость 200-Msps 10-разрядного ЦАП все равно будет ощутима и в составе ASIC-системы. Но несомненно то, что она будет значительно ниже цены его дискретного аналога, поскольку классическая формула "стоимость ИМС складывается из мировых цен на кремний, стоимости совокупного времени разработки и корпусирования" уже не работает.

Стандарты

    Для того, чтобы интегральные продукты разных производителей могли легко интегрироваться в единую систему, необходимо проведение хотя и рутинной, но чрезвычайно важной работы по подготовке стандартов и инструментальной базы.
    Именно с этой целью и был создан альянс VSIA Virtual Socket Initiative Alliance, одним из основателей которого выступила фирма Fujitsu. К настоящему времени более 150 институтов и компаний, представляющих значительную часть продукции на рынке полупроводников, уже приступили к проведению совместных семинаров с целью объединения своих усилий в этом направлении.
    Резюмируя все вышесказанное, можно с уверенно-стью утверждать, что кардинальные изменения в области ASIC-разработок уже не за горами.

Центр разработок ASIC
Fujitsu Mikroelektronic
Перевод А. Щербакова