什么是SoC（源引自 http://www.elenchina.com/bbs.do?method=view&id=1440&code=plate02）

• SoC技术的发展

　　集成电路的发展已有40 年的历史，它一直遵循摩尔所指示的规律推进，现已进入深亚微米阶段。由于信息市场的需求和微电子自身的发展，引发了以微细加工（集成电路特征尺寸不断缩 小）为主要特征的多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的发展。随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代，在单一集成电路芯片上就可以实现一个复 杂的电子系统，诸如手机芯片、数字电视芯片、DVD 芯片等。在未来几年内，上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。 SoC ( System - on - Chip)设计技术始于20世纪90年代中期,随着半导体工艺技术的发展, IC设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上, SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。1994 年Motorola发布的Flex Core系统(用来制作基于68000和PowerPC的定制微处理器)和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC,可能是基于IP ( Intellectual Property)核完成SoC设计的最早报导。由于SoC可以充分利用已有的设计积累,显著地提高了ASIC的设计能力,因此发展非常迅速,引起了工业 界和学术界的关注。

• SoC基本概念

　　SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术, 用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从 广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处 理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。

　　SoC定义的基本内容主要表现在两方面:其一是它的构成,其二是它形成过程。系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器 CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块,对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块,更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他应用软件)模块或可载入的用户软件等。系统级芯片形成或产生过程包含以下三个方面:

　　1) 基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证;
　　2) 再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术,特别是大容量的存储模块嵌入的重复应用等;
　　3) 超深亚微米(UDSM) 、纳米集成电路的设计理论和技术。

　　

• SoC设计的关键技术

　　具体地说, SoC设计的关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实 现技术等,此外还要做嵌入式软件移植、开发研究,是一门跨学科的新兴研究领域。

• SoC的发展趋势及存在问题

　　当前芯片设计业正面临着一系列的挑战,系统芯片SoC已经成为IC设计业界的焦点, SoC性能越来越强,规模越来越大。SoC芯片的规模一般远大于普通的ASIC,同时由于深亚微米工艺带来的设计困难等,使得SoC设计的复杂度大大提 高。在SoC设计中,仿真与验证是SoC设计流程中最复杂、最耗时的环节,约占整个芯片开发周期的50%～80% ,采用先进的设计与仿真验证方法成为SoC设计成功的关键。SoC技术的发展趋势是基于SoC开发平台,基于平台的设计是一种可以达到最大程度系统重用的 面向集成的设计方法,分享IP核开发与系统集成成果,不断重整价值链,在关注面积、延迟、功耗的基础上,向成品率、可靠性、EMI 噪声、成本、易用性等转移,使系统级集成能力快速发展。

• 什么是SOC

　　随着设计与制造技术的发展，集成电路设计从晶体管的集成发展到逻辑门的集成，现在又发展到IP的集成，即SoC(System on a Chip) 设计技术。SoC可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。虽然SoC 一词多年前就已出现，但到底什么是SoC则有各种不同的说法。在经过了多年的争论后，专家们就SoC的定义达成了一致意见。这个定义虽然不是非常严格，但 明确地表明了SoC的特征：

　　实现复杂系统功能的VLSI；

　　采用超深亚微米工艺技术；

　　使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（DSP）；

　　外部可以对芯片进行编程。

　　怎样去理解

　　SoC中包含了微处理器/微控制器、存储器以及其他专用功能逻辑，但并不是包含了微处理器、存储器以及其他专用功能逻辑的芯片就是SoC。SoC技术 被广泛认同的根本原因，并不在于SoC可以集成多少个晶体管，而在于SoC可以用较短时间被设计出来。这是SoC的主要价值所在——缩短产品的上市周期， 因此，SoC更合理的定义为：SoC是在一个芯片上由于广泛使用预定制模块IP(Intellectual Property)而得以快速开发的集成电路 。 从设计上来说，SoC就是一个通过设计复用达到高生产率的硬件软件协同设计的过程。从方法学的角度来 看，SoC是一套极大规模集成电路的设计方法学，包括IP核可复用设计/测试方法及接口规范、系统芯片总线式集成设计方法学、系统芯片验证和测试方法学。 SOC 是一种设计理念，就是将各个可以集成在一起的模块集成到一个芯片上，他借鉴了软件的复用概念，也有了继承的概念。也可以说是包含了设计和测试等更多技术的 一项新的设计技术。

　　SOC的一般构成

　　从大处来分，SOC含有：

　　1.逻辑核包括CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I/O端口以及用于各种IP核之间的粘合逻辑等等；

　　2.存储器核包括各种易失、非易失以及Cacha等存储器；

　　3.模拟核包括ADC、DAC、PLL以及一些高速电路中所用的模拟电路。

　　目前 SOC遇到的难题

　　今天SoC的发展也至少遇到了以下四大难以逾越的挑战：

　　第一．IP的种类和复杂度越来越大以及通用接口的缺乏均使得IP的集成变得越来越困难；

　　第二．当今的高集成度SoC设计要求采用更先进的90nm以下工艺技术，而它将使得功率收敛和时序收敛的问题变得更加突出，这将不可避免地导致更长的 设计验证时间；

　　第三．很难在SoC上实现模拟、混合信号和数字电路的集成；

　　第四．先进SoC开发的NRE成本动辄数千万美元，而且开发周期很长。

　　SoC技术的一大关键优势是它可以降低系统板上因信号在多个芯片之间进出带来的延迟而导致的性能局限，它也提高了系统的可靠性和降低了总的系统成本。 此外，在PCB板空间特别紧张和将低功耗视为第一设计目标的应用中，如手机，SoC常常是唯一的高性价比解决方案。

　　什么是VLSI：将晶体管、电阻、电容、二极管等电子组件整合装至一芯片(chip)上，由于集成电路的体积极小，使电子运动的距离大幅缩小，因此速 度极快且可靠性高，集成电路的种类一般是以内含晶体管等电子组件的数量来分类：

　　MSI (中型集成电路)，晶体管数 100~1,000

　　LSI (大规模集成电路)，晶体管数 1,000~10,0000

　　VLSI (超大规模集成电路)，晶体管数 100,000~

　　什么是IP核：IP核是具有复杂系统功能的能够独立出售的VLSI块。