芯片设计｜SoC芯片设计流程 与 软硬件协同设计

Question

如题所述

Answer 1

SoC设计与传统的ASIC设计存在显著差异，主要体现在两大方面。SoC设计强调硬件与软件的协同作用，将硬件和软件视为一个整体系统，使得设计工程师在进行系统设计时，必须从硬件和软件两个角度进行综合考虑。这一特点与传统设计方法形成鲜明对比，后者通常在纸上绘制系统结构图，这使得设计工程师难以对结构进行定量评估。同时，传统的设计流程可能导致系统结构的修改变得困难，且软件开发无法在详细的硬件设计平台上进行。

为了解决上述问题，软硬件协同设计应运而生。这种方法通过将软硬件设计同步进行，在系统定义的初期即紧密结合，使得软件设计者在硬件设计完成前即可获得虚拟硬件平台，从而在该平台上开发应用软件、评估系统结构设计，实现硬件设计工程师和软件设计工程师的协同工作。软硬件协同设计不仅能够显著减少产品开发时间，还大大提高了芯片一次流片成功的概率，与传统的硬件与软件开发分离的设计方法形成鲜明对比。

在软硬件协同设计流程中，主要包括以下几个步骤：

1. **系统需求说明**：首先确定所需功能，形成技术文档，并初步确定设计流程。
2. **高级算法建模与仿真**：使用高级语言如C或C++创建整个系统的高级算法模型和仿真模型，提供软硬件协同仿真的基础。
3. **软硬件划分过程**：决定哪些功能应由硬件实现，哪些功能应由软件实现，是一个需要反复评估和修改的过程。
4. **软硬件同步设计**：在明确分工与接口定义后，进行软硬件的同步设计。
5. **硬件系统测试**：最后一步是进行硬件系统测试，根据设计层次结构制定测试策略。

此外，基于标准单元的SoC芯片设计流程同样重要。SoC设计采用IP核为基础，借助分层次的硬件描述语言和EDA工具进行设计。该设计流程包括硬件设计定义、模块设计与IP复用、顶层模块集成、前仿真、逻辑综合、版图布局规划、功耗分析、单元布局与优化、静态时序分析、形式验证、可测性电路插入、时钟树综合、布线设计、寄生参数提取、后仿真、ECO修改以及物理验证等步骤。

在SoC设计中，除了关注硬件设计指标如芯片面积、速度、功耗、可测性与可靠性外，还需要综合考虑设计周期、进度与人力资源安排，以确保产品成功推出市场。采用合理的流程与工具，SoC设计能够实现高效协同，满足市场对快速、高质量产品的需求。