Origine, tipi e applicazione di semiconduttore ip core

Nel settore dei semiconduttori, la proprietà intellettuale (IP) è più di un semplice termine, è un ponte tra innovazione e commercio.Combinando l'ingegnosità dei progettisti di chip con le caratteristiche di una merce negoziabile, IP a semiconduttore è diventata una pietra miliare del moderno design dei chip.È alla base dei progressi scientifici, guida il trading e il riutilizzo e promuove un fiorente ecosistema di fornitori e fornitori di IP specializzati.In questo articolo, approfondiremo la definizione, l'origine ed evoluzione del semiconduttore IP, esploreremo i suoi tipi e ne discuteremo l'applicazione e la pubblicità.

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Comprensione del semiconduttore IP

IP di semiconduttore, o Core IP, si riferisce a un modulo di circuito riutilizzabile pre-progettato e riutilizzabile con funzionalità indipendente utilizzata nella progettazione di circuiti integrati (IC).Come definito da Wikipedia: "Nella progettazione elettronica, un core di proprietà intellettuale a semiconduttore (core SIP), il core IP o il blocco IP è un'unità riutilizzabile di logica, cella o progettazione di layout a circuito integrato che è la proprietà intellettuale di una parte."

I core IP semplificano lo sviluppo del chip riducendo la complessità del design, accorciando i cicli di progettazione e aumentando la probabilità di implementazione di chip di successo.Funzionano come blocchi di costruzione modulari, proprio come pezzi di puzzle, consentendo ai progettisti di combinare core IP pre-verificati con i loro circuiti progettati su misura per creare chip complessi.

Ad esempio, come mostrato nella Figura 1, un chip complesso può integrare i circuiti auto-progettati (moduli verdi) con nuclei IP esternalizzati (vari blocchi di colore) per accelerare la progettazione e migliorare la funzionalità.Questo approccio rispecchia l'assemblaggio di una scheda di sistema, in cui gli sviluppatori collegano i componenti prefabbricati per creare un sistema completo.

L'origine e il ruolo del semiconduttore IP

Il concetto di IP ha avuto origine come risposta alla crescente complessità del design del chip.All'inizio, l'integrazione limitata di chip e i progetti più semplici hanno permesso agli sviluppatori di chip di gestire interi progetti in modo indipendente.Tuttavia, con l'aumentare della domanda di chip più potenti, la scala e la complessità dei design sono cresciute esponenzialmente.Alla fine degli anni '80, con l'emergere del modello di fonderia e delle aziende Fabless, divenne chiaro che i progettisti di chip di piccole e medie dimensioni avevano bisogno di un modo per gestire progetti sempre più complessi.

Ispirato agli approcci modulari utilizzati nello sviluppo del software e nei sistemi di ingegneria, i core IP sono emersi come soluzione.I moduli pre-progettati con funzionalità specifiche potrebbero ora essere riutilizzati, consentendo ai progettisti di concentrarsi sulle loro competenze chiave durante il resto.Ciò ha segnato l'inizio dell'ecosistema di sviluppo e negoziazione di PI, in cui i fornitori di IP specializzati potevano creare, commercializzare e vendere i loro progetti a una vasta gamma di società di chip.

I nuclei IP nel campo dei semiconduttori fungono da moduli di circuito autonomo che semplificano gli intricati processi integrati di costruzione (ICS).Questi core sono importanti per ridurre i tempi di progettazione e ottimizzare le prestazioni, agendo come componenti importanti nell'architettura di un chip.Proprio come la costruzione di un sofisticato puzzle, puoi integrare questi core IP pre-progettati, insieme alle proprie innovazioni, per migliorare l'efficienza e ridurre la complessità del sistema.Questo processo fa eco all'esperienza richiesta nell'elaborazione di una scheda di sistema meticolosamente disposta, in cui ogni modulo svolge un ruolo fondamentale nel raggiungere la funzionalità desiderata.

Diversi tipi di semiconduttore IP

I nuclei IP a semiconduttore sono classificati in tre tipi: morbido, fermo e duro, ciascuno corrispondente a una fase specifica del processo di progettazione del chip.Queste classificazioni riflettono il livello di completamento, flessibilità e prontezza dell'implementazione fisica del core IP.

Core soft ip

Rappresenta la fase iniziale del design IP.Viene in genere creato utilizzando un linguaggio di descrizione hardware (HDL), come Verilog o VHDL, e verificato a livello di trasferimento del registro (RTL).Questo tipo di core IP è indipendente da qualsiasi processo di produzione specifico, il che significa che può essere adattato per vari nodi tecnologici a semiconduttore e requisiti di prestazione.Il vantaggio principale del core soft sta nella sua flessibilità, in quanto viene fornito sotto forma di codice HDL.Ciò consente ai progettisti di chip di integrarlo con altri moduli e ottimizzare il design in base alle loro esigenze.Ad esempio, un core morbido per un processore può essere configurato per diverse velocità di clock o requisiti di alimentazione, rendendolo una scelta versatile per molte applicazioni.

IP Azienda Core

Si basa sul core morbido avanzando ulteriormente nel processo di progettazione.Include ulteriori passaggi come la sintesi a livello di gate e la simulazione di temporizzazione, garantendo che il design sia pronto per l'implementazione strutturale.Consegnato come netlist a livello di gate, l'azienda core colpisce un equilibrio tra flessibilità e prontezza alla progettazione fisica.Offre una maggiore prevedibilità in termini di prestazioni e tempi, ma consente comunque un certo grado di personalizzazione durante la fase di integrazione.Ad esempio, un nucleo aziendale per un'interfaccia di comunicazione come la PCIE includerebbe già informazioni strutturali dettagliate, garantendo la compatibilità e le prestazioni su varie piattaforme, fornendo spazio a piccoli aggiustamenti.

Ip hard core

È la forma più completa e rigida di progettazione IP.È completamente sviluppato e verificato a livello fisico, compresi i layout della maschera necessari per la fabbricazione.A differenza dei nuclei morbidi e fermi, il nucleo hard è legato a uno specifico processo di produzione e nodo tecnologico, che lo ottimizza per considerazioni di potenza, prestazioni e area (PPA).Poiché il core hard è specifico del processo, offre il massimo livello di prevedibilità in termini di risultati, rendendolo ideale per ogni applicazioni in cui la precisione e l'affidabilità sono fondamentali.Ad esempio, un nucleo duro per un modulo di memoria incorporato sarebbe adattato per massimizzare la densità e minimizzare il consumo di energia su un determinato nodo di fabbricazione, garantendo buone prestazioni nella progettazione finale del chip.

Questi tipi di nuclei IP sono incorporati nei progetti di chip in diverse fasi, come mostrato nella Figura 4. Il processo di progettazione inizia con lo stadio comportamentale, in cui i nuclei morbidi sono comunemente utilizzati.Durante la fase strutturale, i nuclei fermi forniscono una struttura più definita, mentre i nuclei duri vengono utilizzati nella fase di progettazione fisica finale.

La Figura 5 illustra come questi core IP si uniscono in varie fasi per formare un design completo del chip, garantendo l'efficienza, la riduzione dei tempi di sviluppo e la funzionalità migliorata.

Sviluppo e applicazione commerciale dell'IP

Lo sviluppo di un core IP richiede una profonda competenza nella progettazione IC, nei processi di produzione e nei requisiti specifici dell'applicazione.A differenza dei progettisti di chip completi, gli sviluppatori di IP si concentrano sulla creazione di progetti modulari e ottimizzati che possono essere riutilizzati in più progetti.Ciò rende lo sviluppo di PI uno sforzo di alto livello, poiché persino piccoli difetti in un core IP possono mettere a repentaglio un intero progetto di chip, costando milioni di dollari in sviluppo.

Per mitigare questi rischi, i nuclei IP sono in genere venduti con un modello di licenza che include una tassa iniziale e royalties basati sul volume di produzione di chip dell'acquirente.I fornitori di IP stabiliti, come Synopsys, ARM e Cadence, dominano il mercato, offrendo una vasta gamma di IP, da processori e moduli di memoria a interfacce analogiche e core di comunicazione.

Nuclei morbidi, fermi e duri

I core IP sono classificati in tre categorie principali: soft core, core aziendale e core hard, ciascuno indicando un livello distinto di sviluppo.I nuclei morbidi, scritti in linguaggi di descrizione hardware, forniscono flessibilità e sono indipendenti da processi specifici, fungendo da linea di base per i progetti di circuiti personalizzati.I nuclei fermi sono dotati di ulteriori specifiche di struttura e tempistica, offrendo progetti più definiti.I nuclei duri, raffinati a livello di maschera, consentono l'integrazione diretta nei progetti di chip con metriche di prestazioni ottimizzate.Esempi di spicco come IPS CPU ARM, USB, IPS WiFi e core di memoria incorporati illustrano le loro diverse applicazioni.I principali fornitori di EDA globali, come Synopsys, le quote di mercato di controllo fornendo librerie IP complete tra cui circuiti logici, interfacce analogiche, sistemi di sicurezza e altro ancora.

Lo sviluppo di IP a semiconduttore rispecchia da vicino i progressi nella tecnologia IC.I fornitori di PI si sforzano di perfezionare i moduli del circuito in elementi multiuso adatti a vari progetti di chip, mettendo in mostra un acuto attenzione alla precisione a causa delle potenziali ripercussioni anche di lievi difetti.Tipicamente caratterizzato da costi elevati, le strategie di prezzo IP comportano una combinazione di licenze e royalties legati alle quantità di produzione.Lo sviluppo di PI richiede una padronanza della progettazione, della produzione e della competenza di applicazione del mercato, con i clienti che spesso preferiscono fornitori affidabili rinomati per la garanzia della qualità su controparti meno conosciute.

Domande frequenti [FAQ]

1. Cosa significa IP nel settore dei semiconduttori?

La proprietà intellettuale a semiconduttore (IP) si riferisce a progetti di circuiti hardware proprietari autorizzati per l'integrazione in vari chip.Questi design, noti anche come "blocchi IP", fungono da singole unità funzionali o circuiti.Sono spesso personalizzati per applicazioni specifiche utilizzando tecnologie come circuiti integrati specifici dell'applicazione (ASIC) o array di gate programmabili (FPGA).I blocchi IP aiutano a semplificare il processo di sviluppo dei chip, risparmiando tempo e sforzi fornendo moduli riutilizzabili e prestabiliti.

2. Quali aziende guidano il mercato IP dei semiconduttori?

Il mercato IP dei semiconduttori è guidato da diverse aziende di spicco specializzate nella progettazione e in licenza di blocchi IP.I giocatori chiave includono:

Holdings ARM: rinomato per i suoi core IP CPU e GPU utilizzati nei dispositivi mobili e incorporati.

Sinopsys: offre un vasto portafoglio di soluzioni IP, tra cui memoria, connettività e sicurezza.

Cadenza: focalizzato sulla fornitura di protocolli IP per interfaccia e applicazioni a segnale misto.

CEVA: è specializzato in core IP relativi a DSP e AI per applicazioni come audio, visione e connettività wireless.

Tecnologie di immaginazione: noto per la sua GPU e AI Accelerator IP.

Rambus: fornisce soluzioni IP focalizzate sulla memoria e sulla sicurezza.

Ememory: offre IP per le tecnologie di memoria incorporate.

Mentor Graphics (Siemens): fornisce strumenti di progettazione e IP per la verifica e l'implementazione dei chip.

Semiconductor reticolare: si concentra sull'IP per FPGA a bassa potenza e soluzioni di connettività.

Queste aziende svolgono un ruolo importante nel consentire una progettazione di chip più veloce ed efficiente garantendo l'innovazione e la scalabilità nel settore dei semiconduttori.