对于大多数的系统级芯片(SoC)设计来说，最关键的任务不是RTL编码，甚至不是创建芯片架构。今天，SoC的设计主要是使用来自多家供应商的各种硅知识产权(IP)模块。这使得管理硅IP成为SoC设计过程中的主要任务。
一般来说，新编写的RTL程序代码还占不到SoC设计的十分之一。通常，这种高级芯片架构的决策也是比较明确的：在标准数据总线或片上网络(NoC)结构上的变化，或反映结构分层应用中的主要数据流。
但设计中的每个IP可能都有数十种类型和数百个实例需要管理。芯片设计人员必须定义需求，选择供应商和特定产品，进行必要的定制，设置配置参数，并将IP实例集成于一个有效且可测试的系统中。这个过程将消耗大部分的项目资源，直到物理设计。
这一现实使得管理IP的专业能力成为SoC设计成功的重要因素。获取IP的关键信息——特别是供应商支持、详细规格和文档、修复bug以及来自大型、有影响力的IP供应商的定制支持能力——成为一个很关键的问题。另外，IP模块日益增长的复杂性也增加了IP管理的挑战。
图1：IP管理是SoC设计成功的一个重要考虑因素。(来源：Faraday Technology)
这种情况为设计合作领域增添了新的维度。许多SoC设计团队通过设计服务公司来补充其团队的特定技能——例如进行物理设计。
在某些情况下，这种补充已扩大为全面的合作伙伴关系，设计合作伙伴在设计过程中会承担许多步骤。而在极端情况下，客户在合作开始时可能只有SoC的功能描述或仅有纸上的草图。
然而，随着IP成为关注的焦点，客户要求设计合作伙伴也承担起IP管理的责任。事实上，这对客户来说可发挥强大的杠杆作用。让我们仔细看看这个新的合作伙伴关系意味着什么，以及它对理想的设计合作意味着什么。
只有少数SoC设计关系是从一张餐巾纸上潦草的草图开始的。然而，在更多情况下，客户对于一些主要的IP模块只有概念性的了解。例如，客户可能知道他们需要用于物联网(IoT)芯片的低功耗人工智能(AI)加速器模块。然而，他们可能几乎没有关于这些复杂IP模块如何在不同设计中运行或它们内部结构的信息。
或者，一个团队可能正在为其SoC中的新功能编写代码，但不知道如何选择和配置RISC-V CPU核，以便满足时序和功耗限制。然而另一个客户可能准确地知道其设计的UCIe接口要求，但不确定如何配置可用的UCIe接口IP模块来满足这些要求。
这些差异使得灵活地管理变得至关重要。设计合作伙伴应该能够随时从概念到网表的任何阶段加入项目，并与客户的设计团队顺利配合。最开始的目标应该是与客户合作完善IP要求——从概念到功能规格再到详细的接口、功耗/性能/面积和布局要求——以便合作伙伴可以为设计中的每个实例选择最佳的IP。
有了需求，客户和设计合作伙伴就将选择要使用的IP。在这一点上，合作伙伴的角色与传统聘请设计师的思路有所不同。合作伙伴与IP供应商的合作深度变得更至关重要。
图2：IP选择现在是SoC设计项目的关键部分。(来源：Faraday Technology)
理想情况下，合作伙伴应自行开发并维护其IP库。这样，合作伙伴便可以快速将需求与其库存进行匹配。如果配对接近但不完美，IP开发团队可依照文档、工具和资源来根据客户的特定需求定制IP模块。
在选择、定制和授权IP方面，合作伙伴不仅需要熟练的设计工程师，还需要更多其他优势，包括拥有广泛的经硅验证IP产品组合，以及设计并维护这些IP模块的工程团队。
有时候，没有合适的供应商。这时就需要IP外包团队，这是一个专门负责建立和维护第三方IP关系的工程团队。这样的团队拥有庞大的全球IP供应商网络，确保能够满足客户的要求。
拥有久经考验的IP授权和与第三方IP供应商建立开发关系的全球网络以及一支致力于维护该网络的团队，至关重要。客户应着重调查潜在设计合作伙伴与ARM以及不断发展的RISC-V供应商生态系统的关系。
SoC客户将深入参与IP集成。IP实例必须正确配置，然后连接到芯片的总线或网络架构。必须验证组装的SoC设计的正确运行。功能设计以外的重要问题，如测试架构、电源管理和频率架构，最好统一解决。
第一步是连接，从选择具有必要接口的IP模块开始。但有些模块可能需要定制才能完美满足接口要求。而在其他情况下，集成团队可能必须在设计区域之间建立包装器、控制器或网关。拥有这种内部专业知识的大型IP设计团队可以节省大量时间。
验证同样具有挑战性。通常，IP模块的行为并不符合在组装SoC设计中的预期或描述。在这种情况下，内部IP设计团队也非常有价值。即使使用外部IP，设计合作伙伴通常也可以在不需要第三方供应商加入的情况下解决问题。
在电源管理和测试设计中，详细了解IP模块的内部也很有用。模块的设计可能涉及特定的测试策略、BIST与外部存取、睡眠模式以及如何部署电源或频率门控等。
这些选择必须在整个设计中协调一致，以产生具有最小测试时间和有效芯片电源管理策略的SoC。做出这些选择可能需要设计人员深入研究IP模块的内部。
当今SoC设计的理想合作伙伴还应拥有广泛的内部IP产品组合与第三方供应商网络，并建立一支独立的工程团队来支持这两方面。此外，还必须要有一个灵活的参与模式，根据客户的资源和专业知识，在客户和合作伙伴团队之间执行任务。
IP在SoC设计中的主导地位改变了设计任务的本质，以及客户对设计合作伙伴的期望。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：System-on-chip (SoC) design is all about IP management，由Susan Hong编译)
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