混合接口协议

持续和普遍的连接需要设备支持多个接口协议,但这是建立在不同层次的问题,因为每个协议是基于一组不同的假设。

这正明显变得更加系统更加异构和越来越多的功能塞进这些设备。有更多的协议需要支持启用这些功能,和更多的假设不交织在一起。这些假设关心的一些事务分类和语义,例如,影响整个系统的设计。这使得它更难混合交易,同时保留“正确”执行。

“它可以不清楚‘正确的’意味着在某些情况下,“泰Garibay说,首席技术官ArterisIP。“例如,AXI协议包括独立的读和写交易渠道,指定写事务根本不是命令读取,但强烈要求彼此。的(OCP协议指定一个常见命令通道,需要读和写,共享相同的TagID为了处理。”

在安巴AXI和AHB(OCP已经存在了很长时间,接口协议景观持续发展。手臂已经发布了ACE和太极等标准,和初创公司像SiFive正在productize TileLink。

再加上把缤纷的专有的内部协议,几乎每一个主要的半导体供应商继续支持,和可能的交互功能,假设和约束已经无法有效验证和验证,Garibay说。“也许最大的问题是,这些协议的架构师负责整合所有功能系统很少有专家在所有这些接口。即使有每个协议在SoC项目的专家,这些专家将需要自己支持的形式验证的IP,交通发电机,和性能模型,它可以成为一个非常昂贵的需求很快。”

工程团队设计以太网控制器,串行总线接口,或USB集线器,通常有两个层次的接口协议,产品营销经理马克·克拉说导师,西门子业务。“有一个内部总线,像一个安巴,还有外部接口,外围接口。设计团队做的极其复杂,彻底的验证和分析。他们想看的每一角落和缝隙的规范标准,每个以太网模式,或不管它们是verifying-every配置(4或8位宽,单个或多个破裂),任何变化,他们正试图覆盖所有的他们。这是因为他们创造设计IP。像西北公司逻辑,PCI Express和MIPI接口控制器设计IP,必须建立通用的东西,这样他们就可以扩大他们的市场。这样,他们使用时非常严格的验证工具和验证IP验证他们的IP设计。”

系统公司设计的SoC-level-the客户设计IP公司许可的手臂面料,也许CCI或CCN织物,克拉说。“这些公司许可系统级IP缓存控制器,内存控制器,皮质处理器,然后在外围控制器集成。现在他们正在寻找的是一个更广泛的范围,而且在某些方面更复杂的验证环境,因为现在他们正在结合USB控制器和以太网接口和所有的桥梁和一切。当你看到每一个验证IP组件,他们更关心做所有的详细规范的合规检查从头到尾地。”

验证问题
考虑从SoC互连结构的角度来看,有多个接口协议,通常情况下,创造了明显不对称,使验证,观察塞尔吉奥•Marchese技术营销经理OneSpin解决方案。“即使超严格的验证协议检查是很容易的,至少对于像安巴标准接口,可以利用assertion-based贵宾为正式的优化工具。确保正确的数据在正确的时间到达正确的位置通常是十分困难的。”

与多个协议在起作用,个别案例场景的数量成指数增加。即使对于一个貌似简单AXI-to-AXI桥,双方操作在不同的数据宽度和事务分割或聚合在一起,有很多场景需要考虑。再加上不同的时钟域,模拟可能会错过一些bug,他说。

“另一个关键验证的目标是确保每个接口总是会进步。这是一个领域,只有正式的验证,用适当的方法,可以提供100%的覆盖率和证明系统不会死锁,”Marchese说。

下一个级别的芯片I / O接口,另一种类型的验证的挑战可能来自架构,支持多种标准和优化通过共享电路在物理水平以上,他解释说。“共享逻辑之间的差异和额外的硬件功能,适应不同的协议创建更多的角落每个协议的专用电路的情况下。正式在这种情况下,详尽的分析可以揭示bug的场景,一个不会认为只要看高级规范。”

先进的包装问题
高级产品营销主管Navraj Nandra接口IPSynopsys对此同意:“从两个芯片之间的通信,chiplet概念,越来越多的公司正在谈论。你开发的方法有一些低功耗接口,钩子的65 nm模拟/混合信号芯片16 nm SoC,然后chiplet两者之间的通信。现在这是一个大区域的活动。”

有创业公司在这个领域,比如工作Kandou总线——以及各种标准被提出,因为这可以被认为是一种标准协议。另一个选择是删除标准并保持连接的概念非常习惯,因为这给了一定优势的区域和力量,他说。

图1:安巴系统环境。来源:Synopsys对此

另一个标准被提出作为一个interchip通信协议MIPI DigRF高速接口用于互连设备的射频和基带处理器。根据MIPI,它旨在提供一个方便的方法集成组件和会议4 g LTE空中接口的数据密集型需求要求高的信道带宽。它是一个低的解决方案对于复杂的实现通常需要多模,多波段操作。它本身处理MIMO配置,接收多样性和载波聚合。除了LTE,它支持HSPA +, 3.5 g和2.5 g空中接口。

有趣的是,MIPI DigRF设计之间的通信基带射频芯片SoC和一个更大的流程节点,虽然公司包括Synopsys对此与产品和客户参与了这个空间,市场没有起飞,因为首先,这是非常小的机会。根本没有那么多的客户发展中射频芯片需要跟出类拔萃。此外,包括这些功能的客户在他们的设计开始远离标准协议更自定义来减少chiplet的力量。这打破了整个标准协议的概念但显示如何权衡在这个空间是复杂的和具体的。

混合信号问题
支持多个接口协议的问题是一些最具挑战性的验证任务的今天,尤其是在模拟/混合信号领域的定制设计,声称姆Nizic,产品管理定制的集成电路和电路板组主任节奏。

“人们认为高级节点成为所有数字。这不是真的。我们不是在谈论经典模拟部分,但实际上很多集成高速接口,转换器,和锁相环,必须提供一个集成的SoC迁移最早IPs。每个协议通常必须指定的性能,但在完整的芯片级验证,成为一个非常困难的任务,”Nizic解释道。“如果你看看无线协议,例如,从边缘(增强型数据GSM环境)4 g, 5克必须支持。你不能放弃,因为他们说他们不支持了,这创造了一个挑战。这些本质上是与类似的算法,但是一些需要一个单独的功能实现在不同的块。在块级可能罚款;是相对容易使用的工具和方法上运行,因为问题是包含和可以验证自己的有效但是现在验证整体功能成为一个数量级的更复杂的一旦你添加下一个协议。”

同样,如果在这些模拟和混合信号功能必须带到一个更高的层次来验证,这也是成为一个真正的问题。“如果我能模拟在晶体管级的一切,现在在SoC水平是不可能的,”他说。“我怎么把所有的信息包括功能以及功率和性能,适用在顶层验证?”

解决这个挑战,许多工程团队使用的建模,而新的语言和标准也正在采取更积极地帮助把模拟功能的高水平的方式更有效和更适合数字方法。这些包括实数模型和SystemVerilog /女士。“这些帮助运行在更高的级别上验证没有一个重要的点球。当然,这需要更多的技能在创造这些模型,以及模型等价检查以确保模型真的代表他们应该代表,”Nizic解释道。

另一个考虑是,多协议,他们都不会工作在同一时间。一些必须关闭节约用电。

“我做验证,需要确保块关闭不影响其他模块的性能,需要在当时,“Nizic说。“同样的,如果我有我创建的不同权力之间的信号交叉域功率效率,我需要确保信号交叉口被妥善处理。模拟可以是一切的答案如果可以处理如此大的设计,但是我需要确保所有的行为我同时建模是节能,功能验证可以运行在不同的权力modes-ideally由权力规范。”

理想情况下,这些可以静态地运行,工具和方法来捕捉意图从模拟和定制电路是新兴力量。

保持联系
整个价值主张的一部分为用户设备将保持联系,不管接口协议和异构架构。这包括一切从手机到物联网设备和汽车。

“汽车soc变得一样计算密集型和复杂的服务器级别的soc,“Rajesh Ramanujam说,产品营销NetSpeed系统。“有明显的原因快速增长的步伐。异构架构,在性能方面,杀死同质架构。他们离异构架构可以提供。他们利用不同的计算引擎的优势。在汽车,计算流动有些东西cpu擅长和gpu和加速器有其它方面的优势。这些计算引擎想利用自己的不同元素,他们都喜欢自己的母语,其中一些甚至可能自定义协议来放大他们做什么。这就是需要支持不同协议。”

这是一个聪明的片上网络共同发挥作用,因为它可以胶一切以最小的开销和相当程度的可配置性。

“你可能不需要支持在同一时间的一切,但是你必须支持足以让一切都讲同一种语言,”Ramanujam说。“建筑或SoC芯片时,工程团队必须理解计算的需求。他们选择的CPU或GPU计算引擎构建支持特定的协议,因此,设计团队绑定。异构计算IPs已经预先构建的主要使用标准接口或自定义接口。这驱动协议必须支持。当一个互连进入画面,它必须支持所有这些不同的协议。”

添加到组合,每个协议也有自己的依赖和解释资源依赖性的方法。

I / O问题
这些问题是管理并行转换器时尤其困难。

“如果你看看其他接口和DDR一样,有点多协议的DDR接口通常会支持多个代DRAM,所以它将DDR-2, 3和4,“休Durdan说,副总统,策略和产品eSilicon。“这可能是一个组合,它支持DDR和LPDDR,但这些都是相对类似的协议。并行转换器,它变得更加复杂,因为人们会想定义一个串并收发器,它支持多个protocols-some时实现,但时经常使用。例如,在网络空间中,假设一个工程团队构建一个盒子,在盒子的前面是一堆连接器。他们想要完成的灵活性这些连接器以太网或光纤通道的多个不同口味,都支持相同的ASIC的销,本质上。什么实际界面得到支持是由软件加载到系统和光学模块的类型的插入前面板开关。”

鉴于今天设计复杂性,是非常重要的并行转换器的足够灵活来处理所有不同的接口。“灵活性是有代价的,它是熊的IP供应商成本一般来说,“Durdan说。”,但有一点在芯片方面,也因为需要某些东西,使并行转换器的灵活性更大、更多的权力。还有后面的控制逻辑,ASIC,设计师必须放入设备本身。”

设计团队了解最主要的是应用程序。他们需要确保他们认为通过所有的需求和要求正确的事情。

“这就是很多复杂性进来,”他说。“如果不这么做,惊喜可以弹出后一路上他们认为他们已经敲定。真的可以归结为灵活性与复杂性的权衡。如果你知道你只需要一个类型的USB接口和一个类型的PCI,你永远不会改变,你最好不要购买这些接口的优化解决方案。但如果你想要额外的灵活性,这有很多价值在系统层面,是更有吸引力的多协议解决方案增加的复杂性为代价来验证。”

结论
有可用的解决方案。”来管理所有这些接口的最简单的方法是将其转化为一个共同的协议尽可能快速高效地,然后使用常见的协议来完成绝大多数的SoC-level沟通,“ArterisIP Garibay说。

但当连接变得要求更多的设备在更多的市场,工业物联网和汽车和医疗设备等更多的功能是内置的设备需要连接在内部和外部这可能只会更加复杂。日益增长的复杂性会觉得所有部分的设计流程,从架构需要考虑性能和功率,验证,角落里的数量情况下,需要考虑是爆炸。