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谁在发号施令

两部分中的第一部分:系统供应商过去常常从芯片制造商那里抢得先机。不了。

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在整个个人电脑时代和手机市场,是半导体公司在发号施令,而原始设备制造商紧随其后,围绕芯片设计系统。现在情况已经不同了。

在过去的五年里,一种转变正在发生,甚至到现在还在继续,以扭转这一趋势。原始设备制造商(OEM)——或者现在更常被称为系统公司——现在决定系统中应该包含哪些功能,通常是基于需要什么软件或它将用于什么应用。然后,制定硬件的规格,包括性能特征、功率预算和成本目标。

这是一个重大的变化,它在几年的时间里逐步展开——有时不均匀,有时以意想不到的方式,而且通常是小块的,无法提供正在发生的事情的清晰整体图景。虽然这并不一定会降低硬件的价值——半导体是每项重大技术发展和转变的核心——但它确实会影响从物联网设备到消费电子产品到汽车子系统的一切生态系统,以及用于创造它们的底层IP和设计策略。

“我们一直期待,随着钟摆从控制一切的标准产品硅公司,以及几乎掏空的原始设备制造商,到原始设备制造商必须对其设备的硬件内容负责,它确实带来了一系列新的思考方式,我们过去称之为ASIC技术,”Drew Wingard观察到超音速

苹果是第一个想到这种变化的例子的公司——一家系统公司,同时也开发自己的芯片——但最近的整合浪潮表明,更多的变化正在发生。

温加德说:“苹果正处于这一领域的边缘,但他们采取了这样一种方式,基本上吸收了自己创造的生态系统。“在世界其他地方,我们看到各地的系统公司发现,他们无法通过购买货架上的产品或从他们最喜欢的半导体供应商那里买到他们想要的东西。这给他们的系统带来了一些压力,因为许多公司已经失去了设计和制造芯片的能力,所以他们是否(获得了投资回报)是一个非常开放的问题。他们中的许多人已经在与半导体公司合作,围绕芯片的规格进行合作。但他们购买这种芯片是作为标准产品,这意味着他们不一定能以比其他人更好的价格购买,然后他们的竞争对手就可以购买它。”

标准产品难题的最初解决方案是所谓的超级芯片概念,即“标准产品”中的某些功能对某些客户打开,对另一些客户关闭。它的继承者是由设计服务公司开发的基础平台方法,它成为更定制化解决方案的起点。

温加德说:“还有另一种商业模式,即系统公司发展自己的硅设计能力。“采用这种方法的公司往往不想以与无晶圆厂芯片公司相同的方式来做这件事,在无晶圆厂芯片公司中,他们试图做所有事情——值得注意的例外是苹果。他们倾向于这样做,他们真的试图引入芯片的前端设计和系统设计,确保芯片在交付时能够很好地插入电路板和机箱中,并具有适当的冷却技术和所有这些东西,并具有适当的系统功耗。这是最令人兴奋的,因为它有最大的自由,但现在的问题是,这些玩家会建立一个价值1亿美元的能力吗?他们可能并不想这么做。我们发现了抽象、自动化、生产力和可视化的价值——我们发现这些技术在帮助人们进行这类设计方面非常重要。”

客户真正想要的是什么?
业务模式的转变也改变了支持生态系统。它们会影响芯片的设计策略,影响整个设计流程,并提出许多未解之谜。

“我们站在客户的角度去尝试,”微软系统开发套件产品营销集团总监Frank Schirrmeister说节奏.“我们试图在内部复制这一点,因此,作为我们与ARM协议的一部分,我们可以访问他们的内部信息,这样我们就可以用它来验证我们的工具。”

Cadence有一个用于验证工具和基础结构的特定目的的团队构建设计。他们学到的是,必须在IP端和工具端考虑相当数量的不同供应商。Schirrmeister指出,例如,在与ARM的合作中,Cadence已经能够看到ARM快速模型如何连接到仿真和仿真中,以确保这些接口是预先验证的。

Simon Rance,高级产品经理,系统和软件组手臂他认为,生态系统参与者之间的关系已经发生了变化,特别是当系统公司在系统集成方面承担了更多的责任时。

ARM的IP有许多不同的风格,但该公司也开发了所谓的“系统IP”。他解释说,这是故意命名的,“因为如果你单独看这个IP,它要么是一个子系统,要么在整个系统中与周围的一些IP紧密集成。在系统IP方面,我们正在寻找两件事——在一个特定的架构中集成在一起的IP组件包中包含什么,以创建某种系统IP,然后在系统层次结构的下一层,它如何与周围的IP相关联。”

对IP公司来说,让IP更具可配置性既是一个方向,也是一个挑战。这很难做到,但这也被认为是一个巨大的机会,因为IP供应商不知道如何以及在哪里使用他们的IP,这使得优化和表征变得困难。

“IP的硬件供应商的困难在于,他们通常必须创建这个IP,并提供它,而不知道它将如何在某些终端系统中被使用Qualcomm或者一个博通公司或是阿瓦戈。”兰斯说。“他们实际上创造了所有这些配置选项,然后对那些类型的公司说,‘这些都是你的选项,去配置它吧,你想如何在系统的其余部分以及围绕它的所有其他IP中运行。从那时起,你就开始进入与硬件IP相匹配的所有级别的软件类型配置。这正成为一个挑战。我们必须指导更多的有效配置,因为它可能无法在他们的整个系统中与其他IP一起工作,也许这是它的预期方式。”

Cadence公司Tensilica部门的高级部门主管Steve Roddy指出,人们已经从关注速度和馈电转向关注应用。“无论是试图向上游移动的半导体公司,还是出于差异化原因而试图自己做芯片的系统包装商,他们都试图在架构阶段就特定于垂直市场或特定于应用的主要子系统做出决定。假设这是一辆车里的雷达视觉ADAS系统,或者是你手机里的视觉系统,或者你在看电视。人们想要的是,‘我如何在你们的Cadence平台上做立体视觉?他们不会走到桌前说,‘告诉我你的DSP每秒能处理多少mac’,或者你的DDR接口每秒能处理多少事务。他们正在寻找更高的层次。”

正因为如此,围绕原始设备制造商的生态系统参与者正在整合硅参考平台。在某些情况下,这些是FPGA原型。他们还引入了算法和系统软件提供商,以便提前节省开发工作。

Roddy说:“无论是在处理器端,我们将应用级软件移植到我们的各种专业dsp,还是在接口端,我们都在与各种硬件和软件合作伙伴进行概念验证开发芯片和参考设计。”“这些都是必要的,这样,那些有大量资金投入并希望制造定制专用集成电路的中国公司就能提前看到他们所承担的风险是否得到了衡量。他们很清楚,从第一天起,他们就能在系统层面上做他们想做的事情。”

复杂性因素
不过,为系统供应商开发硅是完全不同的问题。一方面,芯片和其中的IP得到了更好的定义。另一方面,系统更大更复杂,需要更严格的集成方法,以及在设计链中更好地集成工具。EDA公司多年来一直认为,使用单独的设计和验证方法不再有效,而是使用实际系统级的规范。现在他们的客户开始意识到这一点。

微软硬件部门总经理Zibi Zalewski表示:“项目大而复杂,由软件和硬件团队处理,而软件团队通常等待硬件或使用基于高级模型的虚拟平台工作Aldec.“为了验证整个SoC,并加快不同团队在整个项目上工作的速度,有必要将不同的工具和ip集成到一个验证生态系统中。”

这一点在用于SoC测试的混合验证环境中很明显。

Zalewski表示:“原型板用于移植事务级仿真平台(基于sce - mi),在硬件端通过速度适配器ip与外部世界连接,在软件端通过交易器ip与外部世界连接。”“硬件接口允许您连接到真实的数据流,例如以太网速度适配器,而软件接口通过软件开发人员使用的TLM接口提供到虚拟平台的连接。这样的混合平台允许您在项目时间表的早期验证整个SoC,并在开发和测试期间整合不同的团队在相同的项目源上工作。”

随着设计与更大的系统更紧密地集成,这种集成将变得至关重要。

关键球员
然而,有些事情是固定不变的,即使环境发生了变化,从芯片制造商发号施令到系统供应商控制。对于某些IP来说尤其如此。例如,如果一个处理器核心或标准互连已经上市,并且不能提供足够的差异化来保证开发成本、精力和时间,那么没有人愿意开发它们。

“在这些解决方案的各个部分中都有关键的参与者——无论是就你纳入系统的知识产权而言,还是就你用来将这些知识产权组合在一起,并在系统中构建和验证这些芯片的工具而言,”Phil Dworsky说Synopsys对此.“在处理器和图形方面,像ARM和Imagination这样的IP厂商无疑是关键玩家。如果你观察芯片周围的接口,你会发现Synopsys是你在大多数集成了常用接口的芯片中看到的关键角色之一。你所关注的几乎所有市场都仍然是处理器、图形或视频、音频、特殊功能计算以及围绕它们的接口的大致组成,你需要将它们组合在一起来构建这些系统。在设计过程中变得更加复杂的不仅是这些系统中硬件的数量,尤其是软件的数量。为了能够进行这种软件设计,你需要有一个系统模型,并且能够运行真正的软件:在硬件可用之前,启动它,编写它,调试它。这是一个关键的驱动力。”

其他东西也保持不变——设计套件、工具、虚拟原型模拟还有仿真,以及越来越多基于标准的新兴附加工具。

在半导体公司层面上,这些系统级活动的一个有趣的变化是,他们现在希望与客户共享这些工具和技术,作为实现客户的一种方式。该公司系统级解决方案组业务开发总监Marc Serughetti表示,这将创造出另一个层面的生态系统参与Synopsys对此

“在我们的工作中飞思卡尔飞思卡尔希望将其提供给客户,并让他们在客户流程中使用该平台。因此,这些客户正在使用另一个完整的工具生态系统进行开发,以及飞思卡尔和他们的客户所关注的东西。”

系统公司想要什么?
对于生态系统参与者来说,决定在哪里投放资源以满足OEM的需求是一个挑战。ARM的Rance强调,这取决于系统公司,他们试图完成什么,以及他们如何划分他们的设计团队。“我注意到,你可以去一个系统公司,然后去另一个完全不同的系统公司,他们如何处理基于系统的设计和划分硬件、软件、验证团队是完全不同的。他们在解决设计任务方面的差异总体上增加了集成这些东西时的额外不可预测性,因为每个人都在使用不同的方法进行集成。”

这对半导体供应链的各个方面都产生了一些相当有趣的影响。

“过去,当你看到一个系统时,很多系统都是他们在全球公司的某个地方设计的IP,所以他们有一定程度的熟悉,”Rance说。如果你现在开始着眼于他们基于系统的设计,你会发现将近70%或80%的IP都不是他们自己的。它来自其他供应商,他们将20%至30%的自有IP加入其中,以区别于竞争对手。这些ip不能很好地结合在一起,因为它们的描述都不一样。有些是以硬件为中心的,有些则是由硬件定义的。这是一项艰巨的任务。”

本报告的第二部分将讨论当今系统级生态系统中日益增长的软件挑战。



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