32位元CPU在SoC设计中的机会与挑战.PDF

32 位元 CPU 在 SoC 設計中的機會與挑戰 由於 IC 製程的演進，使得系統單晶片（SoC ）成為一個趨勢。而 SoC 的複 雜度隨著摩爾定律（Moore’s Law ），不斷的以加倍的方式成長，IC 設計所面臨 的難度也日益增加。另外，由於競爭越來越激烈，產品的價格不斷降低，產品週 期不斷縮短，許多 IC 設計公司已經開始深刻的感受到市場挑戰的嚴峻。 一個 SoC 如果用模組化的方式呈現，通常包含了處理器（CPU ）、系統匯流 排（System bus ）、特殊的硬體加速器、數位或類比的週邊、作業系統，以及相關 的應用軟體。許多 IC 設計公司為縮短開發時程，降低研發成本及風險，便採用 委外的方式取得 SoC 的關鍵技術。最明顯的例子便是 SoC 中最複雜，也最重要 的 CPU 核心，而智財授權（IP Licensing ）的商業模式便因此產生。MIPS 和 ARM 分別於 1980 及 1990 年代成立，開始 CPU IP 授權的商業模式，如今這兩家公司 已是全球前兩大智財授權公司，而這樣的商業模式，也確實為 IC 設計公司帶來 了許多好處，它代表半導體產業進一步分工，許多 IC 設計公司開始大量使用已 驗証過的模組，加速新技術的導入，產品推陳出新的腳步不斷加快，開發成本卻 因此降低，開發時程也縮短。而這樣的模式，更進一步發展出另一個趨勢，也就 是平台式設計（Platform-based design ）方式。藉由成熟的平台，SoC 設計似乎變 得簡單了。但是這樣的發展卻未必是正向的。許多公司開始發現，使用平台式的 設計方式，大部份的技術都來自於第三方。雖然成熟的平台可以有效的降低研發 成本及風險，但也讓公司遠離了創新之路，產品的規格與競爭者大同小異，為了 維持競爭力，許多公司只好不斷往降低成本思考，甚至犧牲毛利，以爭取生存空 間。在這樣環境下，思考產品的差異化（differentiation ）便成了每個產品規劃者 與研發工程師最重要的課題。 晶心科技成立於 2005 年 3 月，主要業務是 32 位元的 CPU IP 授權。公司成 員來自四面八方，研發團隊都是國內外在 IC 設計及嵌入式軟體產業非常有經驗 的工程師。台灣的 IP 技術發展，一直是整個半導體產業最弱的一環，很少有公 司在這個領域耕耘。以 CPU IP 為例，目前都是由國外公司主導，而台灣 CPU 的 發展，過去都停留在學術性計劃，直到晶心科技成立，台灣才有第一家以 IP 授 權為主要商業模式，提供原創性 CPU 技術的公司。當然晶心科技的使命並不只 是為台灣創造出第一個原創性的 CPU IP ，更重要的是希望能藉由晶心研發團隊 的技術，架構出一個更適合 SoC 使用的 CPU ，並幫助IC 設計公司於規劃及開發 產品時，從 CPU 的架構思考，尋找產品的差異化與利基，提升產品的競爭力與 價值，創造更大的利潤。為了達成這個目標，晶心科技成立三年多至今，積極投 入產品開發的同時，也深切的體認到傾聽客戶的聲音，了解客戶問題的重要性。 從我們多次與客戶訪談的經驗中發現，許多 IC 設計公司已經跳脫傳統思維，不 再把 CPU IP 當成一個黑盒子（black box ）使用，他們希望 CPU IP 具備可客製化 的彈性，可以讓他們根據不同應用的特性，調整 CPU 的架構並籍此創造產品的 差異化。晶心科技的 CPU 從一開始便以其可組態（Configurable ）功能為訴求， 主要便是著眼於客戶在選擇 CPU IP 時，並非一味的只追求最佳性能 （Performance ）在很多應用中，性能、功耗、以及成本的平衡，才是設計的最 終目標，也惟有透過 CPU 可組態的特性，客戶才能很方便的根據市場分析的資 訊，調整產品性能、功耗、成本之間的 trade-offs ，使產品的價值最大化 Configurable options  Cache:  Instruction queue size: 2/4/8  8KB ~ 64KB, 1/2/4