SoC布局中各种IC简介

SoC布局

SoC 的布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。在进行布局时，需要考虑诸多因素，如各模块之间的信号传输效率、功耗分布、散热情况等。合理的布局能够提高芯片的性能和稳定性。

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SoC 中各种 IP 简介

IP 核（Intellectual Property Core），即知识产权核，在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功能的芯片设计模块。SoC 是以 IP 模块为基础的设计技术，IP 是 SoC 应用的基础。

一个 SoC 芯片通常由设计厂商自主设计的电路和多个外购 IP 核组成。IP 核复用即向 IP 厂商购买已有的 IP 核，并进行布局、连接、检查和验证。IP 核授权模式能够在 SoC 中调用已设计好的具有独立功能的模块，一方面能够简化设计流程、加快设计速度，降低设计难度，另一方面符合半导体分工发展的模式，使 IC 设计公司能摆脱 IDM 模式的束缚和壁垒，专注芯片设计，从而带动 IC 设计行业的发展。

典型的 SoC 包括以下部分：

1. 一个或多个处理器内核，可以是 CPU、GPU、DSP或专用指令集处理器内核。

2. 存储器：可以是 RAM、ROM、EEPROM 或闪存。

3. 用于提供时间脉冲信号的振荡器和锁相环电路。

4. 由计数器和计时器、电源电路组成的外设。

5. 不同标准的连线接口，如 USB、火线、以太网、通用异步收发。

6. 用于在数字信号和模拟信号之间转换的 ADC/DAC。

7. 电压调理电路及稳压器。

在外设内部，各组件通过芯片上的互联总线相互连接。ARM 公司推出的 AMBA 片上总线主要包括高性能系统总线 AHB、通用系统总线 ASB、外围互联总线 APB、可拓展接口 AXI。AHB 主要针对高效率、高频宽及快速系统模块；ASB 可用于某些高速且不必要使用 AHB 总线的场合作为系统总线；APB 主要用于低速、低功率的外围，AXI 在 AMBA3.0 协议中增加，可以用于 ARM 和 FPGA 的高速数据交互。

SoC 中的 IP 核种类繁多，例如 CPU 处理器的 IP 核、GPU 的 IP 核、通信模块的 IP 核等等。以下介绍一些在手机SoC中常见的IP与模快：

• DSP：DSP（Digital Signal Processing）是指数字信号处理，一种特殊的微处理器，专门用于处理大量的数字信号信息。DSP的工作原理主要包括接收模拟信号，将其转换为二进制的数字信号，然后对数字信号进行修改、删除、强化等操作。在其他系统芯片中，这些数字数据会被解译回模拟数据或实际环境的格式。
• ISP：Image Signal Process，图像信号处理）即成像引擎。主要负责图像信号处理，处理相机拍照和视频。ISP的内部构成包括CPU、SUPIP（各种功能模块的通称）、IF等设备。ISP的控制结构包括ISP逻辑和运行在其上的firmware。ISP会把处理过的图像数据发给NPU再次进行深度处理，最后呈现给用户。ISP技术在很大程度上决定了摄像机的成像质量。
• NPU：NPU是神经网络处理器Neural Processing Unit的缩写，是一种专门用于加速人工智能应用的芯片，它可以在较短的时间内完成大量的计算任务，从而提高了人工智能应用的效率和速度。NPU的主要优点在于能够降低计算成本，节省时间和资源，并且提高系统的稳定性和可靠性。
• MIPI：即移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface 简称MIPI），MIPI 联盟提供三个高性能和成本优化的物理层系列：MIPI D-PHY，MIPI M-PHY，MIPI C-PHY和 A-PHY。MIPI D-PHY主要用于将相机和显示器互连到应用处理器；MIPI M-PHY支持多媒体和芯片到芯片/处理器间通信；MIPI C-PHY支持相机和显示器。
• Dphy，Cphy，Mphy都能够进行大数据量的物理传输，但是这个几个物理层协议都无法进行较长距离的传输,导致了在车载和IOT领域的使用障碍，A-PHY的设计是为了能跨过整个车辆距离提供数据传输物理层支持。其最大传输距离能够达到15米（自动驾驶技术）。
• Display Engine：显示渲染引擎，主要负责与触摸屏的显示器进行通信。在游戏开发、图形用户界面设计、虚拟现实和增强现实等领域中，Display Engine扮演着关键角色。
• Video Processor：压缩解压图像视频，实现视频录制和播放。
• Modem：调制解调器，它是一个将数字信号调变到模拟信号上进行传输，并解调收到的模拟信号以得到数字信号的电子设备。调制解调器作为现代计算机网络中的重要设备，扮演着模拟信号与数字信号之间“翻译员”的角色。
• Storage Controller：存储控制器，是计算机硬件中的一个重要组件，主要负责管理连接到计算机系统的存储设备（如硬盘、固态硬盘等），比如数据传输，错误检测和校验，I/O调度，缓存管理等。
• Security Enclave：加密管理，共钥私钥。技术通过将敏感的用户数据隔离在一个专用子系统中来保护这些数据。该系统被集成到苹果的系统芯片设计中，目前相关技术部署在iPhone、iPad、Apple Watch、Mac、Apple TV和HomePod中。

除了上述模块外，芯片中还包含各种外设与NOC。NOC 是一种用于在芯片上实现多个处理单元或知识产权（IP）核之间通信的架构。它类似于计算机网络，但被设计用于在单个芯片上有效地传输数据。在 NoC 中，IP 通常指的是不同的功能模块，如处理器核、内存控制器等。NoC 负责在这些 IP 之间建立高效的通信链路，以实现整个芯片系统的协同工作。

随着半导体工艺的不断进步和市场需求的不断变化，SoC 的设计和集成技术也在不断发展和创新。新的 IP 核不断涌现，为 SoC 带来更强大的功能和更高的性能。同时，对于 SoC 布局和 IP 核的选择与集成，也需要综合考虑成本、性能、功耗等多方面的因素，以实现最优的设计方案。

本文来源：张江芯在线