们常说的 IP 核,也就是知识产权 IP( Intellectual Property ),是那些己验证的、可重利 用的、具有某种确定功能的 IC 模块。分为软 IP (soft IP core )、固 IP (firm IP core) 和硬 IP (hard IP core )。软 IP 是用某种高级语言来描述功能块的行为,但是并不涉及用 什么电路和电路元件实现这些行为。固 IP 除了完成软 IP 所有的设计外,还完成了门电路级 综合和时序仿真等设计环节, 一般以门电路级网表形式提交用户使用。 IP 则是完成了综合 硬 的功能块,已有固定的拓扑布局和具体工艺,并己经经过工艺验证,具有可保证的性能。设 计深度愈深,后续工序所需要做的事情就越少,但是灵活性也就越小。 从 20 世纪 90 年代至今,IC 设计能力正在发生一次质的飞跃,即由 ASIC 设计方法向 SoC 设计方法转变。SoC 设计方法使 IC 设计开始进一步分工细化,出现了 IP 设计和 SoC 系统设 计。在近些年全球 IC 市场低迷的情况下,IP 是不多的亮点之一。其实可以把 IP 理解为一颗 ASIC,以前是 ASIC 做好以后供人家在 PCB 上使用,现在是 IP 做好以后让人家集成在更大的 芯片里。 集成电路发展到超大规模阶段后, 芯片中凝聚的知识已经高度浓缩。 以奔腾微处理器为例, 其所承载的晶体管已多达 960 万个, 如果芯片设计依旧基于单个的晶体管而不是基于 IP 的物 理级设计,永远也不会有奔腾问世。 常用的 IP 内核模块有各种不同的 CPU(32/64 位 CISC/RISC 结构的 CPU 或 8/16 位微控制器/ 单片机,如 8051 等)、32/64 位 DSP (如 320C30) 、DRAM、SRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、 D/A、MPEG/JPEG、USB、PCI、标准接口、网络单元、编译器、编码/解码器和模拟器件模块等。 丰富的 IP 内核模块库为快速地设计专用集成电路和单片系统以及尽快占领市场提供了基本 保证。 IP 的主要来源 来源一:芯片设计公司的自身积累 传统 IDM 公司或 Fabless 设计公司在多年的芯片设计中往往有自身的技术专长,如 Intel 的 处理器技术、TI 的 DSP 技术、Motorola 的嵌入式 MCU 技术、Trident 的 Graphics 技术等。 这些技术成功地开发了系列芯片,并在产品系列发展过程中确立了设计重用的原则,一些成 功设计成果的可重用部分经多次验证和完善形成了 IP。这些 IP 往往是硬核,如果这类硬核 作为可提供给其他芯片设计公司使用的 IP,就成了商品化的 IP。 来源二:Foundry 的积累 Foundry 厂商是没有自身芯片产品的芯片代加工厂,但 Foundry 厂商为了吸引更多的芯片设 计公司投片,往往设立后端设计队伍,来配合后端设计能力较弱的芯片设计公司开展布局布 线工作。这支设计队伍也积累了一定的芯片设计经验,并积累了少量的 IP(主要是 Memory、 EEPROM 和 FlashMemory 等),这些 IP 可以被需要集成或愿意在该 Foundry 流片的公司采用。 此外,IP 专职供应商与主要的 Foundry 厂商有长期的合作关系,经过投片验证的 IP 可由 Foundry 厂向用户提供,IP 专职供应商从中提取一定利润。但对国内用户而言,因为这类 Foundry 多在我国台湾省,缺乏在本地的支持,可能有远水不解近渴之忧。 来源三:专业 IP 公司 这是 20 世纪 90 年代中期兴起的,迎接 SoC 时代到来的设计公司。这类公司的特点是已经认 识到将自身多年积累的 IP 资源转化成商品的商业价值,因此,它们不仅提供已经成熟的 IP, 同时针对当前的技术热点、 难点开发芯片设计市场急需的 IP 核。 它们提供的 IP 同样有硬核、 固核、软核之分,但通过与 Foundry 厂合作,及时对所开发的 IP 核进行流片验证是 IP 硬核 供应商的通行做法,这也是 IP 核及早面市的必要措施。 ARM、Motorola、MIPS 是提供嵌入式 MCUIP 核的主要专业公司;LEDA 是模拟、混合信号 IP 硬核的最主要供应商,它同时还针对当前通信市场的需求开发并提供宽带应用、蓝牙和光通 信(SONET/SDH)的 IP 核。上述这些公司都是当今芯片设计行业中专业 IP 供应商的代表。 这些专业 IP 供应商的业务重点是开发 IP 核,对于进入自身所不熟悉的地区,则往往通过与 当地的芯片设计服务公司结成合作伙伴或战略联盟来实现。 来源四:EDA 厂商 在美国,EDA 厂家也是提供 IP 资源的一个主要渠道,占到 IP 交易量的 10%左右。主要的 EDA 厂商为了提供更适合 SoC 设计的平台,在其工具中集成了各类 IP 核以方便用户的 IP 嵌 入设计,这些 IP 核基本是以软核形式出现。EDA 厂商也并不直接设计开发 IP 核,而是与一 些提供 IP 软核的设计公司合作,提供一种集成 IP 核的设计环境。 由于集成的 IP 核多为软核,用户还要对这些软核做综合、时序分析、验证等工作,对用户的 "及时上市"要求没有本质性改善,在 IP 核的支持、服务方面也存在诸多不便。因此,在国内 的 EDA 厂家目前仍以经营 EDA 工具为主, 从人员配备上讲, 几乎没有提供 IP 资源的服务力量。 来源五:设计服务公司 芯片设计服务公司是目前能立即向国内 IC 设计公司提供 IP 硬核的最主要途径,除了自身积 累的 IP 外, 通过与 IP 专业供应商的战略合作关系向国内用户提供各类 IP。 芯片设计服 务公司是与用户直接打交道的,它们了解市场需求的 IP 类型,其 IP 资源库中积累的往往是 最实用的 IP。 我国台湾省较有名的芯片设计服务公司有创意电子、智原科技等,它们除了积累了一定自己 的 IP 硬核外,还与专业 IP 供应商,如 ARM 结成合作伙伴向用户提供更丰富的 IP 资源。祖国 大陆的芯片设计服务公司有泰鼎(上海), 目前可为用户提供 300 多种 IP 硬核, 涉及高速数字 逻辑、I/O 模块、模拟、混合信号、RF 等领域。 目前, 国内还没有像国外那种专门设计 IP 硬核的公司, 芯片设计公司的成功设计还不能被称 为 IP。但国内已经有专门提供软核的公司,以 RTL 形式提供给用户。 MCU 即 Microcontroller Unit 的 缩 写 , 即 是 微 控 制 器 。 又 称 单 片 机 (Single Chip Microcomputer),是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的 CPU、RAM、ROM、 定时数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机。MCU 按其存储器类型可 分为 MASK(掩模)ROM、OTP(一次性可编程)ROM、FLASH ROM 等类型。在近一些年来的发展趋势 是集成度日益增高,包含了用于有限数字信号处理的功能模块和模拟电路,其应用也越来越 广泛。