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我们常说的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。硬IP则是完成了综合的功能块,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。