أنوية مرخصة

في التصميم الإلكتروني ، تعتبر الأنوية المرخصة (أو الأنوية خاصة الملكية) وحدة قابلة لإعادة الاستخدام من تصميم مادي أو منطقي لدائرة متكاملة يعد ملكية فكرية لطرف معين. يمكن ترخيص النواة لطرف بينما يكون امتلاكها واستخدامها من قبل طرف آخر. المصطلح يأتي من ترخيص براءة الاختراع أو حقوق التأليف والنشر لمصدر الكود في التصميم. يمكن لمصممي الرقائق المتخصصة (ASIC) وأنظمة المصفوفات القابلة للبرمجة (FPGA) استخدام أنوية كوحدات بناء للتصميم.

تاريخ 
أصبح ترخيص واستخدام الأنوية خاصة الملكية في تصميم الرقائق شائعًا في التسعينيات. حيث كان هناك العديد من المرخصين وكذلك العديد من المسابك المتنافسة في السوق. في عام 2013 ، كانت أكثر الأنوية المرخصة على نطاق واسع من شركة آرم (حصة سوقية 43.2٪) ، تبعتها شركة سينوبسيس (حصة سوقية 13.9٪) ، ثم إيماجينيشن للتقنيات (9٪ من حصة السوق) و شركة كيدانس (حصة سوقية 5.1٪).

أنواع الأنوية المرخصة 
استخدام نواة في تصميم الرقائق يشابه استخدام مكتبة لبرمجة الكمبيوتر أو مكون دائرة متكاملة منفصل لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة . كل منها عبارة عن مكون قابل لإعادة الاستخدام للتصميم بواجهة محددة وسلوك تم التحقق منه بواسطة صانعه ومن ثم يمكن دمجه في تصميم أكبر.

الأنوية الناعمة (أو المبرمجة) 
يتم تقديم الأنوية بشكل عام على أنها طبقة تبادل المسجلات قابلة للإنشاء في لغات توصيف العتاد مثل فيريلوج أو في إتش دي إل يتم تسليم الأنوية لمصممي الرقائق حيث تسمح لهم بتعديل التصميمات على المستوى الوظيفي ، على الرغم من أن العديد من صانعي الأنوية لا يقدمون أي ضمان أو دعم للتصميمات المعدلة. 

يتم أيضًا تقديم الأنوية أحيانًا كقوائم شبكية منطقية. يمكن تجميع الأنوية التي يتم تنفيذها كبوابات عامة لأي تقنية تصنيع. تعد القائمة الشبكية على مستوى البوابة مشابهة لقائمة كود التجميع في مجال برمجة الكمبيوتر. تتوفر ميزة خاصة بالقائمة الشبكية وهي أنها تعتبر محمية بشكل معقول ضد الهندسة العكسية. أنظر أيضا: حماية تصميم تخطيط الدوائر المتكاملة .

يُطلق على كل من الأنوية الشبكية والقابلة للإنشاء اسم الأنوية الناعمة نظرًا لأن كلاهما يسمح بإنشاء وتركيب وتوصيل التصاميم.

الأنوية الصلبة (أو العتادية) 
الأنوية الصلبة هي تناظرية أو رقمية لا يمكن لمصممي الرقائق تعديل وظيفتها بشكل كبير. يتم تعريفها عمومًا على أنها وصف مادي منخفض المستوى خاص بتقنية تصنيع معينة. توفر الأنوية الصلبة عادةً تنبؤ أفضل لأداء توقيت الرقاقة ومساحة لتقنيتها الخاصة. 

يتم توزيع منطق الإشارات التناظرية والمختلطة عمومًا على شكل نوى صلبة. وبالتالي ، يتم توفير أنوية تناظرية ( SerDes و PLLs وDAC وADC وPHYs ، وما إلى ذلك) لصانعي الرقائق في نمط تنسيق المقاحل (مثل GDSII ). يتم تقديم الأنوية الرقمية أحيانًا بتنسيق أيضًا.

هذه النسق المختلفة يجب أن تتبع قواعد التصنيع الخاصة بالمسابك ولذلك هي صعبة التعديل وصعبة النقل لتقنية تصنيع مختلفة أو مسبك آخر

مصادر الأنوية

الوظيفة المرخصة 
العديد من الأنوية المعروفة عبارة عن تصميمات معالجات دقيقة . تختلف مجموعات التعليمات الخاصة بهم من معالجات 8 بت صغيرة ، مثل 8051 وPIC ، إلى معالجات 32 بت و 64 بت مثل معماريات ARM أو معماريات RISC-V . مثل هذه المعالجات تشكل "أدمغة" العديد من الأنظمة المدمجة . عادة ما تكون مجموعات تعليمات RISC بدلاً من مجموعات تعليمات CISC مثل x86 نظرًا لأن المنطق المطلوب أقل. لذلك ، التصميمات أصغر. علاوة على ذلك ، تحمي شركتا Intel و AMD الرائدتان في x86 الملكية الفكرية لتصميمات المعالجات بشكل كبير ولا تستخدم نموذج الأعمال هذا لخطوط المعالجات الدقيقة x86-64 الخاصة بهم.

كما تم ترخيص نوى IP للعديد من وحدات التحكم الطرفية مثل PCI Express وSDRAM وEthernet وشاشة LCD وصوت AC'97 و USB . تتطلب العديد من هذه الواجهات كلاً من المنطق الرقمي ونواة IP التمثيلية لتشغيل واستقبال إشارات عالية السرعة أو جهد عالٍ أو مقاومة عالية خارج الشريحة.

"Hardwired" (على عكس المعالجات الدقيقة اللينة القابلة للبرمجة الموصوفة أعلاه) يتم ترخيص نوى IP المنطقية الرقمية أيضًا للوظائف الثابتة مثل فك تشفير الصوت MP3 ، ووحدة معالجة الرسومات ثلاثية الأبعاد ، وتشفير / فك تشفير الفيديو الرقمي ، ووظائف DSP الأخرى مثل FFT أو DCT أو ترميز فيتربي .

المصنعين 
يتراوح حجم مطوري الملكية الفكرية والمرخصين الأساسيين من الأفراد إلى الشركات التي تبلغ قيمتها مليارات الدولارات. ينتشر المطورون وكذلك عملاؤهم الذين يصنعون الرقائق في جميع أنحاء العالم.

الملكية الفكرية للرقائق هي نموذج أعمال لشركة أشباه الموصلات حيث تقوم بترخيص تقنيتها للعميل كملكية فكرية . الشركة التي لديها مثل هذا النموذج التجاري هي شركة شبه موصلة غير مسبكية لا تقدم رقائق مادية لعملائها ولكنها تسهل فقط تطوير العميل للرقائق من خلال تقديم وحدات وظيفية معينة. عادةً ما يكون العملاء عبارة عن شركات أشباه موصلات أو مطورو وحدات مع تطوير داخلي لأشباه الموصلات. يجوز للشركة التي ترغب في تصنيع جهاز معقد الترخيص في حقوق استخدام الوحدات الوظيفية التي تم اختبارها جيدًا لشركة أخرى مثل المعالجات الدقيقة ، بدلاً من تطوير التصميم الخاص بها ، الأمر الذي قد يتطلب وقتًا وتكلفة إضافيين.

حققت صناعة الأنوية نموًا مستقرًا لسنوات عديدة. أكثر شركات الأنوية نجاحًا تشمل آرم و سينوبسيس . قدرت مجموعة جارتنر القيمة الإجمالية للمبيعات المتعلقة بالملكية الفكرية للسيليكون بمبلغ 1.5 مليار دولار أمريكي في عام 2005 مع نمو سنوي متوقع بنحو 30٪.

تجميد الأنوية 
تجميد الأنوية هي عملية لإعادة استخدام التصاميم التي أثبتت جدواها وإنشاء حلول سريعة ومنخفضة المخاطر في التصنيع لتوفير أنوية التصميم

على سبيل المثال ، تم تطوير معالج الإشارات الرقمية (DSP) من النوى الناعمة بتنسيق RTL ، ويمكن استهدافه لتقنيات مختلفة أو مسابك مختلفة لإنتاج تطبيقات مختلفة. تتم عملية تجميد من اللب الناعم لتوليد أنوية صلبة قابلة لإعادة الاستخدام. الميزة الرئيسية لمثل هذه الأنوية هي خصائصه التي يمكن التنبؤ بها حيث تم تنفيذه مسبقًا ، بينما يوفر مرونة في الأنوية الناعمة. قد يأتي مع مجموعة من النماذج للمحاكاة للتحقق.

يتطلب الجهد المبذول لتجميد الأنوية الناعمة استخدام جودة التكنولوجيا المستهدفة وأهداف التصميم والمنهجية. لقد تم إثبات الملكية الفكرية الصلبة في التكنولوجيا والتطبيق المستهدفين. على سبيل المثال ، يُقال أن النواة الصلبة بتنسيق GDSII تتخطى فحص قواعد التصميم وفحص التنسيق مقابل الدارة). أي أنه يمكن أن يجتاز جميع القواعد المطلوبة للتصنيع من قبل مسبك معين.

مجاني ومفتوح المصدر 
منذ حوالي عام 2000 ، قدمت OpenCores.org العديد من الأنوية الناعمة، معظمها مكتوبة بلغة VHDL وVerilog . يتم توفير كل هذه النوى بموجب ترخيص برمجيات مجانية ومفتوحة المصدر مثل رخصة جنو العمومية العامة أو تراخيص تشبه بي إس دي .  منذ عام 2010 ، تسببت مبادرات مثل المعالج الخامس مختزل التعليمات في توسع هائل في عدد الأنوية المتاحة (حوالي 50 مركزًا بحلول عام 2019  ). وقد ساعد هذا في زيادة التعاون في تطوير تصميمات آمنة وفعالة.

أنظر أيضا 

 قائمة ببائعي IP الأساسيين لأشباه الموصلات
 أشباه الموصلات
 مصنع تصنيع أشباه الموصلات (مسبك)
 عمل القناع
 تصنيع فابليس
 حماية تصميم تخطيط الدوائر المتكاملة

مراجع

روابط خارجية 

 النوى المفتوحة "التصميم والنشر الأساسي" (بموجب ترخيص LGPL)
 أنوية ألتيرا أنوية مجانية لـ FPGAs
 المصدر المفتوح الترخيص الأساسي لأشباه الموصلات ، 25 Harvard Journal of Law & Technology 131 (2011) مقالة تحلل القانون والتكنولوجيا والأعمال الخاصة بنواة أشباه الموصلات مفتوحة المصدر

تصنيع أجهزة أشباه الموصلات
أتمتة التصميم الإلكتروني