利用可配置SoC增强设计灵活性和加速产品上市
越来越多的系统级芯片(SoC)设计中包含了可配置部件，其能够快速、轻松、成本低廉地进行重新编程或重新流片。利用SoC的可配置性，设计人员无需担心成本问题，可以在最终规范制定之前就开发出初版产品，率先把热门产品推向市场。各公司能够通过添加可配置部件来增加或改变功能特性，甚至可以由此处理一些小故障以及确定同一个部件的面向不同市场的不同设计版本。客户要求的专用功能可以被迅速增添，以利于赢得新的业务。
这些可配置部件的硬件结构可分为三类：现场可编程(field programmable)、金属可编程(metal programmable)以及标准金属(standard metal)。
其中，现场可编程结构把相同的基本可编程构建模块用作常见的FGPA，利用存储器来实现可配置性，并提供最终的多功能性。不过，现场可编程结构耗电量很大，而且需要的芯片面积是其它可配置结构的20到50倍。金属可编程结构很接近原有的门阵列技术，需要3到12个光罩来进行设计编程和路由。标准金属结构具有预配置逻辑和路由，但没有采用大型存储器来实现可配置性，而是使用1或多个掩膜层上的通孔来进行编程。
不论采何种结构，设计人员都应该了解在设计SoC内部的可配置部件时的一些应该做到的和应该避免的规则，如右文所示。
应该
1.集中精力在可能需要重新流片以及从重新可配置性中获益最大的那些SoC部件上。视频编解码器算法未来是否可能改？设计的某一部分是否历来问题较多？IEEE规范是否适用于某种新兴功能？这些都是可配置模块需要考虑的因素。
2.设定可配置模块的大小和位置时，搞清楚其将来的功能目标。如果以后的应用无法适合可配置领域，则采用可配置部件的所有理由都不成立了。所需的可配置资源必须对所有用户都充足。有足够的门电路吗？它们能够进行路由和时序收敛吗？存储器可以被重新配置吗？可配置模块能够满足所有潜在应用的速度要求吗？
3.考虑所选结构的资源是否适合高的效网表设计。如果所选结构是基于LUT的，则把有多个扇出(fan-outs)的两路输入级的数目减至最小。如果所选结构包含了更多的精细特征，则尽可以纳入常用的两级因逻辑(two-level factored logic)。同样地，若所选结构具有可配置存储器，则用该存储器代替寄存器文件或其它硬编码存储器能够大大提高总体密度。
4.正确选择可配置结构类型。若终端用户需要重新配置终端器件，设计人员就应该选择现场可编程结构。若功耗、散热、快速时钟速度或每部件成本是主要问题，则设计人员应该避免使用现场可编程结构。若掩膜成本或上市时间是关注焦点，则标准金属结构也许是最佳选择，因为这种结构可能单个通孔层只需要一个掩膜编程。
图：可配置模块可增强灵活性。不同SoC采用相同的IP能够加快生产进程
不应该
1.没有考虑到设计收敛时间和选择可配置结构的工作量。尤其是对金属可编程结构而言，这种结构中可以在任两个位置之间进行路由，时序设计收敛和信号完整性可能和标准单元一样复杂。
2.疏忽了晶圆代工工艺的生命周期问题。例如，若利用SoC中的一个可配置部件来执行便携式音乐播放器的音频解码工作，那么，真正需要采用较早代的工艺，清楚晶圆厂可能需要期限购买(lifetime buy)吗？新的可配置SoC平台应该在若干年内都能够进行重新流片，故需确保晶圆厂的工艺在若干年后是否还能使用。
3.忽略了和可配置SoC相关的商业问题。如果对把工程时间、制造时间和掩膜成本等因素都加以考虑，一次重新流片的总成本是多少？若该可配置结构需支付版税，则也应被考虑在内，因为一旦项目工程发展超过预期量，这可能引发严重的金融灾难或使开发商为价格居高难下而一筹莫展。
4.因产品规范尚不完善而延期启动SoC设计的开发。可配置SoC有助于迅速向市场推出新产品。规范更加完善巩固时，芯片总是能够进行重新流片。同样地，以后配置部件被要求改变时，不用太担心，因为不必从头开始。
5.受缚于标准单元的概念。采用可配置逻辑的原因在于能够把一个知识产权充分用于多个产品阵容。市场窗口需求越大，对定制化和新功能的要求越多，采用可配置SoC的优势就越大。记住，重新流片不是问题。
作者：Kiyosi Isihara
工程副总裁
Viasic公司
这些可配置部件的硬件结构可分为三类：现场可编程(field programmable)、金属可编程(metal programmable)以及标准金属(standard metal)。
其中，现场可编程结构把相同的基本可编程构建模块用作常见的FGPA，利用存储器来实现可配置性，并提供最终的多功能性。不过，现场可编程结构耗电量很大，而且需要的芯片面积是其它可配置结构的20到50倍。金属可编程结构很接近原有的门阵列技术，需要3到12个光罩来进行设计编程和路由。标准金属结构具有预配置逻辑和路由，但没有采用大型存储器来实现可配置性，而是使用1或多个掩膜层上的通孔来进行编程。
不论采何种结构，设计人员都应该了解在设计SoC内部的可配置部件时的一些应该做到的和应该避免的规则，如右文所示。
应该
1.集中精力在可能需要重新流片以及从重新可配置性中获益最大的那些SoC部件上。视频编解码器算法未来是否可能改？设计的某一部分是否历来问题较多？IEEE规范是否适用于某种新兴功能？这些都是可配置模块需要考虑的因素。
2.设定可配置模块的大小和位置时，搞清楚其将来的功能目标。如果以后的应用无法适合可配置领域，则采用可配置部件的所有理由都不成立了。所需的可配置资源必须对所有用户都充足。有足够的门电路吗？它们能够进行路由和时序收敛吗？存储器可以被重新配置吗？可配置模块能够满足所有潜在应用的速度要求吗？
3.考虑所选结构的资源是否适合高的效网表设计。如果所选结构是基于LUT的，则把有多个扇出(fan-outs)的两路输入级的数目减至最小。如果所选结构包含了更多的精细特征，则尽可以纳入常用的两级因逻辑(two-level factored logic)。同样地，若所选结构具有可配置存储器，则用该存储器代替寄存器文件或其它硬编码存储器能够大大提高总体密度。
4.正确选择可配置结构类型。若终端用户需要重新配置终端器件，设计人员就应该选择现场可编程结构。若功耗、散热、快速时钟速度或每部件成本是主要问题，则设计人员应该避免使用现场可编程结构。若掩膜成本或上市时间是关注焦点，则标准金属结构也许是最佳选择，因为这种结构可能单个通孔层只需要一个掩膜编程。
图：可配置模块可增强灵活性。不同SoC采用相同的IP能够加快生产进程
不应该
1.没有考虑到设计收敛时间和选择可配置结构的工作量。尤其是对金属可编程结构而言，这种结构中可以在任两个位置之间进行路由，时序设计收敛和信号完整性可能和标准单元一样复杂。
2.疏忽了晶圆代工工艺的生命周期问题。例如，若利用SoC中的一个可配置部件来执行便携式音乐播放器的音频解码工作，那么，真正需要采用较早代的工艺，清楚晶圆厂可能需要期限购买(lifetime buy)吗？新的可配置SoC平台应该在若干年内都能够进行重新流片，故需确保晶圆厂的工艺在若干年后是否还能使用。
3.忽略了和可配置SoC相关的商业问题。如果对把工程时间、制造时间和掩膜成本等因素都加以考虑，一次重新流片的总成本是多少？若该可配置结构需支付版税，则也应被考虑在内，因为一旦项目工程发展超过预期量，这可能引发严重的金融灾难或使开发商为价格居高难下而一筹莫展。
4.因产品规范尚不完善而延期启动SoC设计的开发。可配置SoC有助于迅速向市场推出新产品。规范更加完善巩固时，芯片总是能够进行重新流片。同样地，以后配置部件被要求改变时，不用太担心，因为不必从头开始。
5.受缚于标准单元的概念。采用可配置逻辑的原因在于能够把一个知识产权充分用于多个产品阵容。市场窗口需求越大，对定制化和新功能的要求越多，采用可配置SoC的优势就越大。记住，重新流片不是问题。
作者：Kiyosi Isihara
工程副总裁
Viasic公司