soc
SoC技術的發展
集成電路的發展已有40 年的歷史，它一直遵循摩爾所指示的規律推進，現已進入深亞微米階段。由於信息市場的需求和微電子自身的發展，引發了以微細加工（集成電路特徵尺寸不斷縮小）爲主要特徵的多種工藝集成技術和麪嚮應用的系統級芯片的發展。隨着半導體產業進入超深亞微米乃至納米加工時代，在單一集成電路芯片上就可以實現一個複雜的電子系統，諸如手機芯片、數字電視芯片、DVD 芯片等。在未來幾年內，上億個晶體管、幾千萬個邏輯門都可望在單一芯片上實現。 SoC ( System - on - Chip)設計技術始於20世紀90年代中期,隨着半導體工藝技術的發展, IC設計者能夠將愈來愈複雜的功能集成到單硅片上, SoC正是在集成電路( IC)向集成系統( IS)轉變的大方向下產生的。1994 年Motorola發佈的Flex Core系統(用來製作基於68000和PowerPC的定製微處理器)和1995年LSILogic公司爲Sony公司設計的SoC,可能是基於IP ( Intellectual Property)核完成SoC設計的最早報導。由於SoC可以充分利用已有的設計積累,顯著地提高了ASIC的設計能力,因此發展非常迅速,引起了工業界和學術界的關注。
SOC是集成電路發展的必然趨勢，1. 技術發展的必然2. IC 產業未來的發展。
SoC基本概念
SoC的定義多種多樣,由於其內涵豐富、應用範圍廣,很難給出準確定義。一般說來, SoC稱爲系統級芯片,也有稱片上系統,意指它是一個產品,是一個有專用目標的集成電路,其中包含完整系統並有嵌入軟件的全部內容。同時它又是一種技術,用以實現從確定系統功能開始,到軟/硬件劃分,並完成設計的整個過程。從狹義角度講,它是信息系統核心的芯片集成,是將系統關鍵部件集成在一塊芯片上;從廣義角度講, SoC是一個微小型系統,如果說中央處理器(CPU)是大腦,那麼SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統。國內外學術界一般傾向將SoC定義爲將微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器(或片外存儲控制接口)集成在單一芯片上,它通常是客戶定製的,或是面向特定用途的標準產品。
SoC定義的基本內容主要表現在兩方面:其一是它的構成,其二是它形成過程。系統級芯片的構成可以是系統級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU 內核模塊、數字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊,對於一個無線SoC還有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA 或ASIC實現)以及微電子機械模塊,更重要的是一個SoC 芯片內嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。系統級芯片形成或產生過程包含以下三個方面:
1) 基於單片集成系統的軟硬件協同設計和驗證;
2) 再利用邏輯面積技術使用和產能佔有比例有效提高即開發和研究IP核生成及複用技術,特別是大容量的存儲模塊嵌入的重複應用等;
3) 超深亞微米(UDSM) 、納米集成電路的設計理論和技術。
SoC設計的關鍵技術
具體地說, SoC設計的關鍵技術主要包括總線架構技術、IP核可複用技術、軟硬件協同設計技術、SoC驗證技術、可測性設計技術、低功耗設計技術、超深亞微米電路實現技術等,此外還要做嵌入式軟件移植、開發研究,是一門跨學科的新興研究領域。圖1是SoC設計流程的一個簡單示意圖。
（圖一）
SoC的發展趨勢及存在問題
當前芯片設計業正面臨着一系列的挑戰,系統芯片SoC已經成爲IC設計業界的焦點, SoC性能越來越強,規模越來越大。SoC芯片的規模一般遠大於普通的ASIC,同時由於深亞微米工藝帶來的設計困難等,使得SoC設計的複雜度大大提高。在SoC設計中,仿真與驗證是SoC設計流程中最複雜、最耗時的環節,約佔整個芯片開發週期的50%～80% ,採用先進的設計與仿真驗證方法成爲SoC設計成功的關鍵。SoC技術的發展趨勢是基於SoC開發平臺,基於平臺的設計是一種可以達到最大程度系統重用的面向集成的設計方法,分享IP核開發與系統集成成果,不斷重整價值鏈,在關注面積、延遲、功耗的基礎上,向成品率、可靠性、EMI 噪聲、成本、易用性等轉移,使系統級集成能力快速發展。
SOC技術的特點
半導體工藝技術的系統集成
軟件系統和硬件系統的集成
SOC具有以下幾方面的優勢，因而創造其產品價值與市場需求：
降低耗電量
減少體積
增加系統功能
提高速度
節省成本
民用航空 SOC 系統
南航籌建SOC系統的想法起始於1994年，公司上層領導通過對一些發達國家航空公司的考察，認爲實施SOC系統，可以對航空公司的飛行運作進行集中式的實時動態管理，提高公司運營效率，降低飛行運作成本，保障安全生產，促進優質服務，爲領導決策提供快速準確的飛行信息，是南航公司走向現代化管理、建設大型企業集團的必要條件。經過兩年多的準備，1997年7月1日，南航公司正式啓動了該系統。
引入的SOC系統主要包括5大應用模塊：飛行計劃、飛行跟蹤、動態控制、配載平衡和機組管理。黃敏先生形象地比喻SOC就象是航空公司飛行運作方面的大管家，聽過他對系統的詳細介紹，不僅可以對每個模塊的功能瞭然於心，也可以對航空公司的飛行運作有個大致的瞭解。
南航SOC系統首先建成並投入使用的是飛行計劃子系統，意即按照飛機所飛航線做出實時的飛行計劃。過去國內的航班都按照冬夏兩季制定兩套固定的飛行計劃，但是因爲每天天氣情況不同、飛機狀況不同、飛機的載量不同以及所飛航路高度層的變化，所以飛機的加油量也應該有所不同，否則就會造成很大浪費，飛行計劃模塊就是通過對這些信息的優化，根據實時的航路高空氣象數據，按照最省油、最短飛行時間、最優航路、最優業載等標準，製作飛行計劃書，達到降低飛行直接成本（燃油）、提高飛機利用率的目的。
飛行計劃子系統的投入使用也結束了國內航空公司不能制定實時飛行計劃的歷史。現在，不論國內還是國際的飛行計劃，南航公司都可以自己完成。而且，飛行計劃的啓動也帶動了整個航空公司基礎信息設施的建設。
動態控制子系統的功能是用進程圖的方法顯示航班的運行狀況，對飛機誤點、機組沒有按時簽到等各種可能出現的問題進行探測或及時警告。過去的航班調配主要靠人想，使用這套系統後，就可以在航班延誤、取消或其他各種情況發生的時候，以一種科學的方法把所調配飛機對後繼航班所造成的影響直觀地顯現出來，通過各種調整進行比較，最後選擇一種成本最優的方案進行實施。這套系統已在1999年5月18日投產。
飛行跟蹤子系統就是向籤派員顯示所管理航班的實時飛行動態。以往飛機離開地面就與航空公司失去了聯繫，一直到落地才知道飛機狀況。通過飛行動態跟蹤系統，就可以實時掌握飛行動態，如果出現問題，提前做出飛行預案。
配載系統是從民航訂座、離港、貨運系統中獲取南航航班的乘客量、貨運量等業載數據，結合機載油量，按照每種機型最大允許起飛重量、着陸重量、無油重量以及重心範圍等條件，預先給貨運部門提供最大容許載重限量，在航班值機關閉後，快速計算出符合安全要求的載重平衡點，以最大限度降低耗油量，優化負載率。
機組管理子系統主要負責航線配對和機組排班。以往飛行員的排班都採用手工進行，不能合理均勻的安排飛行員的飛行時間，而且人工排班也只能制定10天的旬計劃。採用這套系統，根據航班的長期計劃、根據民航有關的飛行條例以及飛行員乘務員的訓練計劃，可以自動生成覆蓋所有航班的航線組，並且可以根據機組狀況結合各種動態、靜態因素，自動排出執行飛行任務的航線組。通俗地說，飛行員就可以實施長線飛行排班計劃，在安全的前提下，充分利用飛行員的飛行小時限額，提前6個月做出機組排班計劃。
飛行跟蹤、配載系統、機組管理三個子系統以及其他一些相應的配合系統目前尚處在安裝、測試階段，預計都將在2000年初投入運營。
集成電路的發展已有40 年的歷史，它一直遵循摩爾所指示的規律推進，現已進入深亞微米階段。由於信息市場的需求和微電子自身的發展，引發了以微細加工（集成電路特徵尺寸不斷縮小）爲主要特徵的多種工藝集成技術和麪嚮應用的系統級芯片的發展。隨着半導體產業進入超深亞微米乃至納米加工時代，在單一集成電路芯片上就可以實現一個複雜的電子系統，諸如手機芯片、數字電視芯片、DVD 芯片等。在未來幾年內，上億個晶體管、幾千萬個邏輯門都可望在單一芯片上實現。 SoC ( System - on - Chip)設計技術始於20世紀90年代中期,隨着半導體工藝技術的發展, IC設計者能夠將愈來愈複雜的功能集成到單硅片上, SoC正是在集成電路( IC)向集成系統( IS)轉變的大方向下產生的。1994 年Motorola發佈的Flex Core系統(用來製作基於68000和PowerPC的定製微處理器)和1995年LSILogic公司爲Sony公司設計的SoC,可能是基於IP ( Intellectual Property)核完成SoC設計的最早報導。由於SoC可以充分利用已有的設計積累,顯著地提高了ASIC的設計能力,因此發展非常迅速,引起了工業界和學術界的關注。
SOC是集成電路發展的必然趨勢，1. 技術發展的必然2. IC 產業未來的發展。
SoC基本概念
SoC的定義多種多樣,由於其內涵豐富、應用範圍廣,很難給出準確定義。一般說來, SoC稱爲系統級芯片,也有稱片上系統,意指它是一個產品,是一個有專用目標的集成電路,其中包含完整系統並有嵌入軟件的全部內容。同時它又是一種技術,用以實現從確定系統功能開始,到軟/硬件劃分,並完成設計的整個過程。從狹義角度講,它是信息系統核心的芯片集成,是將系統關鍵部件集成在一塊芯片上;從廣義角度講, SoC是一個微小型系統,如果說中央處理器(CPU)是大腦,那麼SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統。國內外學術界一般傾向將SoC定義爲將微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器(或片外存儲控制接口)集成在單一芯片上,它通常是客戶定製的,或是面向特定用途的標準產品。
SoC定義的基本內容主要表現在兩方面:其一是它的構成,其二是它形成過程。系統級芯片的構成可以是系統級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU 內核模塊、數字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊,對於一個無線SoC還有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA 或ASIC實現)以及微電子機械模塊,更重要的是一個SoC 芯片內嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。系統級芯片形成或產生過程包含以下三個方面:
1) 基於單片集成系統的軟硬件協同設計和驗證;
2) 再利用邏輯面積技術使用和產能佔有比例有效提高即開發和研究IP核生成及複用技術,特別是大容量的存儲模塊嵌入的重複應用等;
3) 超深亞微米(UDSM) 、納米集成電路的設計理論和技術。
SoC設計的關鍵技術
具體地說, SoC設計的關鍵技術主要包括總線架構技術、IP核可複用技術、軟硬件協同設計技術、SoC驗證技術、可測性設計技術、低功耗設計技術、超深亞微米電路實現技術等,此外還要做嵌入式軟件移植、開發研究,是一門跨學科的新興研究領域。圖1是SoC設計流程的一個簡單示意圖。
（圖一）
SoC的發展趨勢及存在問題
當前芯片設計業正面臨着一系列的挑戰,系統芯片SoC已經成爲IC設計業界的焦點, SoC性能越來越強,規模越來越大。SoC芯片的規模一般遠大於普通的ASIC,同時由於深亞微米工藝帶來的設計困難等,使得SoC設計的複雜度大大提高。在SoC設計中,仿真與驗證是SoC設計流程中最複雜、最耗時的環節,約佔整個芯片開發週期的50%～80% ,採用先進的設計與仿真驗證方法成爲SoC設計成功的關鍵。SoC技術的發展趨勢是基於SoC開發平臺,基於平臺的設計是一種可以達到最大程度系統重用的面向集成的設計方法,分享IP核開發與系統集成成果,不斷重整價值鏈,在關注面積、延遲、功耗的基礎上,向成品率、可靠性、EMI 噪聲、成本、易用性等轉移,使系統級集成能力快速發展。
SOC技術的特點
半導體工藝技術的系統集成
軟件系統和硬件系統的集成
SOC具有以下幾方面的優勢，因而創造其產品價值與市場需求：
降低耗電量
減少體積
增加系統功能
提高速度
節省成本
民用航空 SOC 系統
南航籌建SOC系統的想法起始於1994年，公司上層領導通過對一些發達國家航空公司的考察，認爲實施SOC系統，可以對航空公司的飛行運作進行集中式的實時動態管理，提高公司運營效率，降低飛行運作成本，保障安全生產，促進優質服務，爲領導決策提供快速準確的飛行信息，是南航公司走向現代化管理、建設大型企業集團的必要條件。經過兩年多的準備，1997年7月1日，南航公司正式啓動了該系統。
引入的SOC系統主要包括5大應用模塊：飛行計劃、飛行跟蹤、動態控制、配載平衡和機組管理。黃敏先生形象地比喻SOC就象是航空公司飛行運作方面的大管家，聽過他對系統的詳細介紹，不僅可以對每個模塊的功能瞭然於心，也可以對航空公司的飛行運作有個大致的瞭解。
南航SOC系統首先建成並投入使用的是飛行計劃子系統，意即按照飛機所飛航線做出實時的飛行計劃。過去國內的航班都按照冬夏兩季制定兩套固定的飛行計劃，但是因爲每天天氣情況不同、飛機狀況不同、飛機的載量不同以及所飛航路高度層的變化，所以飛機的加油量也應該有所不同，否則就會造成很大浪費，飛行計劃模塊就是通過對這些信息的優化，根據實時的航路高空氣象數據，按照最省油、最短飛行時間、最優航路、最優業載等標準，製作飛行計劃書，達到降低飛行直接成本（燃油）、提高飛機利用率的目的。
飛行計劃子系統的投入使用也結束了國內航空公司不能制定實時飛行計劃的歷史。現在，不論國內還是國際的飛行計劃，南航公司都可以自己完成。而且，飛行計劃的啓動也帶動了整個航空公司基礎信息設施的建設。
動態控制子系統的功能是用進程圖的方法顯示航班的運行狀況，對飛機誤點、機組沒有按時簽到等各種可能出現的問題進行探測或及時警告。過去的航班調配主要靠人想，使用這套系統後，就可以在航班延誤、取消或其他各種情況發生的時候，以一種科學的方法把所調配飛機對後繼航班所造成的影響直觀地顯現出來，通過各種調整進行比較，最後選擇一種成本最優的方案進行實施。這套系統已在1999年5月18日投產。
飛行跟蹤子系統就是向籤派員顯示所管理航班的實時飛行動態。以往飛機離開地面就與航空公司失去了聯繫，一直到落地才知道飛機狀況。通過飛行動態跟蹤系統，就可以實時掌握飛行動態，如果出現問題，提前做出飛行預案。
配載系統是從民航訂座、離港、貨運系統中獲取南航航班的乘客量、貨運量等業載數據，結合機載油量，按照每種機型最大允許起飛重量、着陸重量、無油重量以及重心範圍等條件，預先給貨運部門提供最大容許載重限量，在航班值機關閉後，快速計算出符合安全要求的載重平衡點，以最大限度降低耗油量，優化負載率。
機組管理子系統主要負責航線配對和機組排班。以往飛行員的排班都採用手工進行，不能合理均勻的安排飛行員的飛行時間，而且人工排班也只能制定10天的旬計劃。採用這套系統，根據航班的長期計劃、根據民航有關的飛行條例以及飛行員乘務員的訓練計劃，可以自動生成覆蓋所有航班的航線組，並且可以根據機組狀況結合各種動態、靜態因素，自動排出執行飛行任務的航線組。通俗地說，飛行員就可以實施長線飛行排班計劃，在安全的前提下，充分利用飛行員的飛行小時限額，提前6個月做出機組排班計劃。
飛行跟蹤、配載系統、機組管理三個子系統以及其他一些相應的配合系統目前尚處在安裝、測試階段，預計都將在2000年初投入運營。