Platform-based Design 蔚為趨勢

現今IC產品的發展趨勢由消費性電子產品、PC相關產品擴展至當紅的無線通訊、資訊家電等領域，加上強調輕薄短小的產品特性，驅使IC設計業由單一功能轉變成SoC（System-on-chip；系統單晶片）的方向。SoC因應晶片整合的需求與半導體整體技術層次的提昇，逐漸成為產業發展的重要趨勢。SoC興起的利基是希望藉著整合不同功能的IC元件於單一晶片上，相較於傳統晶片更具效能的運作並且有助降低零件成本。以工研院經資中心提供之資料顯示，如(圖一)，SoC市場在1999～2000年的整體成長率超過60﹪，總產值也在200億美元左右，預期2005年總產值將達到449億5200萬美元。

隨著SoC 設計時代的來臨，Platform-based Design（PBD）成為廣泛被討論的熱門話題之一。Platform-based Design是一種IC設計方法的演進，由過去複雜度僅約5,000～250,000個邏輯閘的TDD（Time-Driven Design）階段，到複雜度提昇至1.5百萬邏輯閘的BBD（Block-based Design），一直到今天進入複雜度更高的Platform-based Design階段，如(圖二)，Platform-based Design結合了硬體的矽智財（IP）及匯流排的硬體結構，以及嵌入式即時作業系統（Real-time Operating System；RTOS）等軟體架構，以達到架構之重複利用性。

簡言之，Platform-based Design是一種以整合為導向，強調系統級的重複使用、縮短開發時程，以開發出高複雜度產品的IC設計方式。無庸置疑的，Platform-based Design將成為SoC設計的主流趨勢，而應用Platform-based Design觀念開發之SoC整合平台也成為炙手可熱的SoC解決方案，藉著平台提供之整合系統環境及架構，可大幅降低IP整合的困難度，加速產品上市時程。以下將針對SoC整合平台開發的挑戰作說明。

《圖一　SoC在各應用領域的市場值與成長率〈資料來源: 工研院經資中心（2002/06）〉》

《圖二　IC設計方法演變趨勢〈資料來源：Surviving the SoC Revolution Henry Chang〉》

SoC整合平台開發的挑戰

SoC技術的關鍵瓶頸在於系統的整合。隨著晶片尺寸的大幅縮減與元件密度的提昇，一個高效能的SoC整合平台的開發必須兼具硬體、軟體及系統三方的專業技術及整合IP及Tool的能力，以達到整合平台的功能完整性及產品應用彈性。以下就整合平台的規劃及IP及Tools整合等挑戰，分別說明如下。

整合平台規劃的挑戰

整合平台的開發必須考量其必備的功能性及因應產品差異性而保留擴展的彈性，因此，平台開發初期的定義與規劃正確或完整與否，決定此平台未來的利用價值。一般而言，規劃者必須對於系統有深入的了解，並具備相關產品發展趨勢的敏感度，方能完成一個兼具功能性及應用性的整合平台開發規劃。

IP及Tools整合的挑戰

IP及Tools的整合性是設計平台的另一挑戰。設計平台的開發者必須具備IP的高度整合力，將不同來源的IP有效率的整合到同一個設計平台上，並確認其整合後的功能運作及Performance無誤。因此，IP整合的專業能力及介面IP的完整性均會影響此設計整合平台的開發。由於整合平台中使用的Tools來源也大多不同，故Tools的整合能力對於整合平台的開發亦具有關鍵影響性。

SoC 整合平台的開發

SoC設計流程一直面臨超長延遲的困境。一般而言，典型的IP核心往往僅提供有限之資料文檔供系統級整合及功能驗證，導致設計人員必須耗心費時的研究核心電路及功能分析，始能建立介面邏輯並撰寫測試程式。簡言之，設計人員需花費大量時間對IP核心進行識別、獲取、整合及驗證，而無法集中寶貴的資源於產品差異化的開發，進而無法將產品價值最佳化。

藉由SoC整合平台提供之針對特殊應用的預整合和預驗証核心，極易整合進現有設計流程，大大減輕了與IP整合和系統級驗証有關的工作負擔，並可提供特殊的功能來加速SoC硬體和軟體的開發。再者，SoC 整合平台除了可提供設計人員使用其慣用之EDA工具外，亦可提供整合及驗證所需之高層模型及測試套件。而平台整合環境生成之相關文件也有助整合軟、硬體開發環境為單一流程。

SoC整合平台可改善現有設計程序，加速啟動新產品的開發設計，奠定產品先機。因此，各公司及半導體相關機構無不大力推廣共通的設計平台，不但可一舉解決IP整合的困難，加速系統單晶片的發展，而若在此一平台爭霸戰中的勝出者亦可因此獲得廣大的市場，因此各公司無不積極加入設計平台開發的行列。

目前，SoC整合平台大致有二：一為可滿足單晶片嵌入式系統設計需求的通用平台，另一為針對某些特定應用的專用平台。以源捷科技之SoC設計整合平台為例，此平台屬於通用平台，可以滿足單晶片嵌入式系統的設計需要，這些系統通常由作為特殊核心的處理器、記憶體和週邊功能模組組成，所有核心都是藉由預整合和預驗証的，其中包括ARM、MIPS、ARC或其它類型的處理器核心，以及一些關鍵週邊設備功能，包括系統定時器、看門狗定時器、中斷控制器、可程式I/O、儲存控制器、DMA控制器、GPIO、字母數位LCD控制器和UART。SoC設計人員可利用其它核心來補充基於平台的設計，強調其產品之差異化。