包含一百万个晶体管的片上系统(SoC)在不远的过去被认为是大型器件。如今，SoC 通常包含多达十亿个晶体管。例如，考虑最近的案例研究 SiMa.ai 以及其名为MLSoC的新机器学习(ML)芯片;它在嵌入式边缘提供轻松的机器学习。

　　该MLSoC在16纳米技术节点上创建，由数十亿个晶体管组成。与当今 SoC 设计中几乎总是如此一样，MLSoC 由现成的第三方知识产权 (IP) 模块与内部开发的机器学习加速器 (MLA) IP 的复杂组合组成。

　　图1 MLSoC 芯片将主机处理器和 ML 加速器功能结合在一个设备中。源： SiMa.ai

　　第三方 IP 是众所周知的标准功能，例如处理器和通信内核(以太网、USB、I2C 和 SPI)以及外围设备，这种过程不值得花时间和精力在内部开发。将该SoC与其竞争对手区分开来的“秘密武器”是MLA，它提供每秒50万亿次操作(TOPS)，同时消耗微不足道的5瓦功率。

　　组合来自不同供应商的数百个 IP 的一个问题是，SoC 行业已经定义和采用了多个互连协议(OCP、APB、AHB、AXI、STBus 和 DTL)，并且每个 IP 可能使用不同的协议。此外，每个 IP 可能支持不同的数据宽度，并以单独的时钟频率运行。可以想象，让这些 IP 相互通信可能会令人生畏。

　　输入编号

　　连接数百个不同 IP 的最佳解决方案是采用片上网络 (NoC)。NoC 使用缓冲区和交换机在发起方和目标 IP 块之间传递数据包。每个数据包都包含一个标头，其中包括一个包含源地址和目标地址的 ID，以及一个包含数据的正文。可以同时运行大量数据包。

　　每个 IP 都有一个或多个称为套接字的接口。网络接口单元 (NIU) 将 IP 套接字连接到 NoC，并对数据进行序列化和分组，同时满足每个 IP 的数据宽度和时钟频率要求。

　　开发人员通常将IP设想为在硅芯片表面上具有方形或矩形封装。许多开发人员没有认识到NoC是一个IP，尽管它跨越了整个芯片。

　　自产还是现成?

　　SoC 开发人员必须决定是内部实施 NoC 更好还是从第三方供应商处获取它更好。对于许多团队来说，这不是问题，因为他们缺乏从头开始开发全功能NoC所需的时间，资源和技能。

　　创建适合现代 SoC 的 NoC 很容易需要六名工程师工作两年。然后是同时调试NoC和其余设计的问题。降低风险、加快上市时间并等同于货币化时间的唯一现实解决方案是采用来自受信任供应商的经过验证的现成 NoC。

　　技术优势

　　实施 NoC 需要的不仅仅是将 NIU 连接到 IP 套接字并确定任何交换机的位置以及任何缓冲区的大小和位置。由于NoC跨越整个芯片，因此有必要为物理布局团队和工具引入流水线级(寄存器)，以满足SoC的性能和时序规范。

　　设计涉及迭代。在流程的前端设计部分执行迭代比同时涉及前端和后端物理布局要快得多。如果前端设计工程师手动插入这些流水线阶段，并且未能在正确的位置使用足够的管道，则后端物理实现团队将无法实现其目标，从而导致设计者返回并返工项目。

　　不幸的是，架构师通常通过过度设计问题并插入太多管道阶段来解决这个问题。尽管这将有助于物理设计团队满足时序要求，但任何超出需求的管道阶段都会消耗芯片面积、消耗功耗并增加延迟。

　　解决此问题的一种方法是使用物理感知的NoC。这意味着，一旦物理布局团队提供了各种IP块的建议位置，这些数据就可以用于自动确定任何管道阶段的最佳数量和位置。通过加快物理布局过程，实现时序收敛所需的耗时后端到前端迭代次数显著减少。

　　一个这样的 NoC 是 弹性诺克 5，具有物理意识并具有其他选项。对于具有数百个IP和1024+位宽连接的极端设计，FlexNoc XL选项提供了大容量网状NoC发生器功能。FlexNoC 5 高级存储器选项可用于涉及复杂存储器交错方案和非连续地址位的架构。此选项使用多通道重新排序缓冲区，避免排序规则块和响应序列化瓶颈，但允许并发内存通道读取。

　　图2 物理感知的片上网络 IP 可提高工作效率。源： 动脉

　　一些设计被认为是安全关键的，这意味着故障或故障可能导致人员死亡或重伤，设备或财产损失或严重损坏，以及环境危害。在这种类型的设计中，FlexNoc 5结构IP可以通过FlexNoC弹性选项进行补充。该封装可帮助设计人员实现符合汽车 ISO 26262 和 IEC 61508 标准所需的功能安全特性。它还提供硬件可靠性，以增强企业级 SSD 耐用性。

　　为什么选择现成的 NoC IP

　　管理复杂 SoC 设计的唯一方法是使用 NoC。与其花费数年时间和消耗工程资源在内部开发 NoC，不如通过使用值得信赖且可靠的现成 NoC 来节省时间、降低风险并加快上市时间。

　　安迪·南丁格尔， Arteris产品营销副总裁在高科技行业拥有超过35年的经验，其中包括在Arm担任各种工程和产品管理职位的23年。