竞争激烈的SoC(片上系统）市场

　　SoC市场在扩大，国内外厂商采取了不同的方法争夺市场，但依然存在一些亟需解决的问题。

　　当前，无论在国内国外，SoC设计领域都已展开激烈竞争。SoC按实现技术可分为三类: 一类是CSoC，以学术研究机构为主导，注重体系结构探索性工作; 另一类是SoPC，以FPGA厂商和科研机构为主导，适合多品种少批量产品开发; 第三类是ASIC SoC，以微处理器和芯片设计公司为主导，追求良好的性价比，适合大批量规模生产; 其他如PSoC等均可归入SoPC类。

　　伴随后PC时代的到来，信息家电的迅猛发展，这些对芯片提出了更高的要求，SoC的应用市场也随之扩大。SoC的主要应用领域有计算机类、通信类、消费类、工控类、交通运输类。计算机类如图像、硬盘驱动、打印机、个人助理等; 通信类如有线网、无线网、手机、可视设备、通信基站等; 工控类如控制/处理、测试仪表、医疗设备、监控系统等; 交通运输类如引擎控制、仪表装置、安全系统等。

　　据预测，SoC销售额将从2002年的136亿美元增长到2007年的347亿美元，年增长率将超过20%。

　　国外注重联盟

　　随着SoC应用的不断普及，市场需要更加广泛的SoC设计。SoC提供商不仅必须拓展系统内部设计能力，而且要将直接开发的SoC设计套件和方法提供给客户。因此，SoC设计逐渐从ASIC方向向可编程方向发展。

　　德州仪器（TI)首席战略科学家Gene A. Frantz认为理想的SoC发展策略应该分几步: 许多器件→较少器件→更少器件→单个器件。TI在 Bluetooth、DSL、手机、视频等方面都成功地实现了这样的发展过程。其Bluetooth BRF6150在0.5cm2的芯片上全面集成了逻辑、内存、模拟、电源管理与RF功能，并且实现了低成本、低功耗和高性能。DSL AR7一颗芯片集成了大约150个分立组件。单芯片手机解决方案将数字基带、内存、逻辑、RF、电源管理、模拟基带集于一身，是业界首款采用数字RF技术的GSM手机芯片。视频DM642 将10个IC集于一片，减少了材料清单，降低了制造成本，可大大缩短产品的开发时间。

　　意法半导体、飞利浦与飞思卡尔合作开发和验证高级片上系统的知识产权（IP），合作的目标是缩短当今系统所需要的日益复杂的芯片上市时间。三家联盟合作伙伴计划在多个地点建立设计库和知识产权合作伙伴关系（LIPP）。知识产权合作伙伴关系将提供和支持高价值、可重复利用的SoC IP模块，以供联盟合作伙伴在其65nm CMOS节点以上的系统设计中使用。共同开发这些需要大量设计的标准IP模块意味着，每个Crolles2联盟成员在为客户提供高级SoC时可以专注于各自的系统级功能。利用Crolles2联盟合作伙伴的SoC解决方案可以更早实现更先进的多媒体和通信功能，因此消费者能够从中受益。在SoC架构和IP重利用方面，知识产权合作伙伴关系联盟还将协调联盟合作伙伴参加业界标准化活动，如基于工具流的封装结构、集成和IP重用联盟（SPIRIT）、开放式系统C计划 (OSCI)和通用的片上总线结构——虚拟插座接口联盟（VSIA）。

　　国内市场扩大

　　中国集成电路产业已经成为全球半导体产业关注的焦点，在巨大的市场需求、较低的生产成本、丰富的人力资源，以及稳定的经济发展和优越的政策扶持等众多优势条件下取得了飞速发展。由集成电路产业带动的计算机、通信、消费类电子、数字化3C技术的融合以及计算机和互联网的广泛应用孕育了大量的新兴产业，为我国国民经济的持续、快速发展注入了新的活力。

　　国内移动通信类SoC的开发主要集中在华为、中兴、大唐等通信公司，数字家电类SoC的开发主要集中在海尔、华大、华虹等公司。

　　中国在高新技术研究发展项目863计划中，把SoC作为微电子重大专项列入了2000～2001年度信息技术领域的重大专项预启动项目，并在IP核的开发、软硬件协同设计、IP复用、VDSM设计、新工艺新器件等方面布置了预研性课题，其中IP核的设计和制造是SoC技术中最为关键的部分。

　　国内SoC研制开发者主要基于MIPS系列和类指令系列，如中科院计算所中科SoC(基于龙芯CPU核，兼容MIPSIII指令集)、北大众志(定义少许特殊指令)、方舟2号(自定义指令集)、国芯C*Core(继承M*Core)等，提供了面向不同应用领域的解决方案。方舟与国芯走低功耗发展之路，北大众志走嵌入式发展之路，中科院计算所走高性能系统集成发展之路。

　　面临挑战

　　近几年来，世界各国虽然推出多种SoC，但是SoC产业还是处于起步发展阶段，存在以下需要解决的问题。

■ 制造商与用户的关系: 芯片制造商在构思新品时就要让用户参与。在SoC设计时，要超前与用户共同商量和研究，这就涉及一个高度信任的问题，为了做好用户的保密工作，有的公司安排不同的设计组，并指定专人与用户接触，不得随意扩散。

■ 缺乏复合型人才: SoC的设计实际上是一个系统的设计，要求设计者具有宽广和专业的知识，既要具有模拟电路专长，又要具有数字电路特长，还要具有丰富软件知识。

■ EDA工具能力: 目前EDA工具还不够成熟，其处理能力已跟不上SoC工艺的发展，未能充分发挥SoC的性能。设计优化和高效率的IP表达法将是EDA产业未来应予解决的问题。

■ IP兼容性与多样化: 现行标准能否兼容以前设计的IP， 如何使用其他公司开发的IP，能否制订出一个IP设计和再利用的国际标准等问题都有待于进一步解决。

■ 测试、封装与散热的要求: SoC 芯片内部非常复杂，研发制造的技术一直处于持续改进的状态，涉及数字和模拟电路的综合测试，测试技术难度较大，使得系统芯片的测试成本几乎占芯片成本的一半，因此未来集成电路测试面临的最大挑战是如何降低测试成本。

　　SoC芯片在测试上遇到的前所未有的难题有: （1）晶体管的数量越来越多;（2）为了符合顾客的需求，芯片所提供的功能越来越多;（3）各个不同功能模块运作的频率往往不同;（4）各功能模块所使用的电压也可能不同;（5）各功能模块的测试原理也不相同。

　　如何能有效进行SoC 芯片的测试工作，是学术界、产业界与各个研究单位都在努力解决的问题。目前有一种方法，叫做内置自检（BIST， Build-In Self Test）。在芯片的设计阶段，把自检测试的原理考虑进去，在制造芯片中加入一些额外的自检测试电路。另一种方法是传统的测试技术。这对测试系统所具有的能力也要求较高，测试设备本身必须要具备测试各种不同功能模块的能力。这两种测试可大大缩短测试开发时间和降低测试费用。还有一种降低成本的测试方式是采用基于故障的测试。

　　作为基于IP核的设计，SoC设计主要向两个方向发展: 一是以可重用IP核为基础的系统级设计，这主要关心IP核间的互连性; 二是以设计可重用IP核为目的的IP核设计，这主要关心IP核的可重用性，同时也是SoC设计的又一个挑战。

　　链接:虚拟插座接口联盟（Virtual SoCket Interface Alliance VSIA）1996年9月成立于美国加州，是非盈利开放性的，主要是源于SoC的设计非常复杂，需要大量的人力、物力和来自消费市场的巨大压力，而且目前没有良好、完善的产业平台支持IP的交换。 VSIA的目标是“通过制订混合和适配（Mix & Match）不同厂商提供的VC（Virtual Component）的公开标准，加快SoC的开发。”

　　VSIA标准（VSIA Standard）是对设计电路或者项目的描述和定义，比如体系结构、总线、算法、程序、语言、格式或是协议。VSIA标准是为了在产业界内部标准化所有的VC自身设计及其相关辅助设计，以便于VC可以自由、无修改地进行集成。