如今，多核片上系統(tǒng) (SoC) 設計可以由數(shù)百個 IP 塊組成，通常包含多達一千萬個邏輯門。SoC 開發(fā)人員創(chuàng)建這種復雜設備的一種方法是使用受信任的第三方供應商提供的經過驗證的 IP 塊。例如，當 USB 3.2 Gen x 接口已經作為現(xiàn)成的 IP 可用時，投入數(shù)千小時是沒有意義的。相反，工程師可以集中精力創(chuàng)建自己的內部 IP，使他們的 SoC 有別于任何競爭產品。
    在連接 IP 塊以便它們可以相互通信時，對于當今大多數(shù)高容量和高復雜度的 SoC，可行的選擇是使用片上網絡 (NoC)。許多人沒有意識到的是，NoC 也是 IP，盡管 IP 跨越整個 SoC。至于這個 IP，設計團隊可以決定在內部開發(fā) NoC，或者他們可以選擇使用來自受信任的第三方供應商的經過驗證的 NoC IP。
    SoC 架構師很容易忽略的另一個考慮因素是 NoC 的設計環(huán)境必須具備物理意識。這極大地加快了對所需空間的探索，以在流程的前端實現(xiàn)的 NoC 拓撲。它還顯著加快了后端的時序收斂。
    構成NoC的元素
    NoC 由多個元素組成。首先，每個 IP 塊都有自己的接口特性——例如數(shù)據(jù)寬度和時鐘頻率——并采用 SoC 行業(yè)已采用的眾多標準協(xié)議之一：OCP、APB、AHB、AXI、STBus 和 DTL。一個或多個套接字需要附加到每個功能 IP 塊，然后將來自源 IP 的數(shù)據(jù)打包和序列化為適合通過網絡傳輸?shù)囊?guī)范化形式。相反，連接到目標 IP 的套接字會將傳入的數(shù)據(jù)包轉換回所需的任何形式。
    除了將所有東西連接在一起的電線之外，NoC 的主要傳輸機制主要由開關和緩沖器組成。這些開關就像具有關聯(lián)仲裁器的多路復用器，或具有關聯(lián)映射邏輯的多路分解器，使用每個數(shù)據(jù)包標頭中的目標數(shù)據(jù)從其源路由到其預期目標。同時，緩沖區(qū)用作存儲元素以沿路徑聚合數(shù)據(jù)。例如，一個緩沖區(qū)可能會從一個使用快速時鐘的 IP 塊快速加載，然后它可以將注意力轉移到其他任務上，而另一個使用較慢時鐘的 IP 塊會耗盡它。
    但并非不重要的一點是，流水線寄存器被插入到 NoC 路徑中以解決時序問題。這些問題可能是由于需要跨越 SoC 進行長距離傳輸而引起的。
    更小的幾何形狀意味著更大的問題
    隨著 SoC 設計轉向更先進的工藝，芯片上的晶體管變得更小、更快。不幸的是，電線的尺寸和速度并不以相同的速率縮放，這意味著它們在面積和功率方面具有更高的相對成本。除了可以使用更小的器件幾何尺寸將更多邏輯壓縮到同一區(qū)域這一事實之外，芯片本身變得越來越大，從而支持越來越多的 IP 塊。該架構在時鐘頻率、數(shù)據(jù)帶寬和關鍵路徑的延遲優(yōu)化方面也有更高的性能要求。
    大型 7 納米 SoC 可能需要 6,000 多個流水線寄存器。開發(fā)人員在確定這些寄存器的位置以滿足時序需求時必須考慮許多參數(shù)，同時盡量減少面積、延遲和擁塞。對于這樣一項艱巨的任務，通常加上緊迫的時間表，手動執(zhí)行流水線寄存器的插入總是會導致過度設計，以減少代價高昂的布局布線 (P&R) 迭代。隨之而來的成本是更大的面積、更高的功耗和更長的延遲。更糟糕的是，手動插入很容易出錯，并且很容易導致 P&R 迭代次數(shù)增加，盡管已盡努力確保所有相關路徑上都有足夠的管道。
    流水線插入的大部分復雜性存在于 NoC IP 中，它連接到芯片上的絕大多數(shù) IP 塊。因此，它是穿越芯片的 IP，因此它具有長的線路并且有可能通過擁塞點進行路由。它還必須在項目過程中對體系結構和市場營銷引發(fā)的工程變更單 (ECO) 做出反應，這意味著 NoC 通常是一個被凍結的 IP。
    物理感知 NoC IP
    手動插入流水線寄存器的相關成本加上快速適應不斷變化的需求的需要為自動化解決方案提供了機會。通過考慮物理要求，具有物理感知能力的 NoC 技術可以智能地插入流水線寄存器，并向布局團隊建議合適的放置位置。第三方工具具有此功能。
    作為起點，有必要了解 IP 塊的相對位置和任何關聯(lián)的路由通道。在 SoC 開發(fā)過程的后期階段，物理設計團隊將擁有與 IP 塊和路由通道位置相關的詳細數(shù)據(jù)。在這種情況下，他們可以以庫交換格式 (LEF) 和設計交換格式 (DEF) 文件的形式提供此信息。但是，此數(shù)據(jù)通常在項目早期不可用，因此能夠利用任何可用的早期詳細信息非常重要。

    早期數(shù)據(jù)的示例包括圖像、捕獲 SoC 平面圖視圖的 Visio 繪圖或詳細的 LEF/DEF 數(shù)據(jù)。第三方設計工具可以使用這些輸入來建議適當?shù)牟季郑▓D 1）。

    圖 1一個使用FlexNoC設計工具來利用不同來源的布局數(shù)據(jù)來幫助自動放置流水線寄存器的示例。資料
    這些工具使用此信息以及“速度和饋送”要求來自動建議流水線寄存器插入和位置。設計團隊可以使用這些工具以交互方式工作，以試驗不同的布局。作為回報，他們會收到準確的時序和面積估算，并在設計流程的早期階段更好地了解當前的 NoC 架構可以實現(xiàn)的目標。
    此外，第三方設計工具可以輸出與 NoC 相關的 LEF/DEF 數(shù)據(jù)，包括流水線寄存器的建議位置，供后端 P&R 工具使用（圖 2 ）。
    圖 2該設計示例采用 FlexNoC 設計工具輸出與 NoC 相關的 LEF/DEF 數(shù)據(jù)，包括流水線寄存器的建議位置，供后端 P&R 工具使用。資料