Metodologii, tipuri și diferențe de proiectare CPU

Metodologii, tipuri și diferențe de proiectare CPU

Atunci când proiectează noi cipuri, diferiți producători și designeri de cipuri utilizează metodologii de proiectare a cipurilor diferite, în funcție de necesitatea fiecărui moment și, prin urmare, de ceea ce caută în proiectarea finală. Aceste metodologii sunt, de asemenea, ceea ce face câteva companii din sector înaintea celorlalte.

Când vorbim despre proiectarea de noi circuite integrate pe un cip, oricare ar fi acestea, vorbim deja despre un Procesor, A GPU, un chipset, o memorie etc. Se utilizează trei stiluri sau metodologii diferite în ceea ce privește designul. Care se numesc Full Custom, Semi Custom și EDA. Să vedem cum sunt fiecare dintre ele și cum diferă între ele.

Ce este Biblioteca de celule standard?

Biblioteca de celule standard Ejemplos

În primul rând trebuie să înțelegem ce este o bibliotecă de celule standard. În același mod în care limbajele de programare au de obicei biblioteci cu cele mai utilizate structuri de date și algoritmi atunci când se dezvoltă programe. turnătorii sau fabricile de procesoare au propriile lor biblioteci standard unde în fiecare dintre ele sunt bine definite porțile logice care vor fi folosite pentru a crea un viitor design digital.

Fiecare nod de fabricație are o bibliotecă standard de porți logice, în funcție de nod și utilitarul care trebuie utilizat. De exemplu, TSMC are un nod de 7 nm pentru performanțe ridicate și altul pentru putere redusă. Fiecare dintre ele are o bibliotecă de celule standard, care va fi esențială pentru crearea de noi procesoare. Deoarece include tot ceea ce este necesar, cum ar fi porți logice, flip-flops, zăvoare etc.

Deci, sunt turnătorii în sine, cum ar fi Intel, TSMC, Samsung, GLOBALFOUNDRIES, SMIC și multe altele din lume, care ajung să își dezvolte fiecare biblioteca de celule standard, care va fi adoptată pentru crearea de noi chips-uri. Fiecare bibliotecă de celule standard poate avea diferite variante ale fiecărei porți logice. Unii se vor remarca prin performanța lor, alții pentru că au o suprafață mai mică, vom avea versiuni ale unei uși logice cu consum mai mic de energie și, de asemenea, cu cunoștințe.

Metodologii complete de proiectare a cipurilor personalizate

Metodologías Design

Metodologia Full Custom este cea mai complexă dintre toate, deoarece este adoptată doar de câteva companii din lume al căror capital pentru cercetare și dezvoltare este imens. Această metodologie necesită, de asemenea, mulți ani de dezvoltare pentru a finaliza un design. Se bazează pe combinația de utilizare a bibliotecii de celule standard a nodului ales și a designului personalizat.

În ce constă? Să presupunem că avem o combinație de poartă logică care nu este încorporată în Biblioteca de celule standard și a cărei implementare este esențială pentru proiectarea dvs. Ei bine, companiile cu capacitate complet personalizată au capacitatea de a extinde Biblioteca de celule standard a nodului pe care îl utilizează și de a crea noi programe de completare pentru a fi utilizate în propriile modele.

Placa Rayos X

De obicei, companiile de proiectare a procesorului atunci când au planificat un procesor pe termen lung, nodul pe care îl vor folosi nu este gata și biblioteca lor de celule standard nu este disponibilă. Deci, aceste companii își proiectează propriile porți logice pentru un nod mai avansat. Acest lucru îi place chiar și lui Fabless AMD și NVIDIA face pentru a testa noi arhitecturi. Metodologia este că turnătorii își avansează bibliotecile de proiectare în avans înainte de a lansa producția noului nod.

De la acestea, companiile cu capacitate complet personalizată creează modele preliminare simple și astfel sugerează îmbunătățiri pentru viitorul nod de producție. Acesta este motivul pentru care anumite turnătorii și producători caută să aibă parteneri cu mai multă capacitate de cercetare și dezvoltare. Omologul acestei metode? Costul său ridicat, nu numai datorită proiectării de noi combinații de porți logice, ci și datorită faptului că acestea sunt concepute pentru dezvoltarea de procesoare între trei și cinci ani de acum înainte.

Metodologii de proiectare a cipurilor semi-personalizate

Metodologías Design

Proiectele semi-personalizate sunt cele care utilizează doar Biblioteca de celule standard a unui nod deja disponibil pentru fabricare. Prin urmare, este o metodologie de proiectare concepută pentru a lansa procesoare pe termen foarte scurt și nu necesită un capital ridicat de cercetare și dezvoltare. Astăzi, peste 80% dintre companiile de proiectare a cipurilor sunt semi-personalizate. Toate proiectele încep ca modele Semi Custom, atunci când inginerii cu cele mai înalte cunoștințe văd capacitatea de a face un procesor mai bun folosind propria tehnologie, trec de la Semi Custom la Full Custom. Însă, așa cum am discutat mai înainte, acest lucru se poate permite foarte puține companii.

GDDR6 Xbox Series X

Un caz curios al designului Semi Custom este AMD, care are propria bibliotecă de celule standard folosind TSMC ca producător principal. O companie care este de acord cu proiectarea unui cip cu AMD nu numai că va putea utiliza tehnologiile deja dezvoltate de AMD însăși, dar va putea folosi și propria bibliotecă standard de celule pentru a crea coprocesoare precum acceleratoare și domeniu. procesoare specifice pentru proiectele sale. Ceva pe care SONY și Microsoft au făcut pentru crearea principalelor procesoare ale consolelor lor de generație următoare.

Cu toate acestea, în ciuda prețului său mai scăzut în comparație cu designul Full Custom, necesită ca fabricarea cipurilor să fie contractată în turnătorii mari, care nu vor accepta comenzi foarte mici. Deci, proiectarea cipurilor implică suficient capital pentru a plăti pentru fabricarea cipurilor.

Implementare în FPGA și CPLD

Utilizarea FPGA-urilor a devenit populară în ultimii ani, precum și a CPLD-urilor, ambele sunt logice programabile a căror funcționare și diferențe între fiecare nu le vom explica aici. Utilizarea sa în metodologiile de proiectare a noilor procesoare are loc în două cazuri. Primul pentru prototipare, al doilea apare deoarece există momente în care o companie nu are capacitatea economică de a contracta un volum mare de jetoane, ceea ce nu este în interesul turnătorilor.

Trebuie luat în considerare faptul că implementarea în fiecare nod de fabricație este din ce în ce mai costisitoare de implementat, astfel încât turnătorii mari caută clienții cei mai puternici din punct de vedere economic. Puteți proiecta cel mai bun GPU din lume, dacă nu aveți capitalul NVIDIA sau AMD pentru a angaja un volum mare de cipuri, atunci designul dvs. nu va vedea lumina.

Jetoane Coste Diseño

Datorită acestei situații, multe companii de proiectare a cipurilor nu le fabrică, ci își vând desenele pentru a fi implementate într-un FPGA sau un CPLD pe care îl implementează direct în produsele lor. FPGA ajunge să devină cipul care ar fi trebuit să fie produs în serie. În schimb, nu este necesar să plătiți pentru fabricația în masă și implementarea se face în cel mai scurt timp.

Problema cu FPGA-urile în special este că costul pe cip este evident mai mare și acestea sunt soluții care vor fi foarte scumpe, dar care sunt concepute pentru clienți foarte anumiți. Care au banii pentru a plăti soluția menționată, dar nu timpul pentru a aștepta o soluție.