Методологии проектирования ЦП, типы и различия

Методологии проектирования ЦП, типы и различия

При разработке новых микросхем разные производители и дизайнеры микросхем используют разные методологии проектирования микросхем в зависимости от потребностей каждого момента и, следовательно, от того, что они ищут в окончательном дизайне. Благодаря этим методологиям некоторые компании отрасли опережают остальных.

Когда мы говорим о разработке новых интегральных схем на кристалле, какими бы они ни были, мы уже говорим о ЦП, чтобы GPU / ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР, набор микросхем, память и т. д. С точки зрения дизайна используются три различных стиля или методологии. Которые называются Full Custom, Semi Custom и EDA. Давайте посмотрим, на что похож каждый из них и чем они отличаются между собой.

Что такое стандартная библиотека ячеек?

Стандартная библиотека ячеек Ejemplos

Прежде всего мы должны понять, что такое стандартная библиотека ячеек. Точно так же, как в языках программирования обычно есть библиотеки с наиболее часто используемыми структурами данных и алгоритмами при разработке программ. литейные или производственные предприятия имеют свои собственные стандартные библиотеки, в каждой из которых четко определены логические элементы, которые будут использоваться для создания будущего цифрового проекта.

Каждый производственный узел имеет стандартную библиотеку логических вентилей в зависимости от узла и используемой утилиты. Например, TSMC имеет 7-нм узел для высокой производительности и другой для низкого энергопотребления. У каждого из них есть стандартная библиотека ячеек, которая будет необходима для создания новых процессоров. Поскольку он включает в себя все необходимое, например, логические вентили, триггеры, защелки и т. Д.

Так что сами литейные производства, такие как Intel, ТСМЦ, Samsung, GLOBALFOUNDRIES, SMIC и многие другие в мире, каждый из которых разрабатывает свою стандартную библиотеку ячеек, которая будет использоваться для создания новых микросхем. Каждая стандартная библиотека ячеек может иметь разные варианты каждого логического элемента. Некоторые из них будут выделяться своей производительностью, другие - меньшей площадью, у нас будут версии логической двери с меньшим энергопотреблением, а также со знанием дела.

Полностью индивидуализированные методики проектирования микросхем

Методология дизайна

Методология Full Custom является наиболее сложной из всех, поскольку ее применяют лишь несколько компаний в мире, чей капитал для исследований и разработок огромен. Эта методология также требует многих лет разработки для завершения дизайна. Он основан на сочетании использования стандартной библиотеки ячеек выбранного узла и индивидуального дизайна.

Из чего он состоит? Предположим, у нас есть комбинация логических вентилей, которая не встроена в стандартную библиотеку ячеек и реализация которой важна для вашего дизайна. Что ж, компании с возможностью Full Custom имеют возможность расширять стандартную библиотеку ячеек узла, который они используют, и создавать новые надстройки для использования в своих собственных проектах.

Пласа Райос X

Обычно компании-разработчики процессоров, когда у них запланирован очень долгосрочный процессор, узел, который они будут использовать, не готов, а их стандартная библиотека ячеек недоступна. Таким образом, эти компании разрабатывают свои собственные логические ворота для более продвинутого узла. Это то, что нравится даже Fabless AMD и NVIDIA делать для тестирования новых архитектур. Методология заключается в том, что литейные предприятия заранее передают им свои проектные библиотеки, прежде чем приступить к производству нового узла.

На их основе компании с возможностями Full Custom создают простые предварительные проекты и, таким образом, предлагают улучшения будущего производственного узла. Это причина, по которой некоторые литейные предприятия и производители стремятся иметь партнеров с большим потенциалом в области исследований и разработок. Аналог этого метода? Его высокая стоимость не только из-за разработки новых комбинаций логических вентилей, но также из-за того, что они предназначены для разработки процессоров через три-пять лет.

Полу-нестандартные методики проектирования микросхем

Методология дизайна

Полу-нестандартные конструкции - это те, которые используют только стандартную библиотеку ячеек узла, уже доступного для производства. Следовательно, это методология проектирования, разработанная для запуска процессоров в очень короткие сроки и не требующая больших капиталовложений в исследования и разработки. Сегодня более 80% компаний по разработке микросхем работают по индивидуальному заказу. Все проекты начинаются как проекты Semi Custom, когда инженеры с высочайшими знаниями видят возможность сделать лучший процессор, используя свои собственные технологии, они переходят от Semi Custom к Full Custom. Но, как мы уже говорили ранее, это то, что могут себе позволить очень немногие компании.

GDDR6 Xbox серии X

Любопытным примером дизайна Semi Custom является AMD, у которой есть собственная стандартная библиотека ячеек, использующая TSMC в качестве основного производителя. Компания, согласившаяся на разработку микросхемы с AMD, не только сможет использовать технологии, уже разработанные самой AMD, но также сможет использовать свою собственную стандартную библиотеку ячеек для создания сопроцессоров, таких как ускорители и домены. специфические процессоры для своей конструкции. То, что SONY и Microsoft сделали для создания основных процессоров своих консолей следующего поколения.

Однако, несмотря на более низкую цену по сравнению с конструкцией Full Custom, производство микросхем должно осуществляться на крупных литейных предприятиях, которые не будут принимать очень маленькие заказы. Таким образом, для проектирования микросхем требуется достаточно капитала, чтобы оплачивать производство микросхем.

Развертывание в ПЛИС и CPLD

Использование FPGA стало популярным в последние годы, так же как и CPLD, оба представляют собой программируемую логику, работу которой и различия между ними мы не будем здесь объяснять. Его использование в методиках проектирования новых процессоров происходит в двух случаях. Первый - для создания прототипа, второй - потому что бывают случаи, когда у компании нет экономической возможности заключить контракт на большой объем чипов, что не в интересах литейных производств.

Следует учитывать, что развертывание в каждом производственном узле становится все более дорогостоящим в реализации, поэтому крупные литейные предприятия ищут наиболее экономически сильных клиентов. Вы можете создать лучший в мире графический процессор, который, если у вас нет капитала NVIDIA или AMD для найма большого количества чипов, ваш дизайн не увидит свет.

Чипсы Coste Diseño

Из-за этой ситуации многие компании-разработчики микросхем не производят их, а продают свои разработки для реализации в FPGA или CPLD, которые они внедряют непосредственно в свои продукты. FPGA в конечном итоге становится чипом, который должен был производиться серийно. Взамен нет необходимости платить за массовое производство, а внедрение происходит в кратчайшие сроки.

Проблема с FPGA, в частности, заключается в том, что стоимость микросхемы, очевидно, выше, и это решения, которые будут очень дорогими, но которые предназначены для очень конкретных клиентов. У которых есть деньги, чтобы заплатить за указанное решение, но нет времени ждать решения.