Halvleder ip kerne oprindelse, typer og anvendelse

I halvlederindustrien er intellektuel ejendomsret (IP) mere end bare et teknisk udtryk, det er en bro mellem innovation og handel.Ved at kombinere opfindsomheden hos chipdesignere med egenskaberne ved en omsættelig vare er Semiconductor IP blevet en hjørnesten i moderne chipdesign.Det understøtter videnskabelige fremskridt, driver IP -handel og genbrug og fremmer et blomstrende økosystem af specialiserede IP -leverandører og udbydere.I denne artikel dækker vi ind i definitionen, oprindelsen og udviklingen af ​​Semiconductor IP, udforsker dens typer og diskuterer dens anvendelse og kommercielle.

Katalog

Forståelse af halvleder IP

Semiconductor IP eller IP-kerne henviser til et foruddesignet, genanvendeligt kredsløbsmodul med uafhængig funktionalitet, der bruges i integreret kredsløb (IC) design.Som defineret af Wikipedia: "I elektronisk design er en halvleder intellektuel ejendomsret (SIP -kerne), IP -kerne eller IP -blok en genanvendelig enhed af logik, celle eller integreret kredsløbslayoutdesign, der er den intellektuelle egenskab hos en part."

IP -kerner strømline chipudvikling ved at reducere designkompleksiteten, forkorte designcyklusser og øge sandsynligheden for vellykket chipimplementering.De fungerer som modulære byggesten, ligesom puslespil, der giver designere mulighed for at kombinere forud-verificerede IP-kerner med deres specialdesignede kredsløb for at skabe komplekse chips.

Som vist i figur 1 kan en kompleks chip for eksempel integrere selvdesignede kredsløb (grønne moduler) med outsourcede IP-kerner (varierede farveblokke) for at fremskynde design og forbedre funktionaliteten.Denne tilgang spejler samlingen af ​​et systemkort, hvor udviklere forbinder præ-fremstillede komponenter for at opbygge et komplet system.

Oprindelsen og rollen af ​​Semiconductor IP

Begrebet IP stammer som et svar på den voksende kompleksitet af chipdesign.I de tidlige dage gjorde det muligt for begrænset chipintegration og enklere design chipudviklere at styre hele projekter uafhængigt.Efterhånden som efterspørgslen efter mere kraftfulde chips steg, voksede omfanget og kompleksiteten af ​​design eksponentielt.I slutningen af ​​1980'erne, med fremkomsten af ​​støberi-modellen og fabress-virksomheder, blev det klart, at små og mellemstore chipdesignere havde brug for en måde at styre stadig mere komplekse projekter på.

Inspireret af de modulære tilgange, der blev brugt i softwareudvikling og ingeniørsystemer, fremkom IP -kerner som en løsning.Foruddesignede moduler med specifikke funktionaliteter kunne nu genbruges, hvilket giver designere mulighed for at fokusere på deres kernekompetencer, mens de outsourcing af resten.Dette markerede begyndelsen på IP -udviklingen og handelsøkosystemet, hvor specialiserede IP -leverandører kunne skabe, markedsføre og sælge deres design til en lang række chipfirmaer.

IP -kerner i halvlederfeltet tjener som fristående kredsløbsmoduler, der strømline den komplicerede proces med opbygning af integrerede kredsløb (ICS).Disse kerner er vigtige for at reducere designtider og optimere ydeevne, fungere som vigtige komponenter i en chips arkitektur.Meget som at konstruere et sofistikeret puslespil, kan du integrere disse foruddesignede IP-kerner sammen med deres egne innovationer for at forbedre effektiviteten og reducere systemkompleksiteten.Denne proces gentager den ekspertise, der kræves til at udforme et omhyggeligt arrangeret systembestyrelse, hvor hvert modul spiller en kritisk rolle i opnåelsen af ​​den ønskede funktionalitet.

Forskellige typer af halvleder IP

Semiconductor IP -kerner er kategoriseret i tre typer: blød, fast og hård, hver svarende til et specifikt trin i chipdesignprocessen.Disse klassifikationer afspejler niveauet for færdiggørelse, fleksibilitet og fysisk implementering af IP -kernen.

IP Soft Core

Det repræsenterer det indledende trin i IP -design.Det er typisk oprettet ved hjælp af et hardwarebeskrivelsessprog (HDL), såsom Verilog eller VHDL, og verificeret på registeroverførselsniveauet (RTL).Denne type IP -kerne er uafhængig af enhver specifik fremstillingsproces, hvilket betyder, at den kan tilpasses til forskellige halvlederteknologiknudepunkter og ydelseskrav.Den primære fordel ved den bløde kerne ligger i dens fleksibilitet, da den leveres i form af HDL -kode.Dette giver chipdesignere mulighed for at integrere det med andre moduler og optimere designet i henhold til deres behov.For eksempel kan en blød kerne til en processor konfigureres til forskellige urhastigheder eller effektkrav, hvilket gør det til et alsidigt valg til mange applikationer.

IP Firm Core

Bygger på den bløde kerne ved at gå videre i designprocessen.Det inkluderer yderligere trin, såsom syntese på gate-niveau og timing-simulering, hvilket sikrer, at designet er klar til strukturel implementering.Leveret som en gate-niveau netlist, skaber firmaet en balance mellem fleksibilitet og beredskab til fysisk design.Det giver større forudsigelighed med hensyn til ydeevne og timing, men tillader stadig en vis grad af tilpasning i integrationsfasen.For eksempel ville en fast kerne til en kommunikationsgrænseflade som PCIe allerede omfatte detaljerede strukturelle oplysninger, hvilket sikrer kompatibilitet og ydeevne på tværs af forskellige platforme, samtidig med at der giver plads til mindre justeringer.

IP Hard Core

Det er den mest komplette og stive form for IP -design.Det er fuldt udviklet og verificeret på det fysiske niveau, inklusive de maske -layouts, der kræves til fremstilling.I modsætning til de bløde og faste kerner er den hårde kerne bundet til en bestemt fremstillingsproces og teknologiknudepunkt, der optimerer den til magt, ydeevne og område (PPA) overvejelser.Fordi den hårde kerne er processpecifik, tilbyder den det højeste niveau af forudsigelighed med hensyn til resultater, hvilket gør den ideel til alle applikationer, hvor præcision og pålidelighed er vigtigst.For eksempel ville en hård kerne til et indlejret hukommelsesmodul være skræddersyet til at maksimere densiteten og minimere strømforbruget på en given fabrikationsnode, hvilket sikrer god ydeevne i det endelige chipdesign.

Disse typer IP -kerner er inkorporeret i chipdesign på forskellige trin, som vist i figur 4. Designprocessen begynder med adfærdsstadiet, hvor bløde kerner ofte bruges.I det strukturelle trin giver faste kerner en mere defineret ramme, mens hårde kerner bruges i den endelige fysiske designfase.

Figur 5 illustrerer, hvordan disse IP -kerner samles i forskellige faser for at danne et komplet chipdesign, sikre effektivitet, reduceret udviklingstid og forbedret funktionalitet.

Udvikling og kommerciel anvendelse af IP

Udvikling af en IP-kerne kræver dyb ekspertise inden for IC-design, fremstillingsprocesser og applikationsspecifikke krav.I modsætning til komplette chipdesignere fokuserer IP -udviklere på at skabe modulære, optimerede design, der kan genbruges på tværs af flere projekter.Dette gør IP-udviklingen til en indsats med høj indsats, da endda mindre mangler i en IP-kerne kan bringe et helt chip-projekt i fare, der koster millioner af dollars under udvikling.

For at afbøde disse risici sælges IP -kerner typisk under en licensmodel, der inkluderer et forhåndsgebyr og royalties baseret på købers chipproduktionsvolumen.Etablerede IP -leverandører, såsom Synopsys, ARM og Cadence, dominerer markedet og tilbyder en lang række IP'er, fra processorer og hukommelsesmoduler til analoge grænseflader og kommunikationskerner.

Bløde, faste og hårde kerner

IP -kerner klassificeres i tre hovedkategorier: blød kerne, fast kerne og hård kerne, der hver angiver et tydeligt udviklingsniveau.Bløde kerner, skrevet i hardwarebeskrivelsessprog, giver fleksibilitet og er uafhængige af specifikke processer, der tjener som en basislinje for tilpassede kredsløbsdesign.Faste kerner leveres med yderligere struktur og timingspecifikationer og tilbyder mere definerede designs.Hårde kerner, raffineret til maskeniveauet, tillader direkte integration i chipdesign med optimerede ydelsesmetrics.Fremtrædende eksempler som ARM CPU IPS, USB, WiFi IPS og indlejrede hukommelseskerner illustrerer deres forskellige applikationer.Ledende globale EDA -leverandører, som Synopsys, kontrollerer markedsandele ved at levere omfattende IP -biblioteker, herunder logiske kredsløb, analoge grænseflader, sikkerhedssystemer og mere.

Udviklingen af ​​Semiconductor IP spejler nøje fremskridt inden for IC -teknologi.IP -udbydere stræber efter at forfine kredsløbsmoduler til multifunktionelle byggesten, der er egnede til forskellige chipdesign, der viser et skarpt fokus på præcision på grund af de potentielle følger af endda små defekter.Typisk kendetegnet ved høje omkostninger involverer IP -prisstrategier en kombination af licens og royalties bundet til produktionsmængder.Udvikling af IP kræver mestring inden for design, fremstilling og ekspertise på markedet, hvor kunder ofte foretrækker pålidelige leverandører, der er kendt for kvalitetssikring over mindre kendte kolleger.

Ofte stillede spørgsmål [FAQ]

1. Hvad betyder IP i halvlederindustrien?

Semiconductor Intellectual Property (IP) henviser til proprietære hardware -kredsløbsdesign, der er licenseret til integration i forskellige chips.Disse designs, også kendt som "IP -blokke", tjener som individuelle funktionelle enheder eller kredsløb.De er ofte skræddersyet til specifikke applikationer ved hjælp af teknologier som applikationsspecifikke integrerede kredsløb (ASICS) eller feltprogrammerbare portarrays (FPGA'er).IP-blokke hjælper med at strømline chipudviklingsprocessen, hvilket sparer tid og kræfter ved at tilvejebringe genanvendelige, foruddesignede moduler.

2. Hvilke virksomheder leder Semiconductor IP -markedet?

Semiconductor IP -markedet er drevet af flere fremtrædende virksomheder, der er specialiserede i design og licensering af IP -blokke.De vigtigste spillere inkluderer:

ARM Holdings: kendt for sine CPU- og GPU IP -kerner, der bruges i mobile og indlejrede enheder.

Synopsys: tilbyder en enorm portefølje af IP -løsninger, herunder hukommelse, forbindelse og sikkerhed.

Cadence: Fokuseret på at levere IP til interface-protokoller og applikationer med blandet signaler.

CEVA: Specialiseret i DSP- og AI-relaterede IP-kerner til applikationer såsom lyd, vision og trådløs forbindelse.

Fantasionsteknologier: Kendt for sin GPU- og AI -accelerator IP.

Rambus: Tilvejebringer hukommelse og sikkerhedsfokuserede IP-løsninger.

Ememory: Tilbyder IP til indlejrede hukommelsesteknologier.

Mentor Graphics (Siemens): Tilvejebringer designværktøjer og IP til chipverifikation og implementering.

Gitter Semiconductor: Fokuserer på IP for FPGA'er med lav effekt og tilslutningsmuligheder.

Disse virksomheder spiller en stor rolle i at muliggøre hurtigere, mere effektiv chipdesign og samtidig sikre innovation og skalerbarhed i halvlederindustrien.