Kern des geistigen Eigentums von Halbleitern - Semiconductor intellectual property core

Im Elektronikdesign ist ein Halbleiter-Intellectual Property-Core ( SIP-Core ), IP-Core oder IP-Block eine wiederverwendbare Einheit eines Logik-, Zellen- oder integrierten Schaltungs- Layout-Designs, das geistiges Eigentum einer Partei ist. IP-Cores können an eine andere Partei lizenziert oder von einer einzelnen Partei besessen und verwendet werden. Der Begriff kommt von der Lizenzierung des Patent- oder Quellcode- Urheberrechts , das im Design vorhanden ist. Entwickler von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC) und Systemen der feldprogrammierbaren Gate-Array- (FPGA)-Logik können IP-Cores als Bausteine ​​verwenden.

Geschichte

Die Lizenzierung und Verwendung von IP-Cores im Chipdesign wurde in den 1990er Jahren gängige Praxis. Es gab viele Lizenzgeber und auch viele Gießereien, die auf dem Markt konkurrieren. Im Jahr 2013 stammen die am häufigsten lizenzierten IP-Cores von Arm Holdings (43,2% Marktanteil), Synopsys Inc. (13,9% Marktanteil), Imagination Technologies (9% Marktanteil) und Cadence Design Systems (5,1% Marktanteil).

Arten von IP-Cores

Die Verwendung eines IP-Cores beim Chipdesign ist vergleichbar mit der Verwendung einer Bibliothek für die Computerprogrammierung oder einer diskreten integrierten Schaltungskomponente für das Leiterplattendesign . Jedes ist eine wiederverwendbare Komponente der Designlogik mit definierter Schnittstelle und Verhalten, die von ihrem Ersteller verifiziert und in ein größeres Design integriert wurde.

Weiche Kerne

IP-Cores werden üblicherweise als synthetisierbares RTL in einer Hardwarebeschreibungssprache wie Verilog oder VHDL angeboten . Diese sind analog zu Low-Level-Sprachen wie C im Bereich der Computerprogrammierung. IP-Cores, die als RTL an Chipdesigner geliefert werden, ermöglichen es Chipdesignern, Designs auf funktionaler Ebene zu modifizieren, obwohl viele IP-Anbieter keine Garantie oder Unterstützung für modifizierte Designs bieten .

IP-Cores werden manchmal auch als generische Netzlisten auf Gate-Ebene angeboten . Die Netzliste ist eine Boolesche Algebra Darstellung der logischen Funktion des IP als generischer implementiert Gates oder Prozess -spezifische Standardzellen . Ein als generische Gates implementierter IP-Core kann für jede Prozesstechnologie zusammengestellt werden. Eine Netzliste auf Gate-Ebene entspricht einer Auflistung von Assemblercode im Bereich der Computerprogrammierung. Eine Netzliste bietet dem IP-Core-Anbieter einen angemessenen Schutz gegen Reverse Engineering. Siehe auch: Designschutz für integrierte Schaltungen .

Sowohl Netzlisten- als auch synthetisierbare Kerne werden als Soft-Cores bezeichnet, da beide einen Synthese- , Platzierungs- und Routing- ( SPR )-Entwurfsablauf ermöglichen.

Harte Kerne

Hardcores (oder Hardmakros) sind analoge oder digitale IP-Cores, deren Funktion von Chipdesignern nicht wesentlich verändert werden kann. Diese werden im Allgemeinen als eine untergeordnete physikalische Beschreibung definiert, die für eine bestimmte Prozesstechnologie spezifisch ist. Harte Kerne bieten normalerweise eine bessere Vorhersagbarkeit der Chip-Timing-Leistung und des Bereichs für ihre spezielle Technologie.

Analog- und Mixed-Signal- Logik werden im Allgemeinen als harte Kerne verteilt. Daher werden den Chipherstellern analoge IP ( SerDes , PLLs , DAC , ADC , PHYs usw.) im Transistor-Layout-Format (wie GDSII ) bereitgestellt . Digitale IP-Cores werden manchmal auch im Layout-Format angeboten.

Low-Level-Transistor-Layouts müssen den Prozessdesign-Regeln der Ziel- Foundry entsprechen. Daher können harte Kerne, die für einen Prozess einer Gießerei geliefert werden, nicht einfach auf einen anderen Prozess oder eine andere Gießerei portiert werden. Händler-Foundry-Betreiber (wie IBM , Fujitsu , Samsung , TI usw.) bieten verschiedene Hard-Macro-IP-Funktionen, die für ihre eigenen Foundry-Prozesse entwickelt wurden, um die Kundenbindung sicherzustellen .

Quellen von IP-Cores

Lizenzierte Funktionalität

Viele der bekanntesten IP-Cores sind Soft-Mikroprozessor- Designs. Ihre Befehlssätze variieren von kleinen 8-Bit-Prozessoren wie 8051 und PIC bis hin zu 32-Bit- und 64-Bit-Prozessoren wie den ARM-Architekturen oder RISC-V-Architekturen . Solche Prozessoren bilden das „Gehirn“ vieler eingebetteter Systeme . Normalerweise handelt es sich um RISC-Befehlssätze und nicht um CISC-Befehlssätze wie x86, da weniger Logik erforderlich ist. Daher sind die Designs kleiner. Ferner x86 Führer Intel und AMD stark ihr Prozessor - Designs' geistiges Eigentum schützen und diese nicht verwenden Geschäftsmodell für ihre x86-64 Linien von Mikroprozessoren .

IP-Cores sind auch für verschiedene Peripherie-Controller lizenziert, z. B. für PCI Express , SDRAM , Ethernet , LCD-Display , AC'97 Audio und USB . Viele dieser Schnittstellen erfordern sowohl digitale Logik- als auch analoge IP-Cores, um Hochgeschwindigkeits-, Hochspannungs- oder Hochimpedanzsignale außerhalb des Chips anzusteuern und zu empfangen .

"Festverdrahtete" (im Gegensatz zu den oben beschriebenen softwareprogrammierbaren Soft-Mikroprozessoren) sind digitale Logik-IP-Cores auch für feste Funktionen wie MP3- Audiodecodierung, 3D- GPU , digitale Videocodierung /-decodierung und andere DSP- Funktionen wie FFT , DCT oder . lizenziert Viterbi- Codierung.

Anbieter

Die Größe der IP-Core-Entwickler und -Lizenzgeber reicht von Einzelpersonen bis hin zu Multi-Milliarden-Dollar-Unternehmen. Entwickler und ihre Chiphersteller sind auf der ganzen Welt ansässig.

Silicon Intellectual Property ( SIP , Silicon IP ) ist ein Geschäftsmodell für ein Halbleiterunternehmen, bei dem es seine Technologie als geistiges Eigentum an einen Kunden lizenziert . Ein Unternehmen mit einem solchen Geschäftsmodell ist ein Fabless-Halbleiterunternehmen , das seinen Kunden keine physischen Chips zur Verfügung stellt, sondern dem Kunden lediglich die Entwicklung von Chips durch das Angebot bestimmter Funktionsblöcke erleichtert. Typischerweise sind die Kunden Halbleiterunternehmen oder Modulentwickler mit eigener Halbleiterentwicklung. Ein Unternehmen, das ein komplexes Gerät herstellen möchte, kann die Rechte an den gut getesteten Funktionsblöcken eines anderen Unternehmens, wie beispielsweise einem Mikroprozessor , lizenzieren , anstatt sein eigenes Design zu entwickeln, was zusätzliche Zeit und Kosten erfordern würde.

Die Silicon-IP-Branche weist seit vielen Jahren ein stabiles Wachstum auf. Zu den erfolgreichsten Silicon-IP-Unternehmen, die oft als Star IP bezeichnet werden, gehören ARM Holdings und Rambus . Die Gartner Group schätzte den Gesamtwert der Verkäufe im Zusammenhang mit geistigem Eigentum auf Silizium im Jahr 2005 auf 1,5 Milliarden US-Dollar, wobei ein jährliches Wachstum von etwa 30 % erwartet wird.

IP-Härtung

IP-Härtung ist ein Prozess zur Wiederverwendung bewährter Designs und zur Generierung von schnellen Time-to-Market-Lösungen mit geringem Risiko bei der Herstellung, um geistiges Eigentum (IP) (oder geistiges Eigentum von Silizium) von Designkernen bereitzustellen .

Beispielsweise wird ein digitaler Signalprozessor (DSP) aus Softcores des RTL- Formats entwickelt und kann auf verschiedene Technologien oder verschiedene Foundries ausgerichtet werden, um unterschiedliche Implementierungen zu erzielen. Der Prozess der IP-Härtung erfolgt vom Softcore, um wiederverwendbare Hardcores (Hardware) zu generieren. Ein Hauptvorteil eines solchen harten IP sind seine vorhersagbaren Eigenschaften, da das IP vorimplementiert wurde, während es Flexibilität von weichen Kernen bietet. Es könnte eine Reihe von Modellen für Simulationen zur Verifizierung enthalten.

Das Bemühen, Soft-IP zu härten, erfordert den Einsatz der Qualität der Zieltechnologie, der Designziele und der Methodik. Die harte IP hat sich in der Zieltechnologie und Anwendung bewährt. ZB soll der harte Kern im GDS II-Format in DRC ( Design Rule Checking ) und LVS (siehe Layout Versus Schematic ) sauber gemacht werden . Das heißt, dass alle für die Herstellung durch die jeweilige Gießerei erforderlichen Regeln bestehen können.

Kostenlos und Open Source

Seit etwa 2000 bietet OpenCores.org verschiedene Softcores an, die meist in VHDL und Verilog geschrieben sind . Alle diese Kerne werden unter freier und quelloffener Softwarelizenz wie der GNU General Public License oder BSD-ähnlichen Lizenzen bereitgestellt . Seit 2010 haben Initiativen wie RISC-V zu einer massiven Ausweitung der verfügbaren IP-Cores (bis 2019 fast 50) geführt. Dies hat dazu beigetragen, die Zusammenarbeit bei der Entwicklung sicherer und effizienter Designs zu verstärken.

Siehe auch

Verweise

Externe Links