FPGA设计基础_FPGA---序

1、1基于Verilog 的FPGA设计基础设计基础西安邮电学院西安邮电学院 电子工程学院电子工程学院主讲：李哲主讲：李哲 辅导：张阿宁辅导：张阿宁 Email: Tel: 88166282 (Office)Office: #2实验楼 324page 1nFPGAField Programmable Gate Array2FPGA设计设计 基础n什么是FPGA？ （Field Programmable Gate Array） 是集成电路IC（ Integrated CircuitsIntegrated Circuits ） 特点：现场可编程n用途：ASIC验证，工程应用nFPGA设计：设计：使用F

2、PGA实现用户数字逻辑 （不是设计FPGA本身）3nFPGA与HDL语言的关系：Verilog/VHDL 前者是基石，或者是语言（工具） （类似于CPU与程序语言关系：C语言等）nFPGA与数字电路设计的关系 前者是实体，后者是灵魂nFPGA与CPU的关系 二者独立都无法工作，前者可顺序可并发实现逻辑，或者只能顺序实现逻辑，但相对灵活。Hardware Description LanguagenHDL与其他高级语言（C语言等）区别4nFPGA设计流程： 需求方案设计仿真下载验证n工程设计 FPGA内部逻辑设计 外部系统设计n优点： 内部逻辑与系统同步设计（方便修改）n缺点： 成本相对比较高、可

3、靠性相对低。5课程特点n面向电子类本科专业的学生；面向电子类本科专业的学生；n数字集成电路设计与实现的基础课程；数字集成电路设计与实现的基础课程；n课程利用硬件描述语言（课程利用硬件描述语言（Verilog HDLVerilog HDL）建模、建模、仿真、综合及仿真、综合及FPAGFPAG实现的设计复杂数字逻辑电实现的设计复杂数字逻辑电路与系统的方法和技术。路与系统的方法和技术。6教学目标教学目标n了解集成电路的现状和发展趋势了解集成电路的现状和发展趋势n建立自顶向下的系统设计思想建立自顶向下的系统设计思想n掌握可综合掌握可综合Verilog HDLVerilog HDL程序的编写程序的编写方

4、法方法n掌握仿真程序的编写方法掌握仿真程序的编写方法n掌握复杂数字电路的设计方法掌握复杂数字电路的设计方法n掌握可编程器件的内部逻辑结构掌握可编程器件的内部逻辑结构n掌握可编程器件的开发工具掌握可编程器件的开发工具7教学方式及考核n教学方式教学方式 课堂讲授（做笔记）课堂讲授（做笔记） 练习练习n考核规则考核规则 实验实验 30%30% 期末考试期末考试 60%60% 课堂表现课堂表现 10% 10% 8主要参考书n基于基于VerilogVerilog的的FPGAFPGA设计基础设计基础 杜慧敏等，西安电子科技大学出版社杜慧敏等，西安电子科技大学出版社n复杂数字电路与系统的复杂数字电路与系统的

5、Verilog HDLVerilog HDL设计技术设计技术 夏宇闻编，北京航空航天大学出版社夏宇闻编，北京航空航天大学出版社n Verilog HDL Verilog HDL 数字设计与综合数字设计与综合（第二版）（第二版） Samir Palnitkar Samir Palnitkar夏宇闻等译夏宇闻等译 9其它参考资料nVerilog HDL实用教程 张明编著电子科技大学出版社nVerilog HDL与数字ASIC设计基础 主编：罗杰 华中科技大学出版社nVerilog HDL 硬件描述语言 （美）J.Bhasker 著 徐振林 等译 机械工业出版社nVerilog HDL 高级数字设计

6、 （美）Michael D Ciletti 著 张雅绮 等译10西安邮电学院计算机系 集成电路的现状和发展趋势11目录一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念 1 1、集成电路的基本概念、集成电路的基本概念 2 2、集成电路的分类、集成电路的分类二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临的挑战三、集成电路面临的挑战121、集成电路的基本概念 集成电路集成电路ICIC基本概念基本概念 形状形状: : 一般为正方形或矩形一般为正方形或矩形 面积面积: : 几平方毫米到几百平方毫米。面积增大几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成

7、引起功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。本提高，可通过增大硅园片直径来弥补。 集成度，规模集成度，规模: : 包含的晶体管数目或等效逻辑门（包含的晶体管数目或等效逻辑门（2 2输输入的入的NANDNAND）的数量，的数量，1 1个个2 2输入的输入的NANDNAND门门=4=4个个晶体管晶体管13特征尺寸：特征尺寸： 集成电路器件中最细线条的宽度，对集成电路器件中最细线条的宽度，对MOSMOS器件常指栅极器件常指栅极所决定的沟导道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小所决定的沟导道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。尺寸。 反映了集成电路版图图形的精细程度

8、，特征尺寸的减少反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所主要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。用波长）。硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生产成本。硅园片直径：考虑到集成电路的流片成品率和生产成本。封装：封装： 把把ICIC管芯放入管壳内并加以密封，使管芯能长期可靠地管芯放入管壳内并加以密封，使管芯能长期可靠地工作。工作。 为了适应高密度安装的要求，从插孔形式（为了适应高密度安装的要求，从插孔形式（THPTHP）向表向表面按装形式（面按装形式（SMPSMP）发展，发展，SMPSMP优点是节省空间、改进性能优点

9、是节省空间、改进性能和降低成本，而且它还可以直接将管芯安装在印制版电路和降低成本，而且它还可以直接将管芯安装在印制版电路板的两面，使电路板的费用降低板的两面，使电路板的费用降低60%60%。目前最多端口已超。目前最多端口已超过过1 1千个。千个。14一个圆片制造多个芯片15MPW示意图（Multi Project Wafer，简称MPW）就是将多个具有相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上流片16n制造工艺制造工艺双极型双极型BipolarBipolar工艺：最早采用的工艺，多数使用工艺：最早采用的工艺，多数使用TTLTTL（Transistor-Transistor LogicTransis

10、tor-Transistor Logic）或或ECLECL（Emitter-Emitter-Coupled LogicCoupled Logic），），耐压高、速度快，通常用于功率电耐压高、速度快，通常用于功率电子、汽车、电话电路与模拟电路；子、汽车、电话电路与模拟电路；CMOSCMOS工艺：工艺：Complememtary MOSComplememtary MOS，铝栅晶体管被多晶硅铝栅晶体管被多晶硅栅所代体，更易于实现栅所代体，更易于实现n n沟沟MOSMOS和和p p沟沟MOSMOS两种类型的晶体两种类型的晶体管，即同一集成电路硅片上实现互补管，即同一集成电路硅片上实现互补MOSMOS工

11、艺。生产工工艺。生产工艺更简单，器件面积更小。它的晶体管密度大，功耗小。艺更简单，器件面积更小。它的晶体管密度大，功耗小。比双极型集成电路要便宜，半导体产业的投资和集成电比双极型集成电路要便宜，半导体产业的投资和集成电路市场的发展倾向于路市场的发展倾向于CMOSCMOS电路；电路；BiCMOSBiCMOS工艺：双极型工艺：双极型BipolarBipolar和和CMOSCMOS两种工艺的结合。两种工艺的结合。管芯中大部分采用管芯中大部分采用CMOSCMOS，外围接口采用双极型外围接口采用双极型BipolarBipolar，做到功耗低、密度大，电路输出驱动电流大。做到功耗低、密度大，电路输出驱动电

12、流大。17目录一、集成电路的基本概念 1、集成电路的基本概念 2、集成电路的分类二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临的挑战18 2、集成电路的分类n按功能分类 通用集成电路 专用集成电路 ASIC 专用标准电路 ASSPn按设计制造方法分类 全定制 Full Custom 半定制 Semi-Custom 可编程 Programmable ASIC19n通用集成电路市场上能买到的具有通用功能的集成电路。例如：74 系列，4000系列，Memory芯片，CPU 芯片等。20n专用集成电路专用集成电路ASICASIC（Application Specific Application Spe

13、cific Integrated CircuitsIntegrated Circuits） 针对某一电路系统的要求而专门设计制造针对某一电路系统的要求而专门设计制造的；具有特定电路功能，通常市场上买不到；的；具有特定电路功能，通常市场上买不到； 优点优点 较好的性能价格比；较好的性能价格比； 减少了元件数减少了元件数, ,使系统体积缩小使系统体积缩小, ,功耗降低；功耗降低； 提高了电子系统的可靠性和保密性。提高了电子系统的可靠性和保密性。 内容非常广泛内容非常广泛 玩具狗芯片；玩具狗芯片； 通信卫星芯片；通信卫星芯片； 计算机工作站计算机工作站CPUCPU中存储器与微处理器间的接中存储器与微

14、处理器间的接口芯片。口芯片。21n专用标准电路ASSP (Application-Specific Standard Products) 有些专用芯片，有许多系统销售商在贩卖 PC 机的控制芯片 调制解调(Modem) 芯片 DVD decoder , VCD decoder Audio22n全定制IC：硅片没有经过加工，其各掩膜层都要按特定电路的要求进行专门设计。n半定制IC：全部逻辑单元是预先设计好的,可以从单元库中调用所需单元来掩膜图形（标准单元方法和门阵列），可使用相应的EDA软件，自动布局布线。n可编程IC：全部逻辑单元都已预先制成，不需要任何掩膜，利用开发工具对器件进行编程，以实现

15、特定的逻辑功能。分为可编程逻辑器件和现场可编程逻辑器件。23目录一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临的挑战24第一只电子管诞生：弗莱明n“爱迪生效应爱迪生效应”，在研究白炽灯的寿命时，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。如在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。如果在金属片与灯丝之间加上电压，灯丝就果在金属片与灯丝之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，流向附近的金属片。会产生一股电流，流向附近的金属片。n金属筒接正电金属筒接正电(“(“阳极阳极”) ”) 、灯丝接负电、灯丝接负电(“(“阴极阴极”)”)。这种新诞生的器件，其作用。这种新诞生的器件，其

16、作用相当于一个只允许电流单向流动的阀门，相当于一个只允许电流单向流动的阀门，弗莱明弗莱明就称它叫做就称它叫做“阀阀”。后人将其称为。后人将其称为“真空二极管真空二极管”。n标志着世界从此进入了标志着世界从此进入了电子时代电子时代。25电子管之父 -李德福雷斯特n直到真空三极管的发明后，电子管才成为实用的器件。直到真空三极管的发明后，电子管才成为实用的器件。n选择一段白金丝制作灯丝，在灯丝附近安装了一小块金选择一段白金丝制作灯丝，在灯丝附近安装了一小块金属屏板，把玻壳抽成真空通电后，属屏板，把玻壳抽成真空通电后，“追寻追寻”到电子的踪到电子的踪迹。再把一根导线弯成迹。再把一根导线弯成“Z”Z”型

17、，安装到灯丝与金属屏型，安装到灯丝与金属屏板之间的位置。板之间的位置。Z Z型导线装入真空管内之后，只要把一型导线装入真空管内之后，只要把一个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金属屏板上接个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金属屏板上接收到更大的变化电流，德福雷斯特发现电子管的收到更大的变化电流，德福雷斯特发现电子管的“放大放大”作用。后来，他又把导线改用像栅栏形式的金属网，于作用。后来，他又把导线改用像栅栏形式的金属网，于是，电子管就有了三个是，电子管就有了三个“极极”丝极、屏极和栅极。丝极、屏极和栅极。19071907年，年，德福雷斯特德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的向美国专利局申

18、报了真空三极管的发明专利。发明专利。n真空三极管除了可以处于放大状态外，还可充当开关器真空三极管除了可以处于放大状态外，还可充当开关器件。件。26晶体管之父威廉晶体管之父威廉肖克利肖克利硅谷第一公民硅谷第一公民n在贝尔实验室，肖克利的两位同事用几条金箔片，一在贝尔实验室，肖克利的两位同事用几条金箔片，一片半导体材料和一个弯纸架制成一个小模型，可以传片半导体材料和一个弯纸架制成一个小模型，可以传导、放大和开关电流。他们把这一发明称为导、放大和开关电流。他们把这一发明称为“点接晶点接晶体管放大器体管放大器”（Point-Contact Transistor Point-Contact Transi

19、stor AmplifierAmplifier）。）。 获获19561956年度的诺贝尔物理学奖。称年度的诺贝尔物理学奖。称为为“20“20世纪最重要的发明世纪最重要的发明“晶体管晶体管”。n仙童，英特尔，仙童，英特尔， AnelcAnelc半导体公司，半导体公司， IntersilIntersil公司，公司，肖克利触发了形成硅谷半导体工业的创业连锁反应。肖克利触发了形成硅谷半导体工业的创业连锁反应。标志着标志着“硅谷硅谷”迎来电子产业新时代的到来，迎来电子产业新时代的到来，“没有没有贝尔实验室，就没有硅谷贝尔实验室，就没有硅谷” ” 。27诺贝尔物理奖得主杰克基尔比n1958年9月12日，德

20、州仪器工程师基尔比发明第一颗IC。给电子产业带来了一场革命，并为无数的其它发明铺平了道路。n2000年的10月10日，七十七岁的杰克基尔比（Jack S.Kilby）获得2000年的诺贝尔物理学奖。这个奖距离他的发明已经四十二年。28戈登摩尔-摩尔定律之父n19651965年，戈登年，戈登摩尔在电子杂志上发表了一摩尔在电子杂志上发表了一篇预测未来集成电路发展趋势的文章，它就是篇预测未来集成电路发展趋势的文章，它就是摩尔定律的原身摩尔定律的原身, ,即所谓每即所谓每1818个月，相同面积大个月，相同面积大小的芯片内，晶体管数量会增长一倍的规则。小的芯片内，晶体管数量会增长一倍的规则。n在在ITI

21、T行业有一个神话，这个神话就是一条定律行业有一个神话，这个神话就是一条定律（“摩尔定律摩尔定律”）把一个企业带到成功的顶峰。）把一个企业带到成功的顶峰。摩尔定律提出摩尔定律提出3 3年后，英特尔公司诞生了。年后，英特尔公司诞生了。n信息产业几乎严格按照这个定律以指数方式领信息产业几乎严格按照这个定律以指数方式领导着整个经济发展的步伐。导着整个经济发展的步伐。29集成电路的过去、现在和未来n行业回顾 1904年，弗莱明发明了第一只电子二极管（真空二 极管）标志着世界从此进入了电子时代。 1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极 管的发明专利，使得电子管才成为实用的器件。 1947年12月

22、，Bell实验室肖克发明第一只晶体管（点接触三极管），标志了晶体管时代的开始。 1958年，基尔比研制成功第一块数字IC，宣布电 子工业进入了集成电路时代。四十二年后获诺贝尔物理学奖。 1965年，摩尔定律.戈登摩尔-摩尔定律之父。30集成电路的过去、现在和未来集成电路的过去、现在和未来集成电路的发展经历了：集成电路的发展经历了： 7070年代初年代初:SSI(Small Scale Integration),:SSI(Small Scale Integration),仅包含几个逻辑门，仅包含几个逻辑门，（1 1到到1010个门不等），实现一些基本的个门不等），实现一些基本的“与非与非”或或“

23、或非或非”逻辑。逻辑。 几年后几年后,MSI(Medium Scale Integration),MSI(Medium Scale Integration),做成常用功能块做成常用功能块, ,计数计数器器, ,译码器等。译码器等。 8080年代开始进入年代开始进入LSI(Large Scale Integration),LSI(Large Scale Integration),较强的集成功能较强的集成功能, ,开始出现开始出现1616位处理器位处理器,Motoral M68000(7,Motoral M68000(7万个晶体管万个晶体管),Intel ),Intel 80286 (12.580

24、286 (12.5万个晶体管万个晶体管),80386 (27.5),80386 (27.5万个晶体管万个晶体管) )等。等。 9090年代年代: VLSI(Very Large Scale Integration),: VLSI(Very Large Scale Integration),具有电路与系统具有电路与系统的单片集成功能。的单片集成功能。3232位处理器位处理器,80486,80486,超过超过100100万个晶体管万个晶体管;98;98年年Pentium III 1000Pentium III 1000万个晶体管。万个晶体管。 ULSI(Ultra LSI), GLSI(Giant

25、 LSI)ULSI(Ultra LSI), GLSI(Giant LSI)，SOC/SOPCSOC/SOPC系统系统: Intel : Intel PrescottPrescott系列处理器系列处理器( (正式为正式为Pentium 4E),Pentium 4E),内部集成一亿两千五百内部集成一亿两千五百万个晶体管；万个晶体管；2GHz 2GHz 的的Pentium-MPentium-M移动芯片。移动芯片。31SOC结构示意图32SOPC结构示意图(SOC中嵌入） System-on-a-Programmable-Chip 33FPGAFPGA中嵌入中嵌入IPIP核的核的SOPC(ALTERA

26、 StartixIISOPC(ALTERA StartixII）3435The integration density between the memory chips and logic chips36Moores Law in Microprocessors37Die Size Growth38处理器频率 330GHz的工作频率39目录一、一、集成电路的基本概念集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临三、集成电路面临SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设

27、计技术面临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAEDA设计工具和设计方法面临设计工具和设计方法面临SOCSOC的挑战的挑战n可编程器件面临可编程器件面临 SOPCSOPC的挑战的挑战nICIC产品的发展动向产品的发展动向n设计生产力面临的挑战设计生产力面临的挑战1. 1.基本解决方案基本解决方案40SIA(Semiconductor Industry Association) Roadmap41制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战 Transistors are smaller and denser 1999-2014: 180nm to 35nm 1999-2014: 6.

28、2 to 390 M logic Trans/cm2 Chip areas are larger 1999-2014: 340 to 900mm2 Clock 1999-2014: 1250 to 16900MHz power 1999-2014: 90 to 183W42集成电路仍然遵守摩尔定律！总晶体管数满足摩尔定律43提纲一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临的三、集成电路面临的SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设计技术面

29、临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAEDA设计工具和设计方法面临设计工具和设计方法面临SOCSOC的挑战的挑战n可编程器件面临可编程器件面临 SOPCSOPC的挑战的挑战nICIC产品的发展动向产品的发展动向n设计生产力面临的挑战设计生产力面临的挑战1. 1.基本解决方案基本解决方案44设计技术面临深亚微米工艺的挑战 元件模型变化：能精确地描述深亚微米工艺的元件模型变化：能精确地描述深亚微米工艺的物理特性和电学特性的短沟道器件模型，充分物理特性和电学特性的短沟道器件模型，充分考虑工艺、电压和温度。考虑工艺、电压和温度。 电路元件延迟减小，互连线延迟增大电路元件延迟减小，互

30、连线延迟增大 (50(5070%,0.35um)70%,0.35um)，必须考虑互连线的分布电阻和，必须考虑互连线的分布电阻和分布电容，建立精确的互连线延迟模型。分布电容，建立精确的互连线延迟模型。 串扰和噪声：互连线越来越细长，间距越来越串扰和噪声：互连线越来越细长，间距越来越小，连线的分布电阻和分布电容变大，当工作小，连线的分布电阻和分布电容变大，当工作频率较高时易产生串扰和噪声。版图设计时避频率较高时易产生串扰和噪声。版图设计时避免平行线，缩短连线。免平行线，缩短连线。45设计技术面临深亚微米工艺的挑战 时钟线和电源线的影响：互连线延迟会造成时钟线和电源线的影响：互连线延迟会造成时序问题

31、；电源线因连线阻抗造成压降，使时序问题；电源线因连线阻抗造成压降，使得达到各节点的电压变化，需要合理地分布得达到各节点的电压变化，需要合理地分布时钟线和电源线。时钟线和电源线。 功耗和散热问题：功耗和散热问题：SOCSOC可包含一亿个晶体管，可包含一亿个晶体管，散热成为一个问题。不仅移动通讯、便携电散热成为一个问题。不仅移动通讯、便携电脑，而且所有电子设备低功耗永远是一个努脑，而且所有电子设备低功耗永远是一个努力的目标。力的目标。 铝线的电迁移造成连线断裂：连线变细使得铝线的电迁移造成连线断裂：连线变细使得通过连线的电流增大，时间过长会使铝线断通过连线的电流增大，时间过长会使铝线断裂，造成失效

32、。对流过大电流的连线要加宽。裂，造成失效。对流过大电流的连线要加宽。46设计技术面临深亚微米工艺的挑战 热载流子对热载流子对ASICASIC可靠性的影响：器件尺可靠性的影响：器件尺寸减小，也会造成纵向电流强度增大。寸减小，也会造成纵向电流强度增大。会引起热载流子效应，造成集成电路失会引起热载流子效应，造成集成电路失效。效。 逻辑与物理的反复设计问题逻辑与物理的反复设计问题(0.8um(0.8um1 1次次,0.5um,0.5um5 5次次,0.35um,0.35um1010次次) )。47提纲一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未

33、来三、集成电路面临三、集成电路面临SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设计技术面临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAEDA设计工具和设计方法面临设计工具和设计方法面临SOCSOC的挑战的挑战n可编程器件面临可编程器件面临 SOPCSOPC的挑战的挑战nICIC产品的发展动向产品的发展动向n设计生产力面临的挑战设计生产力面临的挑战1. 1.基本解决方案基本解决方案48EDA设计工具和设计方法面临SOC的挑战 相对独立于工艺的高层次综合技术将不再适用，相对独立于工艺的高层次综合技术将不再适用，

34、前端设计与后端设计必须更密切地配合。前端设计与后端设计必须更密切地配合。 综合、布局、布线等功能将集成为一体；同时，综合、布局、布线等功能将集成为一体；同时，高层抽象描述语言越来越重要，高层抽象描述语言越来越重要，“更高的抽象更高的抽象级语言级语言”是较是较HDLHDL语言更高层次的设计描述。语言更高层次的设计描述。而在高级语言的发展中，而在高级语言的发展中，C/C+C/C+以及以及VHDL+VHDL+成为成为EDAEDA业界关心的新话题。业界关心的新话题。 一次性通过（一次性通过（Single PassSingle Pass），），Physical Physical SynthesisSyn

35、thesis，FloorplanningFloorplanning，模拟技术，性能，模拟技术，性能驱动的布线布局技术，基于驱动的布线布局技术，基于IPIP核的核的SOCSOC设计可设计可重用方法。重用方法。49提纲一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临三、集成电路面临SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设计技术面临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAEDA设计工具和设计方法面临设计工具和设计方法面临SOCSOC

36、的挑战的挑战n可编程器件面临可编程器件面临 SOPCSOPC的挑战的挑战nICIC产品的发展动向产品的发展动向n设计生产力面临的挑战设计生产力面临的挑战1. 1.基本解决方案基本解决方案50可编程器件面临 SOPC的挑战n19851985年年XillinxXillinx公司推出首块公司推出首块XC2000XC2000。n逻辑门级编程，设计更灵活逻辑门级编程，设计更灵活 PLC PLC或或CLBCLB，PRRPRR，PIOPIO等组成。等组成。n逻辑密度、性能、功能和功耗大幅改进逻辑密度、性能、功能和功耗大幅改进 400 400500MHz500MHz，0.090.090.18m0.18m工艺，

37、工艺，6 69 9层铜连层铜连线，数千管脚封装。线，数千管脚封装。n规模容量更大性能更高的规模容量更大性能更高的SOPCSOPC FPGA FPGA中内嵌如中内嵌如DSPDSP，MCUMCU，RAMRAM，PCIPCI总线接口等模总线接口等模 块，如块，如XILINX VirtexXILINX VirtexII ProII Pro，Altera StratixAltera Stratix。 SOC SOC系统中嵌入可编程逻辑的系统中嵌入可编程逻辑的IPIP核。核。51提纲一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临三、

38、集成电路面临SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设计技术面临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAEDA设计工具和设计方法面临设计工具和设计方法面临SOCSOC的挑战的挑战n可编程器件面临可编程器件面临 SOPCSOPC的挑战的挑战nICIC产品的发展动向产品的发展动向n设计生产力面临的挑战设计生产力面临的挑战1. 1.基本解决方案基本解决方案52IC产品的发展动向n内嵌式系统内嵌式系统 (Embeded System) (Embeded System) (自动控制自动控制, ,仪仪器仪表器仪

39、表) )：微处理器或：微处理器或DSPDSP的智能化芯片，内含的智能化芯片，内含微控制器、微控制器、RAMRAM、ROMROM以及各种输入输出接口。以及各种输入输出接口。采用软硬件协调的方法进行设计开发。采用软硬件协调的方法进行设计开发。n计算机计算机, ,通讯结合的系统控制芯片通讯结合的系统控制芯片(Cable (Cable Modem )Modem )：应用于电话、传真机、复印机等各种：应用于电话、传真机、复印机等各种通信设备中。通信设备中。n多媒体芯片多媒体芯片(Mpeg Decoder Encoder, STB , (Mpeg Decoder Encoder, STB , IA IA

40、）：对图像、语音、数据、文字进行处理和）：对图像、语音、数据、文字进行处理和转换的功能，包括编译码、压缩和解压缩芯片。转换的功能，包括编译码、压缩和解压缩芯片。ATIATI公司推出的图形芯片公司推出的图形芯片R420R420。53IC产品的发展动向n人工智能芯片：采用模糊控制和专家系人工智能芯片：采用模糊控制和专家系统技术进行设计。用于各种智能化仪表、统技术进行设计。用于各种智能化仪表、实时采集系统和机器人。自动检测试并实时采集系统和机器人。自动检测试并关闭处于失常状态的电器设备。关闭处于失常状态的电器设备。n生物芯片：模仿人体视觉、听觉、人脑生物芯片：模仿人体视觉、听觉、人脑细胞功能的细胞功能的ICIC。例如：人造视网膜芯片，。例如：人造视网膜芯片，电子耳蜗芯片，基因芯片，微型探测芯电子耳蜗芯片，基因芯片，微型探测芯片，可置入人脑的芯片。片，可置入人脑的芯片。5455提纲一、集成电路的基本概念一、集成电路的基本概念二、集成电路的过去、现在和未来二、集成电路的过去、现在和未来三、集成电路面临三、集成电路面临SOCSOC或或SOPCSOPC的挑战的挑战n制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战制造技术面临高速、低压、低功耗的挑战n设计技术面临深亚微米工艺的挑战设计技术面临深亚微米工艺的挑战nEDAE