Разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания встроенной памяти гибкой автоматизированной системы на кристалле (стр. 2 из 7)

Реализованная на практике идея SLI оказалась настолько богатой, что сразу же нашла широкий отклик у многих мировых лидеров в производстве микроэлектронных изделий. Интеграция всех основных системных узлов на одной системно-ориентированной микросхеме обеспечивает повышение производительности, снижение энергопотребления, уменьшение цены конечного изделия в целом и позволяет выпускать малогабаритную продукцию. Все эти преимущества особенно важны в области ГАС, с точки зрения телекоммуникационных приложений портативной аппаратуре их сервисного обслуживания, а также в сетевых приложениях. Изделия нового поколения, выполняемые по идеологии SLI, стали называть "система на кристалле" – System on a Chip или SoC. И основным препятствием на пути активного внедрения микросхем SoC в массовое производство вплоть до начала 2000-х годов, были лишь технологические ограничения полупроводниковой промышленности.

Революционные изменения в технологии производства микроэлектронных изделий дали возможность комбинировать на одном кремниевом кристалле несколько разнородных типов электронных ячеек (CMOS+Flash, CMOS+EEPROM, SiGe/BiCMOS). Были выпущены первые интегральные заказные микросхемы ASIC, реализующие как цифровую, так и аналоговую обработку данных, в том числе и для радиочастотного диапазона).

Совершенствование технологического процесса позволило постоянно увеличивать количество интегрированных транзисторов в пределах одной и той же площади кремниевого кристалла. Тем не менее, оказалось невозможным полноценно использовать все преимущества этого увеличения без значительного удлинения временного цикла разработки проектов, особенно в связи с постоянно увеличивающейся сложностью последних.

Здесь же впервые встала и проблема дефицита высококвалифицированного инженерного труда, так как разработать современное заказное изделие микроэлектроники в кратчайшие сроки – очень непросто. Существенно обострилось и ранее дремавшее противоречие: с одной стороны, цены на конечные изделия должны быть как можно меньше; с другой – сложность микросхем должна быть как можно выше, а количество одновременно выполняемых ими функций – как можно больше. В значительной степени этому способствовало смещение рынка потребления в сторону сложной продукции массового спроса: Application Specific Standard Products (ASSP), а также активное влияние рынка телекоммуникаций, который развивается чрезвычайно быстро и требует реализации все более сложных и изощренных механизмов кодирования, передачи и обработки разнородных данных.

Таким образом, на сегодняшний день, сформировались все предпосылки к реальному созданию коммерческих, доступных версий микросхем SoC.

Многие фирмы-производители проводят, в настоящее время, активные исследования перспективности создания микросхем класса SoC различных архитектур. Несколько компаний уже реализовало свои идеи в конкретные семейства серийно выпускаемых ИС и продолжают работу в этом направлении. В результате можно сказать, что на рынок микроэлектроники действительно вышло новое поколение микросхем с возможно большим и перспективным будущим. Говорится об этом поколении уже много и всеми по-разному. При этом, к сожалению, нечетко поставлены акценты в терминологии, по-разному воспринимается сама концепция системы на кристалле, различаются подходы как к проектированию и производству самих ИС, так и к построению конечных проектов на этой новой элементной базе.

1.3 Номенклатура выпускаемой памяти на кристалле

Сформируем перечень различных микросхем памяти, обладающей уникальной программируемой технологией производства систем памяти на одном кристалле.

В настоящее время, разрабатываются и производятся, в промышленных масштабах, следующие виды микросхем памяти:

– EPROM – память с ультрафиолетовым стиранием и с однократным программированием, в том числе стандартные микросхемы памяти типа OTP и UV EPROM , усовершенствованные микросхемы памяти OTP и UV EPROM семейства Tiger Range, микросхемы нового семейства памяти FlexibleROM, разработаного для замены MaskROM, а также микросхемы памяти PROM и RPROM компании WSI (США), вошедшей в состав ST ;

– EEPROM и SERIAL NVM (последовательная энергонезависимая долговременная память) – из последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памяти выпускаются микросхемы памяти EEPROM с различным шинным интерфейсом, микросхемы последовательной Flash-памяти, стандартные микросхемы памяти специального назначения (ASM ) и бесконтактные (CONTACTLESS MEMORIES ) микросхемы памяти;

– Flash-память типа NOR – в производстве находятся микросхемы Flash-памяти: индустриального стандарта с различным питанием, с расширенной архитектурой для различных областей применения, микросхемы с разнородной памятью и микросхемы Flash-памяти семейства " LightFlash ";

– Flash-память типа NAND – новое направление в производстве микросхем памяти;

– SRAM – асинхронные маломощные микросхемы памяти типа SRAM с различным питанием и быстродействием;

– NVRAM – имеются различные решения для SRAM с аварийным батарейным питанием, которые классифицируются как супервизоры, Zeropower, Timekeeper и часы реального времени с последовательным интерфейсом (Serial RTC );

– PSM – в соответствие со стратегическим направлением создания «систем на кристалле», разрабатываются и производятся микросхемы программируемых систем памяти, которые обеспечивают комплексное системное решение памяти для микроконтроллеров и разработок на сигнальных процессорах (DSP);

– Smartcard – в наличии большой ассортимент микросхем для Smartcard и систем обеспечения безопасности.

Большое число видов и типов микросхем памяти, производимых сегодня, не позволяет осуществить их подробное освещение в рамках одной дипломной работы. Поэтому здесь я попытаюсь остановиться только на основных особенностях некоторых семейств микросхем памяти, представленных на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Виды и основные серии выпускаемых микросхем SoC-памяти

2. разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания SoC-памяти ГАС

2.1 Принципы создания сервисного обслуживания систем на кристалле

Одной из важных и первостепенных задач микроэлектроники, является создание универсальных микропроцессорных SoC-систем на кристалле. Такие сложные ИС класса SoC, обычно, состоят из трех основных цифровых системных блоков:

– процессор,

– память,

– логика.

Процессорное ядро реализует поток управления, когда каждой управляющей программой однозначно устанавливаются последовательности выполнения операций обработки данных, что позволяет задавать один из возможных алгоритмов работы всей ИС. Память используется по ее прямому назначению – хранение кода программы процессорного ядра и данных. И, наконец, логика используется для реализации специализированных аппаратных устройств обработки и прохождения данных, состав и назначение которых определяются конечным приложением – потока данных.

Реальная система на кристалле содержит как минимум все три перечисленных блока, что исключает применение многочисленных отдельных ИС и реализацию интерфейсов связи между ними. Причем однокристальное конфигурируемое или программируемое решение, очевидно, является здесь более предпочтительной альтернативой, так как допускает оперативное изменение своей внутренней аппаратной структуры и конечного предназначения как на этапе производства, так и в полевых условиях, непосредственно в проекте. Такие ИС были отнесены к группе изделий системного уровня интеграции, но получили другое название – Configurable System on a Chip или CSoC. Поскольку термин CSoC не стандартизован, то существуют и другие названия изделий этого класса - System on Programmable Chip (SoPC), Programmable System on a Chip (PSoC) или просто SoC, что определяется вкусом и желаниями конкретного производителя микросхем. В данном разделе, будем придерживаться термина CSoC.

Конфигурируемый процессор реализует изделие, которое может быть "подстроено" для конкретного использования в потоке управления. Например, изменяемый набор инструкций процессорного ядра, добавление/исключение аппаратного умножения, программируемое количество состояний внутреннего конвейера и т.д.

Всё это может быть оптимизировано для каждого конечного приложения. Конфигурируемые процессоры предоставляют пользователям необходимые черты и особенности без дополнительных капиталовложений.

Результатом является оптимизированное, высокопроизводительное и дешевое сервисное решение для конкретной задачи. Но для того, чтобы достичь приемлемого значения величины "цена/кристалл", конфигурируемый процессор должен быть реализован как ASIC. Поэтому конечный продукт заведомо предполагает большие объемы производства для компенсации NRE и инженерного труда. Собственно, все современные микропроцессоры и микроконтроллеры, выпускаемые как стандартные изделия в массовых объемах, могут быть как минимум отнесены к группе процессоров с частично конфигурируемой периферией. Компромисс является в этом случае приемлемым: максимальная производительность и минимальная стоимость микросхемы для специфического конечного приложения при значительных начальных финансовых и инженерных инвестициях.

Конфигурируемые процессоры также требуют специализированного набора средств поддержки разработок для создания программного кода проекта. Под специализацией здесь понимается определенный уровень детализации и ориентации под уникальные особенности конечного приложения. При этом популярные средства поддержки, как правило, уже отобраны разработчиками и являются как бы "рафинированным" набором того, что стоит использовать.