当前SOC设计挑战越来越大，因为上市时间要求越来越短，差异化越来越难。系统级的复杂性越来越高，包括软硬件的集成，以及大量异构的核的使用。另外，对于安全性、安全防范的要求也越来越高，要求芯片无论是在实验室还是追踪应用的过程中性能更高。wG9esmc
2017年11月14日，领先的嵌入式分析技术开发商Ultra SOC在深圳举行媒体见面会。并宣布Microsemi在基于Risc-V开源处理器架构的产品中全面采用UltraSOC架构。Microsemi在存储、网络卡领域处于全球领先的地位。UltraSOC是主要的开发和支持工具，这个新闻对于Risc-V社群是非常重要的发布。同时Microsemi也是Risc-V社区非常重要的玩家。wG9esmc
此前，Ultra SOC曾宣布了一项重要的全球性扩展，以满足一系列电子产品对更复杂、且能自我感知的硅芯片日益增长的需求，这些产品包括从轻量级传感器到支持互联网的服务器群组等。Ultra SOC的RISC-V处理器跟踪功能实现方案将在2017年Q4推出。wG9esmc
Ultra SOC的半导体知识产权（SIP）产品可简化系统级芯片（SOC）的开发，并未涉及人员提供有价值的嵌入式分析功能。Ultra SOC的技术最初开发出来时是一种芯片开发工具，用来帮助开发人员做出更好的产品。目前它主要应用在一系列应用需求中：如汽车行业中的安全性和安防，因为自动驾驶汽车发展带来了前所未有的变化和风险；又比如从互联网搜索到数据中心等大数据应用的优化；以及IoT的安全性等。wG9esmc
根据Semico Research估计，芯片制造商通过在开发流程中使用UltraSOC的技术，可使得众多项目盈利翻倍，开发成本可削减1/4。UltraSOC的授权客户包括海思、imagination 、Movidius（被Intel收购）和Microsemi。另外还有一部分客户因为签了NDA协议，是不能透露名字的。合作伙伴则包括晶心科技、ARM、Cadence、CEVA、Cadence、Codasip、MIPS等IP公司。wG9esmc
UltraSOC是一家什么公司？
UltraSOC首席执行官Rupert BaineswG9esmc
UltraSOC首席执行官Rupert Baines表示，UltraSOC是一家英国剑桥的小公司。总部位于英国的剑桥，办公室离徐志摩当年生活的地方很近。wG9esmc
UltraSOC目前还是一家由VC提供资金的公司，所有的技术来源于大学。特别是投资阵容很强大，公司的董事长是加州伯克利大学分校的一位教授，同时他也是Snopsys和Cadence的联合创始人。wG9esmc
wG9esmc
UltraSOC的商业模式如同ARM，是一家半导体IP公司。它们不销售芯片，所有的IP都卖给Intel、海思、imagination、Microsemi这些芯片公司中。UltraSOC的IP是帮助客户解决半导体行业面临的最大问题。今天的SOC设计面临很多大的挑战，芯片变得越来越复杂，多种单元和处理器，还有很多软硬件的集成。wG9esmc
正因为如此，所以设计一个芯片，以及把设计芯片推向市场所需要的成本都越来越高。所以产生这个现象的原因主要是设计方法还没改变，大家都还在用30年历史的设计方法。wG9esmc
这些面临的挑战比如系统级的复杂性，大家可能听到Synopsys的总裁兼CEO反复提到系统复杂性，因为有太多的单元和软硬件的协同。另外一个挑战是安全性，比如汽车业有对SOC的标准，另一方面是信息的安全。开发和上市成本提升非常快的原因，是设计方法比较传统，主要是单元级上做开发。其实每个单元内部都有非常好的成功的方法，但都不是系统级的解决方案。这就是UltraSOC要解决的问题。wG9esmc
所以，UltraSOC帮客户解决很多业务本质的问题，可以改变行业内如何让产品更快上市，如何去优化硬件、软件的协同，怎么引入RISC-V。wG9esmc
wG9esmc
对于UltraSOC来说，它们的技术为什么能解决这些问题？是因为有一个库，这个库大约有30多个组件。因为幻灯片中浅蓝色的问题就是这些组件解决的问题，这些系统设计师就是把这些组件应用到芯片设计的不同部分。wG9esmc
UltraSOC的组件能够智能的懂得SOC中各个单元和软硬件，包括可以读懂ARM和RISC-V的软件，也可以读懂硬件。换句话说，UltraSOC可以把SOC的各个部分放到一个系统中去，可以全面的看到硬件和软件设计的整体状态。wG9esmc
这是一个非常典型的设计，是手机处理器，里面有ARM的处理器，也有可以理解ARM软硬件的组件，同时也有CEVA的DSP。对于UltraSOC的软件也能理解DSP的设计，同时也可以作为一个整体来进行理解。它们也有专门针对硬件的组件，比如针对总线和芯片类的互联。同时它们把所有这些软硬件分析功能，放到一个整体的分析功能下面。所以UltraSOC的IP可以解决很多问题，比如很常见的是我在做一个芯片设计的时候，CPU的确工作，但是速度没有做产品定义和规划的时候这么快。wG9esmc
UltraSOC的系统还可以解决很多系统级的问题，比如系统的被挂起和锁死，这是电子系统常见的问题。当年TD-SCDMA大发展的时候，曾经的合作伙伴是系统每8天要死一次机，对于系统设计人员来说这是很头痛的事情。wG9esmc
这个系统的被挂起和锁死是一个系统设计中非常严峻的挑战，因为你去做仿真，大概每8天死一次机，仿真速度很慢。要做一次仿真，不一定能找到问题。对于UltraSOC来说，去解决这样的问题非常快，从而给设计人员和UltraSOC带来很大的方便。wG9esmc
wG9esmc
这个幻灯片上列的是UltraSOC在片上分析IP的好处，其中很重要的原因是如果能够了解SOC设计里面的每一件事情，就会有针对性的解决相关的问题。由于这个IP是一直处在芯片内部的，所以既可以用在实验室做产品研发的时候去做调试工作，也可以在产品应用现场，不同的应用场景下去了解和优化你的芯片设计。wG9esmc
因为UltraSOC支持相关的安全性，有一个标准是用于信息安全的，用于防止黑客入侵，也有支持ISO26262的标准。这个IP可以观察这个芯片是否可以正确正常的工作。正式因为UltraSOC出售的是IP，所以只需要不到1%的DIE面积，就可以大大提高性能，同时减少BUG，还可以降低功耗。按照一项研究，同时也可以加速产品上市，利润率可以达到2.3倍。wG9esmc
UltraSOC的IP是如何工作？
那么UltraSOC的IP是如何工作的呢？一共有3个层面上的工具，第一层是大约30种的分析模组，他们的功能是能够理解芯片的SOC的不同的部分。比如ARM的软件和CEVA的软件，以及总线、内联的硬件。他们的优点是本地化的智能，所有这些模组都是在本地化工作，就在相关单元的旁边以系统级的速度来工作，同时不是侵入性的，不会影响任何系统的性能。wG9esmc
第二层是它们的单元模块之间的结构，可以被重新配置的。当他们发现一个处理器有问题的时候，相互之间会沟通，把更多的资源集中到处理器中去做相应的分析。然后，但是他们是独立的不会去影响处理器的工作。wG9esmc
最后一部分是他们的连接通讯器，因为需要把他们的单元和外部世界连接到一起，所以这些通讯器可以用芯片设计中非常标准的协议来做连接，也可以用常用的USB协议把芯片内部的IP和外部环境连接到一起。另外一个是，UltraSOC只在片上工作的模式，比如这个芯片已经发货了，他们的IP不需要跟设计师再做沟通，也会帮助芯片去优化性能和功能。wG9esmc
UltraSOC提供所有软硬件的全面可视化操作系统，这就是UltraSOC的典型操作界面。中间有紫色编码的部分是软件跟踪显示，他们的IP已经找到另一个断点，同时右边已经显示到了硬件，当断点出现的时候，总线上当时正在做什么操作，有什么信息的沟通？相应的硬件的行为也可以看到，右边是统计数字，包括内部架构上的延迟。wG9esmc
最左边是模块的工作情况，中间是处理器的工作情况，可以支持UltraSOC的IP，可以支持目前来看客户开发最多的数量是256个核，还有客户正在开发最多4000个核的芯片。(比如超级相控阵雷达)wG9esmc
在绝大多数芯片或电子系统中，右上角的统计数据来看，系统工作都是一开始性能慢慢提升，到了一个高点后，系统性能下降，有可能是你的内存出现泄漏，或者总线出现拥堵，或者其它的一些原因。UltraSOC就是帮助你分析和找出具体的是哪些原因。wG9esmc
如果是软件开发工具，很多公司都有，但是市场上还没有硬件的这种商业化的跟踪分析工具。所以能够把软硬件和相关统计数据同时提供的目前只有UltraSOC。wG9esmc
现在我们看到的是更多的案例，有一个非常常见的问题：UltraSOC的缓存问题，这个时候大家的CPU设计并没有问题，这是一个软件的问题。你需要去找相关的软件问题，如果用它们的工具可以很方便的解决这一类的问题，缓存的优化可以提升CPU 20%的性能。wG9esmc
后面两种情况是存储器、控制器的问题，这是芯片中非常复杂的设计，需要很优化的设计。在高速存储数据中，存储器、控制器有可能成为数据存储的瓶颈。比如左边的存储器的情况，是系统的存储不平衡；右边是存储的流量峰值的波动，用UltraSOC就可以很方便的帮助设计人员发现这些问题。左下角的案例，如果不用UltraSOC就基本不可能去发现这些问题，但是在系统实时工作的情况下，出现一个小小的问题让Moden宕机了，用别的工具很难发现，用UltraSOC就很容易找到这个原因。wG9esmc
wG9esmc
UltraSOC也可以在实验室作为工程开发工具来使用。同时UltraSOC在产品生命周期都能用，比如一个很大的一家客户用UltraSOC的片上分析 IP。这家客户的芯片在汽车使用中会不断检测芯片的状态，这是可以满足IS026262标准的IP，这个标准在汽车领域是非常难通过的，也是非常重要。wG9esmc
另外一个跟安全性一样重要的是安全防范，因为实施的硬件检测可以发现任何工作不正常的地方，比如CPU的工作情况。如果CPU被锁死了，CPU会不断跟系统打招呼，停止其它一切工作，这个时候你可以知道CPU被攻击了。这是因为UltraSOC的IP是在硬件中，对于藏在OS后面的，是看不见的。所以进攻者不可以停止监测，去干扰监测。不像其它的软件层信息防范工具，黑客进攻是可以去停止或欺骗看得见的防范工具。wG9esmc
那么，UltraSOC是否可以在芯片具体使用之前进行提前的仿真测试？实际上UltraSOC也希望进入更大的空间，目前已经在这个领域把软件授权给了Mentor，用在它的仿真模拟的平台上去，可以使得UltraSOC的仿真更高效，但是更多的客户还是应用到系统级的设计或监测工具。wG9esmc
为什么百度、亚马逊要开发自己的服务器芯片？
对于UltraSOC最大的市场是数据中心和服务器，这些数据大的互联网公司都在开发自己的芯片去优化网络。比如美国的亚马逊、微软、Facebook，国内的百度、阿里巴巴、腾讯都在做自己的硬件，包括华为的海思、高通这些公司都在做用于服务器的芯片。wG9esmc
wG9esmc
为什么他们要自己开发芯片？因为类似阿里这样庞大的营业收入，他们要确保自己的服务器工作很流畅。亚马逊有一个研究，100毫秒的延迟等于自己的营业收入减少1%，对于亚马逊的收入来说这是很大的损失了。所以这些互联网公司都在努力让系统工作得很流畅和正常。（PS：读者可以到UltraSOC的网站去看一下，很全面的介绍互联网和服务器之间的关系，其中一份谷歌和微软做的调查，会详细介绍延迟带来的损失。）wG9esmc
wG9esmc
总结一下UltraSOC能提供的产品，UltraSOC的IP在客户的SOC中不断的分析芯片和收集相关数据，这些数据可以被设计人员用在不同的地方，在开发阶段缩短上市时间，可以创建更好的产品。除了刚才说的开发阶段用的数据外，还有非常有价值的信息，可以用在更多的地方，让芯片可以工作得更好，更少的问题。而且你也可以在产品的整个生命周期上去使用IP，比如用于安全性，以及信息安全方面的防护，可以监控芯片，防止恶意攻击。wG9esmc
UltraSOC是一个开源的CPU，包括商品化的CPU设计，类似于Linux。所以在CPU设计领域，可以下载Risc-V的源程序自己做设计，也可以买SiFive的授权来做设计。wG9esmc
wG9esmc
对于UltraSOC来说，中国市场非常重要，许多中国公司都在关注和投入Risc-V的芯片，他们希望芯片设计更多的本地化。除了很多大客户，中国还有很多半导体初创企业，比如很多一些中国的新创公司去开发很先进的应用。wG9esmc
UltraSOC是业内唯一一家提供商品化的Risc-V开发环境的公司，包括追踪、监测、调试CPU的运行，也可以用在完全的OPEN-SOURCE里面。因为他们的产品提供开发环境，如果完全从开源的做起，支持运行控制，追踪、调试。也可以去全球最领先的几家做Risc-V内核开发的公司。wG9esmc
从ARM到Risc-V，从“霸权主义”到“民生”模式
20年前，信息产业高度垂直化，Intel做了所有的事情，比如CPU、内存、GPU和芯片架构都由一家公司决定。同样的事情发生在MoTO、TI、富士通这些公司，在不同的领域都出现了垄断的局面。wG9esmc
但是现在这个情况改变了，比如说几年前大家可以购买不同的授权，比如ARM的CPU，CEVA的DSP来集成到产品中去。根据不同的需求来做产品，从完全垂直的产业结构到今天已经有很大改变。但是类似于Risc-V这样的CPU的开源架构更推进了一步，大家不用买了，可以通过分享、交流获得知识产权，如同Linux在开源软件领域的地位。wG9esmc
那么Risc-V和ARM架构来比较的话，哪个更具优势呢？如果从市场比较来看，这种比较还太早。从技术上来比，比如功耗、性能和面积比较来看，因为最终芯片的性能是由芯片开发商来实现的。Risc-V只是一个架构，目前的产品类似于ARM的M/5，因为是开源的，需要优化，因此需要找SiFive这样的公司来优化。如果是免费的，可能性能不会最好。从功能来看，Risc-V主要是M系列的功能，明年会推出64位的产品，相当于ARM A53的产品性能。wG9esmc
“对于我们这些半导体产业的人来说，我们正看到设计模式的一种转变，即从老牌独家厂商的‘霸权主义’转移到一个更加开放和接近‘民生’的模式，” Rupert Baines表示“这得到了Risc-V群体创新活动的力争，而UltraSOC在其中扮演了重要角色。我们的技术可解决当今科技公司面临的更多样化的问题，尽管这些技术被深度嵌入在硅芯片中且不会被周遭的世界看见。”wG9esmc
本文为国际电子商情（微信公众号：esmcol）原创文章，版权所有！wG9esmc
wG9esmc
