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高性能、高速、高带宽的互联和存储的…SoC芯片无处不在小到家电控制的MCU大到手机芯片我们都会接触到。如今大部分芯片设计公司都在开发SoC芯片一颗SoC芯片可以集成越来越多的功能俨然它已成为IC设计业界的焦点。
高性能、高速、高带宽的互联和存储的性能需求日渐占据主流。掌握PCle协议和DDR协议可以有效地提升SoC的设计验证、FPGA的设计、亦或是系统级的开发效率。
今天移知小编就带大家了解一下高性能SoC的“双引擎”——DDR与PCIe。
一、何为SoC
1、 SoC概念与传统的FPGA/MCU单片机的优势
SoC是一种集成电路设计将计算机系统的各个功能组件集成在一块芯片上。传统的FPGA和MCU单片机也是集成电路但SoC在功能上更加复杂、完整。与传统的FPGA/MCU相比SoC的优势在于它将CPU、GPU、NPU、IO接口、存储器控制器等功能模块集成在一颗芯片上形成一个高度集成、高性能的计算平台。
SoC芯片让电子设备变得更加智能使人们的生活变得更加便捷。 2、SoC包含哪些功能模块
SoC集成了多个功能模块常见的包括
● 中央处理器CPU执行计算任务和控制任务的核心处理单元。
● 图形处理器GPU专门用于图形和图像处理加速图形渲染、计算和加速深度学习等任务。
● 神经网络处理单元NPU专门用于加速人工智能和深度学习任务。
● 存储器控制器管理内存和外部存储器的读写操作。
● 输入/输出接口IO用于与外部设备通信如USB、Ethernet、HDMI等接口。
● 电源管理单元PMU管理芯片的电源供应和功耗控制。
● 安全单元提供芯片级别的安全功能保护数据和系统免受攻击。
二、SoC高性能体现在哪里
高性能SoC在多个方面体现出卓越的表现
● 计算能力SoC集成了强大的CPU和GPU能够处理复杂的计算任务和图形渲染满足高性能应用的要求。
● AI加速通过集成专用的NPUSoC能够在处理人工智能和深度学习任务时加速运算提升效率。
● 数据处理速度SoC内部的高速总线和存储器控制器使得数据访问速度更快减少数据处理瓶颈。
● 低功耗虽然拥有强大性能但高性能SoC也注重功耗的优化以延长电池寿命和降低能源消耗。 三、SoC高性能是如何实现的
1、更快的数据处理来源于高速接口PCIe
PCIePeripheral Component Interconnect Express芯片是高性能SoC中的重要组成部分。它是一种高速传输接口连接计算机内部的各种硬件组件如CPU、GPU、存储器、网络接口等。PCIe具有高速传输和可靠性的特点使得数据在各个组件之间的传输更加快速和稳定。这使得高性能计算、数据中心和企业级应用等领域得到极大的受益加快了数据处理速度提升了整体系统性能。 在数字IC工程师的职业生涯中了解PCle还可以为他们提供更多的职业发展机会。掌握PCle技术可以使数字IC工程师在芯片设计、系统架构、嵌入式系统等领域中有更广泛的应用。掌握PCIe协议不管是对SoC的设计验证FPGA的设计还是系统级的开发都提升效率掌握PCIe协议更是成为芯片设计、验证工程师、SoC的求职加分项PCIe并没有想象中那么容易掌握。
● PCIe的协议难以掌握
国外的参考文献的理解难易度没有实际项目纸上谈兵的学习空有公开协议没有结合案例理解上手哪怕是已经翻译的中文教材也容易导致无从下手。
移知教育特邀资深工程师精心打磨《PCIe协议全面解析》本课程介绍了PCle总线协议的方方面面包括系统架构、设备互联、分层结构等让大家深刻理解PCle的高带宽、低延时的特性。 从形象到抽象让学习PCIe不再晦涩难懂讲解最新Spec的协议特性和演进通过协议分析仪实际抓取的数据包生动介绍PCIe设备上的电、枚举、及工作过程。
● PCIe设计的各种层级问题如何理解如何解决
PCIe 协议测试在物理层、数据链路层和传输层上都需要进行协议确认测试。链路训练和状态机LTSSM是协议测试里面的一个关键方面。链路训练可以确保数据包在链路伙伴之间可靠地传输。协议分析和训练器工具可以确定PCIe 器件是否能与其链接伙伴成功通信。
随着数据速率的提升高速串行数据链路的设计变得非常复杂。通道拓扑越来越复杂多变。
PCIe 互连测试通道是 PCIe 系统中最关键的元素之一快速确认测试PCIe 设计的参数确保它们符合 PCIe 规范定义的性能要求这是测试过程的一个重要环节。
● 向下兼容的难各个版本迭代的兼容问题
各个版本的迭代兼容处理实际的公司业务场景处理。
移知教育 新课升级《PCIe IP之UVM验证实战》一课搞定设计和验证本课程以可流片的PCIe代码为基础介绍了PCIe理论以及PCIe实战的内容目标是大家能在实际的PCIe项目中可以上手干活。共22个章节理论和实战相结合从验证环境的搭建到DUT data path的梳理学完即可上手做PCIe RTL设计以及验证工作。
2、连接计算和存储两个体系的桥梁 -DDR
在高性能SoC中计算和存储是两个重要的体系它们之间的连接和协调对于整个系统性能至关重要。冯·诺依曼架构是当今SoC常用的计算架构但在高性能SoC中内存和互联带宽常常成为性能瓶颈。
为了解决这一问题新一代的高带宽存储技术应运而生。其中DDR、LPDDR、GDDR等技术作为连接计算和存储两个体系的桥梁有效地突破了“内存墙”。
高性能 SoC 通常具有多个存储器通道。图示显示的简化 DDR 存储器可以是上述任何 DDR 类别的 DRAM 存储器。 SoC 中的存储器通道框图
大型SoC芯片不能没有DDR就像大战役中离不开军火库一样如果你想涉猎SoC芯片领域了解或掌握DDR技术对你来说是必不可少的可以这么说CPU总线DDR一些简单外设就可以组成一个SoC系统可见DDR的地位不言而喻。
移知教育《DDR3全面解析》带你掌握SoC的核心技术memory子系统。 通过课程的学习你可以在 1-2 个月内快速从零基础起 学会 DDR3的协议掌握DDR控制器的设计原理了解DDR PHY的功能以及training过程知道如何验证DDR的控制器及其效率并能从模块和系统的角度对DDR的效率进行分析同时你可以站在前辈的肩膀上去分析和解决问题并在通往DDR设计成功之路的最后也最难一站上汲取必不可少的营养。
高性能SoC作为连接计算和存储的桥梁在计算能力、AI加速和数据处理速度等方面展现出优越的性能。通过采用高速接口PCIe和最新的高带宽存储技术高性能SoC能够满足越来越复杂的计算需求推动着计算领域的不断发展和创新。
掌握PCle协议和DDR协议可以有效地提升SoC的设计验证、FPGA的设计、亦或是系统级的开发效率。移知的目标是希望通过契合实际学习情况的难点进行针对性讲解帮助各位快速入门。
大家加油祝大家早日掌握PCle协议和DDR协议
