SoC芯片無處不在，小到家電控制的MCU，大到手機(jī)芯片，我們都會(huì)接觸到。如今大部分芯片設(shè)計(jì)公司都在開發(fā)SoC芯片，一顆SoC芯片可以集成越來越多的功能，儼然它已成為IC設(shè)計(jì)業(yè)界的焦點(diǎn)。

高性能、高速、高帶寬的互聯(lián)和存儲(chǔ)的性能需求日漸占據(jù)主流。 掌握PCle協(xié)議和DDR協(xié)議可以有效地提升SoC的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、FPGA的設(shè)計(jì)、亦或是系統(tǒng)級(jí)的開發(fā)效率 。

今天移知小編就帶大家了解一下高性能SoC的“雙引擎”——DDR與PCIe。

一、何為SoC

1、 SoC概念與傳統(tǒng)的FPGA/MCU單片機(jī)的優(yōu)勢

SoC是一種集成電路設(shè)計(jì)，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)功能組件集成在一塊芯片上。傳統(tǒng)的FPGA和MCU單片機(jī)也是集成電路，但SoC在功能上更加復(fù)雜、完整。

與傳統(tǒng)的FPGA/MCU相比， SoC的優(yōu)勢在于它將CPU、GPU、NPU、IO接口、存儲(chǔ)器控制器等功能模塊集成在一顆芯片上，形成一個(gè)高度集成、高性能的計(jì)算平臺(tái) 。

SoC芯片讓電子設(shè)備變得更加智能，使人們的生活變得更加便捷。

2、SoC包含哪些功能模塊

SoC集成了多個(gè)功能模塊，常見的包括：

● 中央處理器（CPU）：執(zhí)行計(jì)算任務(wù)和控制任務(wù)的核心處理單元。

● 圖形處理器（GPU）：專門用于圖形和圖像處理，加速圖形渲染、計(jì)算和加速深度學(xué)習(xí)等任務(wù)。

● 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元（NPU）：專門用于加速人工智能和深度學(xué)習(xí)任務(wù)。

● 存儲(chǔ)器控制器：管理內(nèi)存和外部存儲(chǔ)器的讀寫操作。

● 輸入/輸出接口（IO）：用于與外部設(shè)備通信，如USB、Ethernet、HDMI等接口。

● 電源管理單元（PMU）：管理芯片的電源供應(yīng)和功耗控制。

● 安全單元：提供芯片級(jí)別的安全功能，保護(hù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)免受攻擊。

二、SoC高性能體現(xiàn)在哪里？

高性能SoC在多個(gè)方面體現(xiàn)出卓越的表現(xiàn)：

● 計(jì)算能力：SoC集成了強(qiáng)大的CPU和GPU，能夠處理復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)和圖形渲染，滿足高性能應(yīng)用的要求。

● AI加速：通過集成專用的NPU，SoC能夠在處理人工智能和深度學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)加速運(yùn)算，提升效率。

● 數(shù)據(jù)處理速度：SoC內(nèi)部的高速總線和存儲(chǔ)器控制器使得數(shù)據(jù)訪問速度更快，減少數(shù)據(jù)處理瓶頸。

● 低功耗：雖然擁有強(qiáng)大性能，但高性能SoC也注重功耗的優(yōu)化，以延長電池壽命和降低能源消耗。

三、SoC高性能是如何實(shí)現(xiàn)的？

1、更快的數(shù)據(jù)處理來源于高速接口PCIe

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）芯片是高性能SoC中的重要組成部分。它是一種高速傳輸接口，連接計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種硬件組件，如CPU、GPU、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口等。

PCIe具有高速傳輸和可靠性的特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)在各個(gè)組件之間的傳輸更加快速和穩(wěn)定。 這使得高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)應(yīng)用等領(lǐng)域得到極大的受益，加快了數(shù)據(jù)處理速度，提升了整體系統(tǒng)性能。

在數(shù)字IC工程師的職業(yè)生涯中，了解PCle還可以為他們提供更多的職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)。掌握PCle技術(shù)可以使數(shù)字IC工程師在芯片設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域中有更廣泛的應(yīng)用。

掌握PCIe協(xié)議不管是對SoC的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)，還是系統(tǒng)級(jí)的開發(fā)都提升效率，掌握PCIe協(xié)議更是成為芯片設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工程師、SoC的求職加分項(xiàng)，PCIe并沒有想象中那么容易掌握。

● PCIe的協(xié)議難以掌握？

國外的參考文獻(xiàn)的理解難易度，沒有實(shí)際項(xiàng)目紙上談兵的學(xué)習(xí)；空有公開協(xié)議，沒有結(jié)合案例理解上手，哪怕是已經(jīng)翻譯的中文教材，也容易導(dǎo)致無從下手。

移知教育特邀資深工程師精心打磨 《PCIe協(xié)議全面解析》 本課程介紹了PCle總線協(xié)議的方方面面，包括系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備互聯(lián)、分層結(jié)構(gòu)等， 讓大家深刻理解PCle的高帶寬、低延時(shí)的特性 。

從形象到抽象，讓學(xué)習(xí)PCIe不再晦澀難懂 ，講解最新Spec的協(xié)議特性和演進(jìn)，通過協(xié)議分析儀實(shí)際抓取的數(shù)據(jù)包，生動(dòng)介紹PCIe設(shè)備上的電、枚舉、及工作過程。

● PCIe設(shè)計(jì)的各種層級(jí)問題如何理解，如何解決？

PCIe 協(xié)議測試在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層上都需要進(jìn)行協(xié)議確認(rèn)測試。鏈路訓(xùn)練和狀態(tài)機(jī)（LTSSM）是協(xié)議測試?yán)锩娴囊粋€(gè)關(guān)鍵方面。鏈路訓(xùn)練可以確保數(shù)據(jù)包在鏈路伙伴之間可靠地傳輸。協(xié)議分析和訓(xùn)練器工具可以確定PCIe 器件是否能與其鏈接伙伴成功通信。

隨著數(shù)據(jù)速率的提升，高速串行數(shù)據(jù)鏈路的設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜。通道拓?fù)湓絹碓綇?fù)雜多變。

PCIe 互連測試通道是 PCIe 系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元素之一快速確認(rèn)測試PCIe 設(shè)計(jì)的參數(shù)，確保它們符合 PCIe 規(guī)范定義的性能要求，這是測試過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

● 向下兼容的難，各個(gè)版本迭代的兼容問題

各個(gè)版本的迭代兼容處理，實(shí)際的公司業(yè)務(wù)場景處理。