片上网络体系结构取代了交叉方法
文章：Benoit de Lescure
当SOC上的数字元素生长时，互连的横杆方法不起作用，并且需要网络架构架构。
在我的本系列的第一篇文章关于互连设计，我解释了为什么片上通信已经成为系统片上(SoC)架构的中心。这些体系结构决策决定了带宽、吞吐量、服务质量(QoS)、功率使用、安全性和成本。在这里，世界级成就和缺点之间的区别始于通信架构的选择。
当需要在芯片中通信的元素数量小时，互连功能的简单横杆方法是可能的选择。然而，当系统中的元件的数量开始生长时，它们之间的距离相对于预期的时钟周期变大，则需要交叉栏不再工作，并且需要网络连接线（NOC）方法。但是让我们先看看横梁。
数字1横杆将每个输入连接到每个输出。来源：片上网，第二版
纵横开关
横杆架构已经存在很长时间，甚至返回20世纪30年代的电话交换系统。在横杆中，每个流量源和交通目的地之间存在通信路径;所有路径都可以并行工作，只要没有需要在同一目标向同一目标发送流量的争用 - 两个来源即可。争用由每个目标的仲裁器管理，并且流控制位于源。这种架构是许多遗留互连家庭的基础，如ARM NIC-400和前声音SMX。
数字2电话操作员(右)管理的银行西部电气100点六线B型交叉开关(左)。来源:维基百科,史密森学会
基于交叉条的交换在许多设计中都得到了成功的应用，在一些现代IP子系统中仍然很流行，因为它在源端和目的端数量都很小的情况下万博投注网址都能很好地工作。但是随着SoC设计的增万博投注网址长，很明显，以二次方式扩展的交叉架构将变得不切实际和过度设计——对于其预期的功能来说太大了。
大型现代SoC需要确保数百个IP块可以进行通信，并且这些通信流量模式通常不需要每个IP块能够同时通信。在现代设计中使用大型横梁留下了许多横向横向使用的横向横向于任何时候万博投注网址空闲。此外，由于它们消耗的巨大的模具区域，大型横梁很难在现代筹码中实施。电线不会像先进过程中的晶体管一样快地缩小，在大横杆中具有与电线相关的拥塞一个真正的挑战。
当然，可以将大型横杆分隔为较小的单元，并将它们连接以实现所需的拓扑。然而，通常存在效率低下的横跨相关性，例如在两个横磁盘之间的界面处需要大量逻辑以实施为连接所选择的协议规则。当请求和响应组合在横梁中时，这是必需的，就像基于AMBA AXI协议的大多数现有解决方案一样。
其他的低效率——例如在交叉条、单个时钟和单个协议中要求统一的数据宽度——使得级联交叉条不是SoC通信基础结构的最佳选择。
出现NoC的
互联网没有上述的问题。数据被分解成数据包，通过由相互连接的交换机组成的分布式基础设施传输，然后在适当的目的地重新组装。NoC在SoC级别上做类似的事情:它使用轻量级交换机，为在SoC规模上进行长距离传输而优化的分组协议，并使用分布式实现。
数字3.片上网络将CPU和其他IP块交易(读、写等)转换为数据包，这些数据包通过一个网络路由，该网络针对SoC要求(如服务质量、功耗、芯片区域和线数)进行了优化。来源：Arteris IP
在实现与级联跨界的通信拓扑中，可以被描述为“粗粒”方法 - 因为每个横杆是一个大组件 - 实现与NOC的相同功能可以被描述为问题的“细粒”方法。在NOC中，选择传输的协议，使得携带数据包所需的交换机非常简单，这转化为小而快速。
例如，该协议将允许通过独立的网络独立地传输请求和响应，因此交换机不需要担心跟踪未完成的事务，这是请求和响应网络交叉条需要做的事情。因此，对于相同的带宽，NoC交换机将比等效的AXI交叉条小4倍，其所有逻辑都需要跟踪未完成的事务。由于它们是轻量级的，因此在优化的拓扑中组合交换机比使用AXI交叉条做同样的事情要容易得多。
NoC在其网络接口单元的边缘对未完成(正在进行的)交易进行一次跟踪，而不是在交叉级联的每个交叉条上进行。网络接口单元实际上是NoC的关键组件，因为它们负责IP块使用的交易协议到NoC内部传输协议的转换。由于IP交易协议和NoC传输协议之间的这种解耦，NoC可以在传输级别实现各种“服务”，而这些服务无论IP使用什么交易协议进行通信都是可用的。
例如，传输级别的分组化和序列化将有助于处理NoC覆盖的长距离的拥塞:两个64位宽IP块可以在不知道32位宽传输的情况下进行通信。其他适应，如时钟和功率域、数据宽度、协议能力，如突发支持等，都可以由NoC完成。其他服务，如带宽和延迟控制、安全性、安全性和调试，都是在NoC协议之上实现的，并提供给每个连接的IP，独立于它们连接NoC的本地能力。
NOC的另一个优势及其对NOC传输协议和返回的IP交易协议的转换，是更容易改变基于平台的设计方法的IP块，其中多个衍生芯片设计是从初始SOC平台架构创建的。万博投注网址由于公司寻求更快地反应市场需求，同时降低设计成本和风险，因此该平台对SoC设计的方法变得更加普遍。
如果SoC设计团队使用交叉条，这要求所有连接的组件公开相同的接口，IP块端点的更改将需要将新组件桥接到交叉条协议。换句话说，具有内部独立传输协议的NoC隔离了每个端点，传入的IP块事务被转换为包，允许对SoC架构进行更容易的“即插即用”更改。
不是只是为了大型设计万博投注网址
大型生产soc的连接性现在几乎完全基于NoC架构。使用Arteris IP的NoC技术的一个很好的例子是MobileyeEyeQ ADAS社会家庭。但是，NOC也可用于较小的芯片。有一个有趣的NOC利用趋势，具有大量电源域和衍生/ SOC平台设计要求。万博投注网址
以衍生设计家族为例。可以添加或删除ip，而不需要对物理设计和定时关闭进行重大更改，这提供了派生重用应该具有的好处。而且，虽然我们还没有讨论电源管理，但NoC技术可以轻松创建非常复杂的电压和时钟域方案，允许由小型电池甚至MEMS供电的物联网芯片极低的功耗。
德州仪器的无线mcu的SimpleLink家族是一个很好的例子，它显示了基于noc系统的灵活性、可伸缩性和IP重用的便利性正在获得越来越多的用户。
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本文最初发布经济日报。
BENOIT de Lescure.是首席技术官(CTO)在Arteris IP。
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