Origine, types et applications semi-conducteurs IP

Dans l'industrie des semi-conducteurs, la propriété intellectuelle (IP) est plus qu'un simple terme technique, c'est un pont entre l'innovation et le commerce.La combinaison de l'ingéniosité des concepteurs de puces avec les caractéristiques d'une marchandise négociable, l'IP semi-conducteur est devenu la pierre angulaire de la conception des puces modernes.Il sous-tend les progrès scientifiques, stimule le trading et la réutilisation IP, et favorise un écosystème florissant de fournisseurs et fournisseurs IP spécialisés.Dans cet article, nous nous plongerons dans la définition, l'origine et l'évolution de la propriété intellectuelle des semi-conducteurs, explorer ses types et discuter de son application et de sa publicité.

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Comprendre IP semi-conducteur

IP semi-conducteur, ou noyau IP, fait référence à un module de circuit réutilisable pré-conçu avec une fonctionnalité indépendante utilisée dans la conception du circuit intégré (IC).Tel que défini par Wikipedia: "Dans la conception électronique, un noyau de propriété intellectuelle semi-conducteurs (core SIP), un core IP ou un bloc IP est une unité réutilisable de logique, de cellule ou de conception de disposition de circuits intégrée qui est la propriété intellectuelle d'un parti."

Les noyaux IP rationalisent le développement des puces en réduisant la complexité de conception, en raccourcissant les cycles de conception et en augmentant la probabilité d'une mise en œuvre réussie des puces.Ils fonctionnent comme des blocs de construction modulaires, un peu comme des pièces de puzzle, permettant aux concepteurs de combiner les noyaux IP pré-vérifiés avec leurs circuits conçus sur mesure pour créer des puces complexes.

Par exemple, comme le montre la figure 1, une puce complexe peut intégrer des circuits auto-conçus (modules verts) avec des noyaux IP externalisés (blocs de couleurs variés) pour accélérer la conception et améliorer la fonctionnalité.Cette approche reflète l'assemblage d'une carte système, où les développeurs connectent les composants préfabriqués pour construire un système complet.

L'origine et le rôle de la IP semi-conducteurs

Le concept d'IP est né en réponse à la complexité croissante de la conception des puces.Au début, l'intégration limitée des puces et les conceptions plus simples ont permis aux développeurs de puces de gérer des projets entiers indépendamment.Cependant, à mesure que la demande de puces plus puissantes augmentait, l'échelle et la complexité des conceptions ont augmenté de façon exponentielle.À la fin des années 1980, avec l'émergence du modèle de fonderie et des sociétés sans tenue, il est devenu clair que les petits et moyens concepteurs de puces avaient besoin d'un moyen de gérer des projets de plus en plus complexes.

Inspiré par les approches modulaires utilisées dans le développement de logiciels et les systèmes d'ingénierie, les noyaux IP ont émergé comme une solution.Les modules pré-conçus avec des fonctionnalités spécifiques pourraient désormais être réutilisés, permettant aux concepteurs de se concentrer sur leurs compétences de base tout en externalisant le reste.Cela a marqué le début de l'écosystème de développement et d'échange de propriété intellectuelle, où des fournisseurs de propriété intellectuelle spécialisés pourraient créer, commercialiser et vendre leurs conceptions à un large éventail de sociétés de puces.

Les noyaux IP dans le champ semi-conducteur servent de modules de circuits autonomes qui rationalisent le processus complexe de construction de circuits intégrés (CI).Ces noyaux sont importants pour réduire les temps de conception et optimiser les performances, agissant comme des composants importants dans l'architecture d'une puce.Tout comme la construction d'un puzzle sophistiqué, vous pouvez intégrer ces noyaux IP pré-conçus, aux côtés de leurs propres innovations, pour améliorer l'efficacité et réduire la complexité du système.Ce processus fait écho à l'expertise requise dans l'élaboration d'une carte système méticuleusement organisée, où chaque module joue un rôle essentiel dans la réalisation des fonctionnalités souhaitées.

Différents types d'IP semi-conducteurs

Les noyaux IP semi-conducteurs sont classés en trois types: doux, ferme et dur, correspondant chacun à une étape spécifique du processus de conception des puces.Ces classifications reflètent le niveau d'achèvement, de flexibilité et de préparation physique du noyau IP.

IP Soft Core

Il représente l'étape initiale de la conception IP.Il est généralement créé à l'aide d'un langage de description du matériel (HDL), tel que Verilog ou VHDL, et vérifié au niveau de transfert de registre (RTL).Ce type de noyau IP est indépendant de tout processus de fabrication spécifique, ce qui signifie qu'il peut être adapté pour divers nœuds de technologie de semi-conducteurs et exigences de performance.Le principal avantage du noyau souple réside dans sa flexibilité, car il est livré sous forme de code HDL.Cela permet aux concepteurs de puces de l'intégrer avec d'autres modules et d'optimiser la conception en fonction de leurs besoins.Par exemple, un noyau souple pour un processeur peut être configuré pour différentes vitesses d'horloge ou exigences d'alimentation, ce qui en fait un choix polyvalent pour de nombreuses applications.

IP Firm Core

S'appuie sur le noyau souple en avançant davantage dans le processus de conception.Il comprend des étapes supplémentaires telles que la synthèse du niveau de la porte et la simulation de synchronisation, garantissant que la conception est prête pour la mise en œuvre structurelle.Livré en tant que netlist au niveau de la porte, l'entreprise Core établit un équilibre entre la flexibilité et la préparation à la conception physique.Il offre une plus grande prévisibilité en termes de performances et de calendrier, mais permet toujours un certain degré de personnalisation pendant la phase d'intégration.Par exemple, un noyau ferme pour une interface de communication comme PCIe inclurait déjà des informations structurelles détaillées, assurant la compatibilité et les performances sur diverses plates-formes tout en offrant de la place pour des ajustements mineurs.

Noyau dur IP

C'est la forme la plus complète et la plus rigide de conception IP.Il est entièrement développé et vérifié au niveau physique, y compris les dispositions de masque requises pour la fabrication.Contrairement aux noyaux doux et fermes, le noyau dur est lié à un nœud de processus de fabrication et de technologie spécifique, qui l'optimise pour la puissance, les performances et les considérations de zone (PPA).Étant donné que le noyau dur est spécifique au processus, il offre le plus haut niveau de prévisibilité en termes de résultats, ce qui le rend idéal pour toutes les applications où la précision et la fiabilité sont primordiales.Par exemple, un noyau dur pour un module de mémoire intégré serait adapté pour maximiser la densité et minimiser la consommation d'énergie sur un nœud de fabrication donné, garantissant de bonnes performances dans la conception finale des puces.

Ces types de noyaux IP sont incorporés dans les conceptions de puces à différentes étapes, comme le montre la figure 4. Le processus de conception commence par l'étape comportementale, où les noyaux mous sont couramment utilisés.Au cours de la phase structurelle, les noyaux fermes fournissent un cadre plus défini, tandis que les noyaux durs sont utilisés dans la phase de conception physique finale.

La figure 5 illustre comment ces noyaux IP se réunissent à différentes phases pour former une conception complète des puces, garantissant l'efficacité, réduit le temps de développement et fonctionnalité améliorée.

Développement et application commerciale de l'IP

Le développement d'un noyau IP nécessite une expertise approfondie dans la conception IC, les processus de fabrication et les exigences spécifiques à l'application.Contrairement aux concepteurs de puces complets, les développeurs IP se concentrent sur la création de conceptions modulaires et optimisées qui peuvent être réutilisées sur plusieurs projets.Cela fait du développement IP une entreprise à enjeux élevés, car même les défauts mineurs dans un noyau IP peuvent compromettre un projet entier de puces, ce qui coûte des millions de dollars en développement.

Pour atténuer ces risques, les noyaux IP sont généralement vendus dans le cadre d'un modèle de licence qui comprend des frais initiaux et des redevances basés sur le volume de production des puces de l'acheteur.Les fournisseurs IP établis, tels que Synopsys, le bras et la cadence, dominent le marché, offrant une large gamme d'IPS, des processeurs et des modules de mémoire aux interfaces analogiques et aux noyaux de communication.

Core doux, ferme et dur

Les noyaux IP sont classés en trois catégories principales: le noyau souple, le noyau ferme et le noyau dur, chacun dénotant un niveau de développement distinct.Les noyaux souples, écrits dans des langages de description matérielle, offrent une flexibilité et sont indépendants de processus spécifiques, servant de base pour les conceptions de circuits personnalisés.Les noyaux fermes sont livrés avec des spécifications de structure et de synchronisation supplémentaires, offrant des conceptions plus définies.Les noyaux durs, raffinés au niveau du masque, permettent une intégration directe dans les conceptions de puces avec des mesures de performances optimisées.Des exemples importants tels que les IP CPU ARM, les IPS, les IP WiFi et les cœurs de mémoire intégrés illustrent leurs diverses applications.Les principaux fournisseurs mondiaux d'EDA, comme Synopsys, les parts de contrôle du marché, en fournissant des bibliothèques IP complètes, notamment des circuits logiques, des interfaces analogiques, des systèmes de sécurité, etc.

Le développement de l'IP semi-conducteur reflète étroitement les progrès de la technologie IC.Les fournisseurs IP s'efforcent d'affiner les modules de circuit en blocs de construction polyvalents adaptés à divers conceptions de puces, mettant l'accent sur la précision en raison des répercussions potentielles de défauts même légers.Généralement caractérisés par des coûts élevés, les stratégies de tarification IP impliquent une combinaison de licences et de redevances liées aux quantités de production.Le développement de la propriété intellectuelle nécessite une maîtrise dans la conception, la fabrication et l'expertise du marché, les clients préférant souvent des fournisseurs fiables réputés pour une assurance qualité aux homologues moins connus.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Que signifie IP dans l'industrie des semi-conducteurs?

La propriété intellectuelle des semi-conducteurs (IP) fait référence aux conceptions de circuits matériels propriétaires qui sont autorisés à intégrer dans diverses puces.Ces conceptions, également appelées «blocs IP», servent d'unités fonctionnelles individuelles ou de circuits.Ils sont souvent adaptés à des applications spécifiques en utilisant des technologies telles que des circuits intégrés spécifiques à l'application (ASIC) ou des réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA).Les blocs IP aident à rationaliser le processus de développement des puces, ce qui permet d'économiser du temps et des efforts en fournissant des modules réutilisables et pré-conçus.

2. Quelles entreprises dirigent le marché IP semi-conducteur?

Le marché IP des semi-conducteurs est motivé par plusieurs sociétés éminentes spécialisées dans la conception et la licence de blocs IP.Les acteurs clés comprennent:

ARM Holdings: réputé pour ses noyaux IP CPU et GPU utilisés dans les appareils mobiles et intégrés.

Synopsys: propose un vaste portefeuille de solutions IP, y compris la mémoire, la connectivité et la sécurité.

Cadence: axée sur la livraison de la propriété intellectuelle pour les protocoles d'interface et les applications de signal mixte.

CEVA: Spécialise dans les noyaux IP liés à DSP et AI pour des applications telles que l'audio, la vision et la connectivité sans fil.

Imagination Technologies: connu pour son GPU et son accélérateur IP.

Rambus: fournit des solutions IP axées sur la mémoire et la sécurité.

ÉMÉMOIRE: propose une adresse IP pour les technologies de mémoire intégrées.

Mentor Graphics (Siemens): fournit des outils de conception et IP pour la vérification et l'implémentation des puces.

Semi-conducteur en réseau: se concentre sur IP pour les FPGA à faible puissance et les solutions de connectivité.

Ces entreprises jouent un grand rôle dans la conception de puces plus rapide et plus efficace tout en assurant l'innovation et l'évolutivité dans l'industrie des semi-conducteurs.