現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心和服務器這些大數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)公司都在開發(fā)自己的芯片去優(yōu)化網(wǎng)絡。其原因是，根據(jù)調(diào)查，每有100ms延遲就會使營業(yè)收入減少1%。此外，我們也必須考慮符合汽車功能安全，以及網(wǎng)絡安全，防止黑客攻擊。

 

Synopsys公司的總裁兼CEO Aart de Geus曾反復談到系統(tǒng)復雜性，因為今天的芯片里有太多的單元和軟硬件的協(xié)同。

 

設計開發(fā)成本和上市成本越來越高的原因，是設計工具和設計方法都還是很傳統(tǒng)，大家都是在單元級上做開發(fā)?，F(xiàn)在每個單元內(nèi)部都有非常好的成功的工具和方法，但都不是系統(tǒng)級的解決方案。

 

UltraSoC是一家總部位于英國劍橋的小公司，辦公室離徐志摩當年戰(zhàn)斗過的地方很近。他們的IP就是要幫助客戶解決這些芯片設計所面臨的最大問題。

 

UltraSoC公司首席執(zhí)行官Rupert Baines日前在媒體溝通會上告訴記者，UltraSoC的商業(yè)模式和ARM一樣，他們的IP應用到Intel、海思、Imagination和Microsemi這些公司的芯片中。

 

 

 

UltraSoC目前還是一家由VC提供資金的公司，共有25名雇員，所有的技術來源于大學。特別是投資陣容很強大，公司的董事長是加州伯克利大學分校的一位教授，同時也是Synopsys和Cadence的聯(lián)合創(chuàng)始人。

 

UltraSoC幫助客戶解決很多業(yè)務本質(zhì)的問題，包括怎么讓產(chǎn)品更快上市，怎么去優(yōu)化軟硬件的協(xié)同，怎么引入RISC-V等等。

 

 

那么，UltraSoC的技術為什么能解決這些問題？他們有一個庫，這個庫大概有30多個組件。系統(tǒng)設計師把這些組件用在SoC設計的各個部分，就能去解決這些問題。

 

 

“UltraSoC的組件能夠智能地懂得SoC中的各個單元和軟硬件，包括可以了解ARM、RISC-V和MIPS的軟件，也可以了解硬件，這些組件被叫做互連內(nèi)存控制器?？偠灾?，UltraSoC可以把SoC的各個部分放到一個系統(tǒng)中去，可以全局性地看到SoC設計中硬件和軟件的整體狀態(tài)。”Rupert Baines說。

 

下圖是一個典型的客戶設計。這個手機處理器中有ARM處理器，也有可以理解ARM軟硬件的組件，同時也有CEVA的DSP。對于UltraSoC，他們的軟件也能理解DSP的設計，同時也可以作為一個整體來進行了解。

 

 

UltraSoC也有專門針對硬件的組件，比如針對總線和芯片互連的組件。同時它們把所有這些軟硬件分析功能放到一個整體的分析功能下。

 

他們的IP可以去解決很多問題，比如很常見的一個問題是，在做一個芯片設計的時候，這個CPU的確工作，但是速度沒有其在做產(chǎn)品定義和規(guī)劃的時候這么快。問題出在哪，怎么解決它？UltraSoC就是幫助解決這樣的問題。

 

 

UltraSoC的系統(tǒng)還可以解決很多系統(tǒng)級的問題。比如系統(tǒng)被掛起或死鎖，是電子系統(tǒng)中很常見的問題，每隔一段時間就會發(fā)生。“當年我在Picochip的時候（編者注：在加入UltraSoC之前，Baines是Picochip的市場營銷副總裁。在Picochip被Mindspeed/現(xiàn)并入英特爾收購之后，他擔任Mindspeed的市場營銷策略副總裁。），那時正是TD-SCDMA大發(fā)展的時候，曾經(jīng)當?shù)匾患液献骰锇槊媾R的問題是，系統(tǒng)大約每8天就會死一次機，對于系統(tǒng)設計人員來說是件很頭痛的事情。”Rupert Baines回顧到。

 

“系統(tǒng)被掛起或死鎖是系統(tǒng)設計中一個非常嚴峻的挑戰(zhàn)。你去做仿真，剛才說的大概每8天死一次機，仿真速度很慢。所以，要做一次仿真，一周接一周地去做，還不一定能找到問題，這是個很麻煩的挑戰(zhàn)。而對于UltraSoC來說，去解決這樣的問題非常方便、非?？?，從而給設計人員帶來很大的方便。”他補充說。

 

下圖列的是UltraSoC片上分析IP的好處。由于其IP是一直處在芯片內(nèi)部的，所以既可以用在實驗室做產(chǎn)品研發(fā)的調(diào)試工作，也可以在產(chǎn)品應用現(xiàn)場，在不同的應用場景下去了解和優(yōu)化芯片設計。

 

 

另外對于網(wǎng)絡安全標準（防止黑客入侵）其汽車ISO26262標準，UltraSoC也都提供支持。他們的IP可以觀察芯片是否正常工作。UltraSoC的IP面積很小，只需要不到1%的裸片面積，就可以大大提高性能，同時減少bug，還可以降低功耗。按照一項研究，它同時也可以加速產(chǎn)品上市，利潤率可以達到2.3倍。

 

 

UltraSoC的IP包括3個層面上的解決方案。第一層是大約30種的分析模塊，其功能是能夠理解芯片SoC的不同部分，比如ARM、RISC-V和CEVA的軟件，以及總線、系統(tǒng)互連的狀態(tài)。它們的優(yōu)點是本地化的智能。所有這些模塊都是在本地化工作，就在相關單元的旁邊以系統(tǒng)級的速度來工作，同時不是侵入性的，在系統(tǒng)內(nèi)不可見，不會影響任何系統(tǒng)的性能。

 

第二層是互連，它的各個模塊通過網(wǎng)絡進行溝通，并可以被動態(tài)重新配置。用戶可以設置if-then關系，進行交叉觸發(fā)。因此，如果處理器有問題發(fā)生，就可以終止活動；如果總線上出現(xiàn)某個模式，用戶就可以查看處理器當時的狀態(tài)。如前所述，模塊之間的相互依賴關系是芯片設計的一個問題。

 

最后一部分是他們的連接通信器。這些IP單元和外部世界需要連接到一起，這些通信器可以用芯片設計中非常標準的JTAG接口來做連接，也可以用常用的以太網(wǎng)、PCIe、USB接口把芯片內(nèi)部的分析IP和外部環(huán)境連接到一起。

 

另外，UltraSoC還有片上工作的模式。比如一個芯片已經(jīng)發(fā)貨了，這些IP不再需要跟設計師做溝通，它們也可以幫助芯片去優(yōu)化性能和功能。

 

UltraSoC提供所有軟硬件的全面可視化操作系統(tǒng)，下圖是UltraSoC的典型操作界面。中間是軟件跟蹤顯示，綠色加亮部分是處理器代碼的一個斷點。右邊顯示的是硬件。當斷點出現(xiàn)的時候，總線上當時正在做什么操作，有什么信息的溝通？相應的硬件行為也可以看到。右邊是統(tǒng)計數(shù)字，包括內(nèi)部架構上的延遲。

 

如果是軟件開發(fā)工具，很多公司都有，而能夠同時提供軟硬件和相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)的公司，目前只有UltraSoC。

 

最左邊是模塊的工作情況。中間是處理器的工作情況，可以支持UltraSoC的IP，目前來看可以支持客戶開發(fā)最多的數(shù)量是256個核，另外還有客戶正在開發(fā)最多4000個核的芯片。

 

在絕大多數(shù)SoC芯片或電子系統(tǒng)中，從右上角的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)工作都是一開始性能慢慢提升，到了一個高點后，系統(tǒng)性能下降，有可能是你的內(nèi)存出現(xiàn)泄漏，或者總線出現(xiàn)擁堵，或者其它的一些原因。UltraSoC就是幫助你分析和找出具體的是哪些原因。

 

現(xiàn)在我們看到的是更多的案例，有一個非常常見的問題，就是UltraSoC的緩存問題，這個時候大家的CPU設計并沒有問題，這是一個軟件的問題。你需要去找相關的軟件問題，如果用它們的工具可以很方便的解決這一類的問題，緩存的優(yōu)化可以使CPU的性能提升20%。

 

后面兩種情況是存儲器、控制器的問題。這是芯片中非常復雜的設計，需要很優(yōu)化的設計。在高速存儲數(shù)據(jù)中，存儲器、控制器有可能成為數(shù)據(jù)存取的瓶頸。比如左邊的存儲器的情況，是系統(tǒng)的存儲不平衡；右邊是存儲的流量峰值的波動和突發(fā)，用UltraSoC就可以很方便的幫助設計人員發(fā)現(xiàn)這些問題。左下角的案例，如果不用UltraSoC就基本不可能去發(fā)現(xiàn)這些問題，但是在系統(tǒng)實時工作的情況下，出現(xiàn)一個小小的問題讓Modem崩潰了，用別的工具很難發(fā)現(xiàn)，而用UltraSoC就很容易找到這個原因。

 

UltraSoC也可以在實驗室作為工程開發(fā)工具來使用，即在芯片流片后拿到樣片，在商業(yè)發(fā)布之前可以在實驗室作為工程開發(fā)工具來使用。同時UltraSoC在產(chǎn)品生命周期都能用，比如有一家很大的客戶（high-profile, sexy and secret，大家自己去猜）用UltraSoC的片上分析 IP。這家客戶的芯片，在汽車在駕駛的時候會不斷監(jiān)測芯片的狀態(tài)，這是可以滿足ISO26262標準的IP，這個標準在汽車領域是非常難通過的，也是非常重要。

 

另外一個跟安全性（safety）一樣重要的是網(wǎng)絡安全（cyber security）。UltraSoC的IP是從硬件層面對芯片狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可以發(fā)現(xiàn)任何工作不正常的地方。“因此，我們可以發(fā)現(xiàn)DDoS攻擊，即使CPU無法工作（忙），也能發(fā)出警報。”這是因為UltraSoC的IP是在硬件中，是操作系統(tǒng)所看不見的，所以攻擊者不可能阻止或干擾這種監(jiān)控。不像其它的軟件層信息防范工具，黑客進攻是可以去停止或欺騙看得見的防范工具。

 

當筆者問到，UltraSoC IP在現(xiàn)場使用，如果CPU遭受DDoS攻擊，它都已經(jīng)無法響應了，又怎么去解決問題？Baines解釋到：“網(wǎng)絡安全通常涉及到很多層，非常復雜。現(xiàn)在，我們的客戶在使用我們的方案時是用的2個CPU：一個是系統(tǒng)CPU，它運行主程序，暴露在外部世界中；一個是監(jiān)控CPU（supervisor），獨立于前者，攻擊者訪問不到。若有攻擊發(fā)生，監(jiān)控CPU將對系統(tǒng)復位，并通過一個分離的鏈路發(fā)送警報。”

 

 

對于UltraSoC最大的市場是數(shù)據(jù)中心和服務器。其原因是，這些數(shù)據(jù)大的互聯(lián)網(wǎng)公司都在開發(fā)自己的芯片去優(yōu)化網(wǎng)絡。比如美國的亞馬遜、微軟、Facebook，中國的百度、阿里巴巴、騰訊都在做自己的芯片。華為海思、高通這些公司也都在做服務器和數(shù)據(jù)中心用芯片。

 

為什么它們要自己開發(fā)芯片？因為像阿里巴巴這樣龐大的營業(yè)收入，他們要確保自己的服務器工作很流暢。亞馬遜有一個研究，100ms的延遲會使營業(yè)收入減少1%，對于亞馬遜這么的收入來說，1%的收入會是很大的損失。所以這些互聯(lián)網(wǎng)公司都在努力讓系統(tǒng)工作得很流暢、很正常。（有興趣者可以到UltraSoC的網(wǎng)站去看一下，有一篇白皮書很全面介紹了互聯(lián)網(wǎng)和服務器IP之間的關系。這份谷歌和微軟做的調(diào)查，很詳細介紹了延遲帶來的損失。）

 

總結來說，UltraSoC的IP在客戶的SoC里不斷地對芯片進行分析并收集相關數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以被設計人員用在不同的地方，比如在開發(fā)階段縮短上市時間，可以去創(chuàng)建更好的產(chǎn)品。除了剛才說的開發(fā)階段用的數(shù)據(jù)外，還有非常有價值的信息，可以用在更多的地方，讓芯片可以工作得更好、更可靠，并有更少的問題。而且你也可以在產(chǎn)品的整個生命周期上去使用它們的IP，比如用于ISO26262功能安全以及網(wǎng)絡安全方面，可以監(jiān)控芯片，防止惡意攻擊。

 

UltraSoC在RISC-V的整個生態(tài)里做出了很大貢獻并且也很成功。RISC-V類似于Linux，是一個開源的CPU，當然包括商品化的CPU設計（類似紅帽Linux）。所以在CPU設計領域，用戶可以下載RISC-V的源程序自己做處理器設計，也可以買SiFive等公司的授權來做設計。

 

RISC-V對中國市場非常重要，許多中國公司都在關注和投入RISC-V的芯片，希望芯片設計能夠有更多的本地化。除了很多大客戶，中國還有很多半導體初創(chuàng)企業(yè)，比如很多一些中國的新創(chuàng)公司去開發(fā)很先進的應用。

 

UltraSoC是業(yè)內(nèi)唯一一家為RISC-V提供商品化開發(fā)環(huán)境的公司，包括監(jiān)測、追蹤、調(diào)試CPU的運行，也可以用在完全開源的領域。他們也跟一些做RISC-V IP設計的公司有合作。因為他們的產(chǎn)品提供開發(fā)環(huán)境，有兩個層面，如果你完全從開源的做起，他們支持運行控制，追蹤和調(diào)試。也可以去，這里是全球最領先的幾家做智能駕駛、做RISC-V內(nèi)核開發(fā)的公司。

 

最后，Microsemi最近也購買了UltraSoC的通用分析與嵌入式智能平臺授權，用于其基于RISC-V開源處理器架構的產(chǎn)品開發(fā)。

 

本文轉載自電子技術設計。