摘要：UltraSOC的IP在客戶(hù)的SOC中不斷的分析芯片和收集相關(guān)數據，這些數據可以被設計人員用在不同的地方，在開(kāi)發(fā)階段縮短上市時(shí)間，可以創(chuàng )建更好的產(chǎn)品。除了剛才說(shuō)的開(kāi)發(fā)階段用的數據外，還有非常有價(jià)值的信息，可以用在更多的地方，讓芯片可以工作得更好，更少的問(wèn)題。而且你也可以在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期上去使用IP，比如用于安全性，以及信息安全方面的防護，可以監控芯片，防止惡意攻擊。電子實(shí)驗模塊
當前SOC設計挑戰越來(lái)越大，因為上市時(shí)間要求越來(lái)越短，差異化越來(lái)越難。系統級的復雜性越來(lái)越高，包括軟硬件的集成，以及大量異構的核的使用。另外，對于安全性、安全防范的要求也越來(lái)越高，要求芯片無(wú)論是在實(shí)驗室還是追蹤應用的過(guò)程中性能更高。
2017年11月14日，領(lǐng)先的嵌入式分析技術(shù)開(kāi)發(fā)商Ultra SOC在深圳舉行媒體見(jiàn)面會(huì )。并宣布Microsemi在基于Risc-V開(kāi)源處理器架構的產(chǎn)品中全面采用UltraSOC架構。Microsemi在存儲、網(wǎng)絡(luò )卡領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先的地位。UltraSOC是主要的開(kāi)發(fā)和支持工具，這個(gè)新聞對于Risc-V社群是非常重要的發(fā)布。同時(shí)Microsemi也是Risc-V社區非常重要的玩家。
此前，Ultra SOC曾宣布了一項重要的全球性擴展，以滿(mǎn)足一系列電子產(chǎn)品對更復雜、且能自我感知的硅芯片日益增長(cháng)的需求，這些產(chǎn)品包括從輕量級傳感器到支持互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器群組等。Ultra SOC的RISC-V處理器跟蹤功能實(shí)現方案將在2017年Q4推出。
Ultra SOC的半導體知識產(chǎn)權（SIP）產(chǎn)品可簡(jiǎn)化系統級芯片（SOC）的開(kāi)發(fā)，并未涉及人員提供有價(jià)值的嵌入式分析功能。Ultra SOC的技術(shù)最初開(kāi)發(fā)出來(lái)時(shí)是一種芯片開(kāi)發(fā)工具，用來(lái)幫助開(kāi)發(fā)人員做出更好的產(chǎn)品。目前它主要應用在一系列應用需求中：如汽車(chē)行業(yè)中的安全性和安防，因為自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展帶來(lái)了前所未有的變化和風(fēng)險；又比如從互聯(lián)網(wǎng)搜索到數據中心等大數據應用的優(yōu)化；以及IoT的安全性等。
根據Semico Research估計，芯片制造商通過(guò)在開(kāi)發(fā)流程中使用UltraSOC的技術(shù)，可使得眾多項目盈利翻倍，開(kāi)發(fā)成本可削減1/4。UltraSOC的授權客戶(hù)包括海思、imagination 、Movidius（被Intel收購）和Microsemi。另外還有一部分客戶(hù)因為簽了NDA協(xié)議，是不能透露名字的。合作伙伴則包括晶心科技、ARM、Cadence、CEVA、Cadence、Codasip、MIPS等IP公司。
UltraSOC是一家什么公司？
UltraSOC首席執行官Rupert Baines
UltraSOC首席執行官Rupert Baines表示，UltraSOC是一家英國劍橋的小公司?？偛课挥谟膭?，辦公室離徐志摩當年生活的地方很近。
UltraSOC目前還是一家由VC提供資金的公司，所有的技術(shù)來(lái)源于大學(xué)。特別是投資陣容很強大，公司的董事長(cháng)是加州伯克利大學(xué)分校的一位教授，同時(shí)他也是Snopsys和Cadence的聯(lián)合創(chuàng )始人。
UltraSOC的商業(yè)模式如同ARM，是一家半導體IP公司。它們不銷(xiāo)售芯片，所有的IP都賣(mài)給Intel、海思、imagination、Microsemi這些芯片公司中。UltraSOC的IP是幫助客戶(hù)解決半導體行業(yè)面臨的最大問(wèn)題。今天的SOC設計面臨很多大的挑戰，芯片變得越來(lái)越復雜，多種單元和處理器，還有很多軟硬件的集成。
正因為如此，所以設計一個(gè)芯片，以及把設計芯片推向市場(chǎng)所需要的成本都越來(lái)越高。所以產(chǎn)生這個(gè)現象的原因主要是設計方法還沒(méi)改變，大家都還在用30年歷史的設計方法。
這些面臨的挑戰比如系統級的復雜性，大家可能聽(tīng)到Synopsys的總裁兼CEO反復提到系統復雜性，因為有太多的單元和軟硬件的協(xié)同。另外一個(gè)挑戰是安全性，比如汽車(chē)業(yè)有對SOC的標準，另一方面是信息的安全。開(kāi)發(fā)和上市成本提升非?？斓脑?，是設計方法比較傳統，主要是單元級上做開(kāi)發(fā)。其實(shí)每個(gè)單元內部都有非常好的成功的方法，但都不是系統級的解決方案。這就是UltraSOC要解決的問(wèn)題。
所以，UltraSOC幫客戶(hù)解決很多業(yè)務(wù)本質(zhì)的問(wèn)題，可以改變行業(yè)內如何讓產(chǎn)品更快上市，如何去優(yōu)化硬件、軟件的協(xié)同，怎么引入RISC-V。
對于UltraSOC來(lái)說(shuō)，它們的技術(shù)為什么能解決這些問(wèn)題？是因為有一個(gè)庫，這個(gè)庫大約有30多個(gè)組件。因為幻燈片中淺藍色的問(wèn)題就是這些組件解決的問(wèn)題，這些系統設計師就是把這些組件應用到芯片設計的不同部分。
UltraSOC的組件能夠智能的懂得SOC中各個(gè)單元和軟硬件，包括可以讀懂ARM和RISC-V的軟件，也可以讀懂硬件。換句話(huà)說(shuō)，UltraSOC可以把SOC的各個(gè)部分放到一個(gè)系統中去，可以全面的看到硬件和軟件設計的整體狀態(tài)。
這是一個(gè)非常典型的設計，是手機處理器，里面有ARM的處理器，也有可以理解ARM軟硬件的組件，同時(shí)也有CEVA的DSP。對于UltraSOC的軟件也能理解DSP的設計，同時(shí)也可以作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行理解。它們也有專(zhuān)門(mén)針對硬件的組件，比如針對總線(xiàn)和芯片類(lèi)的互聯(lián)。同時(shí)它們把所有這些軟硬件分析功能，放到一個(gè)整體的分析功能下面。所以UltraSOC的IP可以解決很多問(wèn)題，比如很常見(jiàn)的是我在做一個(gè)芯片設計的時(shí)候，CPU的確工作，但是速度沒(méi)有做產(chǎn)品定義和規劃的時(shí)候這么快。
UltraSOC的系統還可以解決很多系統級的問(wèn)題，比如系統的被掛起和鎖死，這是電子系統常見(jiàn)的問(wèn)題。當年TD-SCDMA大發(fā)展的時(shí)候，曾經(jīng)的合作伙伴是系統每8天要死一次機，對于系統設計人員來(lái)說(shuō)這是很頭痛的事情。
這個(gè)系統的被掛起和鎖死是一個(gè)系統設計中非常嚴峻的挑戰，因為你去做仿真，大概每8天死一次機，仿真速度很慢。要做一次仿真，不一定能找到問(wèn)題。對于UltraSOC來(lái)說(shuō)，去解決這樣的問(wèn)題非?？?，從而給設計人員和UltraSOC帶來(lái)很大的方便。
這個(gè)幻燈片上列的是UltraSOC在片上分析IP的好處，其中很重要的原因是如果能夠了解SOC設計里面的每一件事情，就會(huì )有針對性的解決相關(guān)的問(wèn)題。由于這個(gè)IP是一直處在芯片內部的，所以既可以用在實(shí)驗室做產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)候去做調試工作，也可以在產(chǎn)品應用現場(chǎng)，不同的應用場(chǎng)景下去了解和優(yōu)化你的芯片設計。
因為UltraSOC支持相關(guān)的安全性，有一個(gè)標準是用于信息安全的，用于防止黑客入侵，也有支持ISO26262的標準。這個(gè)IP可以觀(guān)察這個(gè)芯片是否可以正確正常的工作。正式因為UltraSOC出售的是IP，所以只需要不到1%的DIE面積，就可以大大提高性能，同時(shí)減少BUG，還可以降低功耗。按照一項研究，同時(shí)也可以加速產(chǎn)品上市，利潤率可以達到2.3倍。
UltraSOC的IP是如何工作？
那么UltraSOC的IP是如何工作的呢？一共有3個(gè)層面上的工具，第一層是大約30種的分析模組，他們的功能是能夠理解芯片的SOC的不同的部分。比如ARM的軟件和CEVA的軟件，以及總線(xiàn)、內聯(lián)的硬件。他們的優(yōu)點(diǎn)是本地化的智能，所有這些模組都是在本地化工作，就在相關(guān)單元的旁邊以系統級的速度來(lái)工作，同時(shí)不是侵入性的，不會(huì )影響任何系統的性能。
第二層是它們的單元模塊之間的結構，可以被重新配置的。當他們發(fā)現一個(gè)處理器有問(wèn)題的時(shí)候，相互之間會(huì )溝通，把更多的資源集中到處理器中去做相應的分析。然后，但是他們是獨立的不會(huì )去影響處理器的工作。
最后一部分是他們的連接通訊器，因為需要把他們的單元和外部世界連接到一起，所以這些通訊器可以用芯片設計中非常標準的協(xié)議來(lái)做連接，也可以用常用的USB協(xié)議把芯片內部的IP和外部環(huán)境連接到一起。另外一個(gè)是，UltraSOC只在片上工作的模式，比如這個(gè)芯片已經(jīng)發(fā)貨了，他們的IP不需要跟設計師再做溝通，也會(huì )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，這就是UltraSOC的典型操作界面。中間有紫色編碼的部分是軟件跟蹤顯示，他們的IP已經(jīng)找到另一個(gè)斷點(diǎn)，同時(shí)右邊已經(jīng)顯示到了硬件，當斷點(diǎn)出現的時(shí)候，總線(xiàn)上當時(shí)正在做什么操作，有什么信息的溝通？相應的硬件的行為也可以看到，右邊是統計數字，包括內部架構上的延遲。
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，可以支持目前來(lái)看客戶(hù)開(kāi)發(fā)最多的數量是256個(gè)核，還有客戶(hù)正在開(kāi)發(fā)最多4000個(gè)核的芯片。(比如超級相控陣雷達)
在絕大多數芯片或電子系統中，右上角的統計數據來(lái)看，系統工作都是一開(kāi)始性能慢慢提升，到了一個(gè)高點(diǎn)后，系統性能下降，有可能是你的內存出現泄漏，或者總線(xiàn)出現擁堵，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。
如果是軟件開(kāi)發(fā)工具，很多公司都有，但是市場(chǎng)上還沒(méi)有硬件的這種商業(yè)化的跟蹤分析工具。所以能夠把軟硬件和相關(guān)統計數據同時(shí)提供的目前只有UltraSOC。
現在我們看到的是更多的案例，有一個(gè)非常常見(jiàn)的問(wèn)題：UltraSOC的緩存問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候大家的CPU設計并沒(méi)有問(wèn)題，這是一個(gè)軟件的問(wèn)題。你需要去找相關(guān)的軟件問(wèn)題，如果用它們的工具可以很方便的解決這一類(lèi)的問(wèn)題，緩存的優(yōu)化可以提升CPU 20%的性能。
后面兩種情況是存儲器、控制器的問(wèn)題，這是芯片中非常復雜的設計，需要很優(yōu)化的設計。在高速存儲數據中，存儲器、控制器有可能成為數據存儲的瓶頸。比如左邊的存儲器的情況，是系統的存儲不平衡；右邊是存儲的流量峰值的波動(dòng)，用UltraSOC就可以很方便的幫助設計人員發(fā)現這些問(wèn)題。左下角的案例，如果不用UltraSOC就基本不可能去發(fā)現這些問(wèn)題，但是在系統實(shí)時(shí)工作的情況下，出現一個(gè)小小的問(wèn)題讓Moden宕機了，用別的工具很難發(fā)現，用UltraSOC就很容易找到這個(gè)原因。
UltraSOC也可以在實(shí)驗室作為工程開(kāi)發(fā)工具來(lái)使用。同時(shí)UltraSOC在產(chǎn)品生命周期都能用，比如一個(gè)很大的一家客戶(hù)用UltraSOC的片上分析 IP。這家客戶(hù)的芯片在汽車(chē)使用中會(huì )不斷檢測芯片的狀態(tài)，這是可以滿(mǎn)足IS026262標準的IP，這個(gè)標準在汽車(chē)領(lǐng)域是非常難通過(guò)的，也是非常重要。
另外一個(gè)跟安全性一樣重要的是安全防范，因為實(shí)施的硬件檢測可以發(fā)現任何工作不正常的地方，比如CPU的工作情況。如果CPU被鎖死了，CPU會(huì )不斷跟系統打招呼，停止其它一切工作，這個(gè)時(shí)候你可以知道CPU被攻擊了。這是因為UltraSOC的IP是在硬件中，對于藏在OS后面的，是看不見(jiàn)的。所以進(jìn)攻者不可以停止監測，去干擾監測。不像其它的軟件層信息防范工具，黑客進(jìn)攻是可以去停止或欺騙看得見(jiàn)的防范工具。
那么，UltraSOC是否可以在芯片具體使用之前進(jìn)行提前的仿真測試？實(shí)際上UltraSOC也希望進(jìn)入更大的空間，目前已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域把軟件授權給了Mentor，用在它的仿真模擬的平臺上去，可以使得UltraSOC的仿真更高效，但是更多的客戶(hù)還是應用到系統級的設計或監測工具。
為什么百度、亞馬遜要開(kāi)發(fā)自己的服務(wù)器芯片？
對于UltraSOC最大的市場(chǎng)是數據中心和服務(wù)器，這些數據大的互聯(lián)網(wǎng)公司都在開(kāi)發(fā)自己的芯片去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )。比如美國的亞馬遜、微軟、Facebook，國內的百度、阿里巴巴、騰訊都在做自己的硬件，包括華為的海思、高通這些公司都在做用于服務(wù)器的芯片。
為什么他們要自己開(kāi)發(fā)芯片？因為類(lèi)似阿里這樣龐大的營(yíng)業(yè)收入，他們要確保自己的服務(wù)器工作很流暢。亞馬遜有一個(gè)研究，100毫秒的延遲等于自己的營(yíng)業(yè)收入減少1%，對于亞馬遜的收入來(lái)說(shuō)這是很大的損失了。所以這些互聯(lián)網(wǎng)公司都在努力讓系統工作得很流暢和正常。（PS：讀者可以到UltraSOC的網(wǎng)站去看一下，很全面的介紹互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器之間的關(guān)系，其中一份谷歌和微軟做的調查，會(huì )詳細介紹延遲帶來(lái)的損失。）
總結一下UltraSOC能提供的產(chǎn)品，UltraSOC的IP在客戶(hù)的SOC中不斷的分析芯片和收集相關(guān)數據，這些數據可以被設計人員用在不同的地方，在開(kāi)發(fā)階段縮短上市時(shí)間，可以創(chuàng )建更好的產(chǎn)品。除了剛才說(shuō)的開(kāi)發(fā)階段用的數據外，還有非常有價(jià)值的信息，可以用在更多的地方，讓芯片可以工作得更好，更少的問(wèn)題。而且你也可以在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期上去使用IP，比如用于安全性，以及信息安全方面的防護，可以監控芯片，防止惡意攻擊。
UltraSOC是一個(gè)開(kāi)源的CPU，包括商品化的CPU設計，類(lèi)似于Linux。所以在CPU設計領(lǐng)域，可以下載Risc-V的源程序自己做設計，也可以買(mǎi)SiFive的授權來(lái)做設計。
對于UltraSOC來(lái)說(shuō)，中國市場(chǎng)非常重要，許多中國公司都在關(guān)注和投入Risc-V的芯片，他們希望芯片設計更多的本地化。除了很多大客戶(hù)，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(kāi)發(fā)很先進(jìn)的應用。
UltraSOC是業(yè)內唯一一家提供商品化的Risc-V開(kāi)發(fā)環(huán)境的公司，包括追蹤、監測、調試CPU的運行，也可以用在完全的OPEN-SOURCE里面。因為他們的產(chǎn)品提供開(kāi)發(fā)環(huán)境，如果完全從開(kāi)源的做起，支持運行控制，追蹤、調試。也可以去全球最領(lǐng)先的幾家做Risc-V內核開(kāi)發(fā)的公司。
從ARM到Risc-V，從“霸權主義”到“民生”模式
20年前，信息產(chǎn)業(yè)高度垂直化，Intel做了所有的事情，比如CPU、內存、GPU和芯片架構都由一家公司決定。同樣的事情發(fā)生在MoTO、TI、富士通這些公司，在不同的領(lǐng)域都出現了壟斷的局面。
但是現在這個(gè)情況改變了，比如說(shuō)幾年前大家可以購買(mǎi)不同的授權，比如ARM的CPU，CEVA的DSP來(lái)集成到產(chǎn)品中去。根據不同的需求來(lái)做產(chǎn)品，從完全垂直的產(chǎn)業(yè)結構到今天已經(jīng)有很大改變。但是類(lèi)似于Risc-V這樣的CPU的開(kāi)源架構更推進(jìn)了一步，大家不用買(mǎi)了，可以通過(guò)分享、交流獲得知識產(chǎn)權，如同Linux在開(kāi)源軟件領(lǐng)域的地位。
那么Risc-V和ARM架構來(lái)比較的話(huà)，哪個(gè)更具優(yōu)勢呢？如果從市場(chǎng)比較來(lái)看，這種比較還太早。從技術(shù)上來(lái)比，比如功耗、性能和面積比較來(lái)看，因為最終芯片的性能是由芯片開(kāi)發(fā)商來(lái)實(shí)現的。Risc-V只是一個(gè)架構，目前的產(chǎn)品類(lèi)似于A(yíng)RM的M/5，因為是開(kāi)源的，需要優(yōu)化，因此需要找SiFive這樣的公司來(lái)優(yōu)化。如果是免費的，可能性能不會(huì )最好。從功能來(lái)看，Risc-V主要是M系列的功能，明年會(huì )推出64位的產(chǎn)品，相當于A(yíng)RM A53的產(chǎn)品性能。
“對于我們這些半導體產(chǎn)業(yè)的人來(lái)說(shuō)，我們正看到設計模式的一種轉變，即從老牌獨家廠(chǎng)商的‘霸權主義’轉移到一個(gè)更加開(kāi)放和接近‘民生’的模式，” Rupert Baines表示“這得到了Risc-V群體創(chuàng )新活動(dòng)的力爭，而UltraSOC在其中扮演了重要角色。我們的技術(shù)可解決當今科技公司面臨的更多樣化的問(wèn)題，盡管這些技術(shù)被深度嵌入在硅芯片中且不會(huì )被周遭的世界看見(jiàn)。”
