MCU現在正在接受主流NoC
2025-01-22 09:54:23 semiwiki微控制器（MCU）需求的不斷演變
歷史上，微控制器（MCU）主要服務于相對有限的目標，如汽車發動機和家用電器的控制單元。其架構相對簡單：包括一個8位處理器、內存、外設、定時器和計數器。一個發起者，幾個目標，通過交叉開關互連即可輕松滿足需求。設計支持團隊經常為這種互連構建自己的生成器。少數團隊甚至構建了自己的片上網絡（NoC）生成器，以處理更復雜的系統互連。
如今，即便是傳統的內部生成器也面臨著壓力，部分原因是競爭和監管要求，部分原因是為了滿足可擴展性的期望。人工智能（AI）無處不在，在微控制器中同樣如此，以支持智能感知。智能家居、汽車、城市、工廠等自動化需求，都需要具備通信支持的智能微控制器。許多微控制器還必須優先考慮安全性和保障性，同時每單位的成本和功耗需求都非常有限。計劃部署數千臺設備的城市和工廠希望單價最多幾美元，甚至希望維護成本更低。
微控制器正在不斷發展以滿足這些需求；現在，有時已很難區分微控制器和系統級芯片（SoC）的界限。根據Arteris的產品管理和市場營銷副總裁Andy Nightingale的說法，微控制器在SoC之外延伸出了一條長尾，從復雜設備一直到簡單設備。在成本比增加功能更重要的場合（例如簡單玩具或基本家用恒溫器），簡單微控制器仍有其用武之地，但無論這個臨界點在哪里，只要超過了這個點，就必須在芯片上支持更多功能，而這通常需要NoC連接。
推動主流NoC發展的因素
是什么在推動這個微控制器范圍中較簡單一端的變革？部分原因是功耗降低。即使在沒有流量的情況下，網絡也會消耗功耗，這是一個在專注于最小化端點IP功耗時容易忽視的事實。僅這一功耗組件就可能成為一項重要的開銷，除非您使用的是像Arteris FlexNoC這樣的網絡，它支持電源域切換和網絡內的動態電壓頻率調整（DVFS）。
安全標準已成為另一個推動因素。如果微控制器將用于任何安全關鍵型應用（汽車、飛機、工業機器人等），您必須證明其符合適用的標準，這同樣適用于網絡和端點IP。Arteris已經為汽車應用的ASIL B和ASIL D標準完成了基礎工作。
在更高的復雜性下，許多使NoC在SoC設計中必不可少的要求，在微控制器設計中也同樣相關。在使用傳統和第三方IP的設計中，對多種協議（AXI、ACE-lite、ACE、CHI、APB等）的支持是不可避免的，而只有通過NoC提供的分組化，才能實現具有多個發起者和目標系統的可接受性能。
AI加速器、多核處理器以及性能要求正在推動新的網絡拓撲結構：網格、樹形、Clos，甚至在某些情況下還有交叉開關，這要求NoC生成器具有在這一范圍內提供支持的良好記錄。同時，網絡標準也在不斷發展。在調試和參數建模中，對ATB 128位跟蹤和現在的DVM 8.1的支持已成為必不可少。AMBA 5現在支持“暫存”以提高內存利用率、延遲和帶寬，這也需要NoC生成器的支持。只有網絡不斷跟蹤這些新需求，才能保證實現高端目標。
在實施方面，現在已經很清楚，復雜的NoC設計必須從一開始就同時考慮物理和架構方面。可以根據粗略的布圖概念在早期優化總線寬度和序列化選項，并根據實際的布圖在后期進行微調，以最佳地優化面積/性能權衡。正如多年前在塊設計的物理綜合中出現了邏輯/物理協同設計一樣，現在在全系統設計中，這一需求也變得不可避免。
可擴展性的戰略規劃
正如一些設計復用專家所說，沒有哪個設計是孤立的。我們今天所構建的內容也必須考慮到未來更大規模或重新設計的計劃。或者，設計復用可能朝著相反的方向發展。汽車原始設備制造商（OEM）可能首先為汽車系列的高端車型設計一個系統，并打算在未來在低端車型中部署相同的系統或降級版本。為了支持這些目標，有必要規劃一個設計基礎設施，該基礎設施能夠無縫跨越從低端微控制器到高端微控制器再到系統級芯片的范圍，而無需進行根本性的網絡重新設計。
基于NoC的網絡具有內在靈活性，加上物理感知設計，Arteris網絡可以輕松跨越這一范圍（因為它們已經在高端SoC設計流程中得到了廣泛應用）。分層NoC已經像分層交叉開關一樣常見，因此重用方法也已經得到了充分驗證。似乎相當明顯，NoC架構是可擴展性的發展方向。
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