【導讀】在片上系統(tǒng) (SoC) 設備領域，架構師在配置處理器子系統(tǒng)時會遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構的但偶爾是同構的多集群。
在片上系統(tǒng) (SoC) 設備領域，架構師在配置處理器子系統(tǒng)時會遇到許多選擇。選擇范圍從單處理器到集群，再到主要是異構的但偶爾是同構的多集群。
近的趨勢是廣泛采用 RISC-V 內核，這些內核基于開放標準 RISC-V 指令集架構 (ISA) 構建。該系統(tǒng)可通過免版稅的開源許可證獲得。
在這里，利用片上網(wǎng)絡 (NoC) 技術的即插即用功能已成為加速基于 RISC-V 的系統(tǒng)集成的有效策略。這種方法有利于處理器內核或集群與來自多個供應商的知識產(chǎn)權 (IP) 塊之間的無縫連接。
使用 NoC 互連 IP 具有多種優(yōu)勢。NoC 可以擴展到整個設備，每個 IP 都有一個或多個跨越整個 SoC 的接口。這些接口具有自己的數(shù)據(jù)寬度，以不同的時鐘頻率運行，并利用 SoC 設計人員常用的 OCP、APB、AHB、AXI、STBus 和 DTL 等多種協(xié)議。這些接口中的每一個都鏈接到相應的網(wǎng)絡接口單元（NIU），也稱為套接字。
NIU 的作用是從傳輸 IP 接收數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)組織并序列化為適合網(wǎng)絡傳輸?shù)臉藴驶袷健６鄠€數(shù)據(jù)包可以同時傳輸。到達目的地后，關聯(lián)的套接字會在將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給相關 IP 之前通過反序列化和撤消打包來執(zhí)行相反的操作。此過程是根據(jù)鏈接到該特定 IP 的協(xié)議和接口規(guī)范來完成的。
IP 塊的簡單說明可以可視化為實體邏輯塊。此外，SoC 通常使用單個 NoC。圖 1展示了基本的 NoC 配置。
圖 1非常簡單的 NoC 表示顯示了基本設計配置。動脈
NoC本身可以使用多種拓撲來實現(xiàn)，包括1D星形、1D環(huán)形、1D樹形、2D網(wǎng)狀、2D環(huán)面和全網(wǎng)狀，如圖2所示。
圖 2上述示例顯示了各種 NoC 拓撲。動脈
一些 SoC 設計團隊可能希望開發(fā)自己專有的 NoC，這是一個資源和時間密集型的過程。這種方法需要由多名工程師組成的團隊工作兩年或更長時間。使事情變得更具挑戰(zhàn)性的是，設計人員通常投入與整個設計的其余部分幾乎一樣多的時間來調試和驗證內部開發(fā)的 NoC。
隨著設計周期的縮短和收入壓力的增加，SoC 開發(fā)團隊正在考慮商用 NoC IP。該 IP 支持內部開發(fā)的 NoC IP 所需的定制，但也可以從第三方供應商處獲得。
SoC 復雜性不斷增長的另一個挑戰(zhàn)是在單個設備中使用多個 NoC 和各種 NoC 拓撲（圖 3）。例如，芯片的一個部分可能采用分層樹形拓撲，而另一部分可能選擇 2D 網(wǎng)格配置。
圖 3該圖突出顯示了具有內部 NoC 的子系統(tǒng)塊。動脈
在許多情況下，當今 SoC 中的 IP 模塊相當于幾年前的整個 SoC，使其成為子系統(tǒng)。因此，這些子系統(tǒng)塊的創(chuàng)建者通常會選擇采用第三方供應商提供的行業(yè)標準 NoC IP。
在需要高水平可定制性以及計算和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)同優(yōu)化的情況下，例如處理器集群或神經(jīng)網(wǎng)絡加速器，IP 開發(fā)團隊可能會選擇傳輸機制的自定義實現(xiàn)。或者，他們可能決定利用一種較少采用的、高度化的協(xié)議來實現(xiàn)他們的設計目標。
RISC-V 和 NoC集成
對于獨立的 RISC-V 處理器內核，這些 IP 可為不需要一致性的設計人員提供 AXI 接口，為需要一致性的設計人員提供 CHI 接口。這使得這些內核能夠在 SoC 級別與行業(yè)標準 NoC 進行即插即用。
同樣，如果設計團隊在 RISC-V 設計中選擇一種不太常用的集群間通信協(xié)議，則該集群還可以具有面向外部連接的 ACE、AXI 或 CHI 接口。此方法允許快速連接到 SoC 的 NoC。
下面的圖 4顯示了非一致性和緩存一致性選項。除了在 IP 和 SoC 中使用之外，這些 NoC 還可以在多芯片系統(tǒng)中充當超級 NoC。
RISC-V 處理器中的 NoC IP
業(yè)界正在經(jīng)歷以基于開放標準 RISC-V 指令集架構的處理器內核和集群為特色的 SoC 設計的急劇增長。
通過利用 NoC 技術提供的即插即用功能，可以加速基于 RISC-V 的系統(tǒng)（包括多芯片系統(tǒng)）的開發(fā)和采用。這使得 RISC-V 處理器內核或集群與多個供應商提供的 IP 功能塊之間能夠實現(xiàn)快速、無縫和高效的連接。
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