架构与微架构设计

ASIC的架构是复杂的，它需要大量的经验来完成和描述架构和微架构。本文讨论了架构和微架构设计，在ASIC设计阶段非常有用。

在芯片设计和开发过程中，芯片架构设计的重要策略如下:

理解功能和模块级表示

单时钟或多时钟

功率要求

面积和速度要求

并行性

流水线

外部接口

技术节点

下面将从芯片的架构设计、微架构设计、使用设计文档、设计分区、时钟域和时钟组、架构调整与性能改进、处理器微架构设计策略等角度进行说明，并以视频H.264编码器设计为例。

01

架构设计

对于任何基于ASIC的产品开发，我们首先需要了解的是功能规范，然后我们需要落实：

外部接口

电气特性

速度，功率和面积要求

机械装配或封装

设计和验证策略

测试策略

在此基础上，根据设计的功能以及对面积、速度和功率的要求，讨论对复杂设计有用的架构和微架构设计概念。

假如我们设计一款用于视频编码的H.264编码器，用于处理1920×1080P的高清图像。

对于芯片工程师而言，最初我们的任务是设计功能模块，积累工程经验和方法，然后我们将利用经验来完成架构和微架构的设计。

H.264编码器的重要功能模块如图1所示，主要包括：

帧缓冲区

预测(帧内、帧间)

存储缓冲区

量化与变换(Q&T)

逆量化与变换(Q&T)

去块滤波器(DB滤波器)

图1 H.264功能块级表示

架构师团队使用以下设计要点，完成ASIC架构的设计!

(a)设计功能和对设计应用的理解

(b)将在何处使用该设计，以及与之有关的限制

(c)速度、功率、面积等优化约束

(d)晶圆厂制定规则，即DRC

(e)低功耗架构和低功耗排序要求

(f)具有不同时钟组的多个时钟域设计和策略

(g)不同阶段的IP要求可能是硬IP或软IP

(h)内存和宏单元需求

(i)设计的总体数据速率、时序和时钟要求

(j)ASIC设计软硬件划分的总体策略

(k)所需的测试设置和EDA工具

(l)电气特性和接口时序要求

审核编辑 ：李倩