一种SoC研制流程及结构化优化方法研究

杜 斐，何嘉文，郭 蒙，蔡叶芳，田 泽

(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068)

0 引 言

SoC技术是目前武器装备电子系统低功耗、高性能、高可靠、超小型化的关键支撑技术，其以IP复用为基础，以软硬件协同设计为手段，以芯片为载体，具有高集成度、高复杂度的特征。其研制过程涉及软件、硬件、系统、制造、封装、测试、应用验证、芯片定型考核以及最终工程应用等多个专业技术领域和产业环节[1-4]。

随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路产品更新换代的周期越来越短，与此同时，航空产品任务量大幅度的增加，也在很大程度上考验着集成电路产品的研制质量和周期。目前流行于网络及各种教材的数字芯片研制流程仅适合入门者泛泛了解，不具备优秀工程流程的全部要素，也不足以指导实际的芯片研制项目。结合项目实际情况，该文提出一种切实可行的SoC研制流程方法。并根据项目研发过程经验，对此流程方法提出了结构优化的方法，从而加速了产品开发效率，提高了产品质量[5-6]。

1 SoC研制流程概述

SoC研制流程是以用户需求为原始输入，将其转换为用户可用SoC芯片及其必要附属物的全过程中，一系列相互关联、相互作用的活动。SoC研制不仅仅是单纯做出芯片，而是需要完成芯片“产品包”的交付，其中产品包指完成一项主要产品的开发，而必须在开发过程中或最终的交付总和，产品包包括主交付SoC芯片、支持验证与测试过程交付、支持芯片销售与应用的解决方案(辅助交付)、相关文档与资料、产品知识产权交付。SoC研制流程的作用：规定和固化完成“产品包” 交付的工作行为及步骤 ，使得各部门协调有序不扯皮，各环节堵塞漏洞不违规，各岗位互相制约受监督[7-10]。

2 SoC研制流程结构优化方法

识别SoC研制特征，优化现行流程，规范化、制度化。以提高绩效为目的，对SoC研制项目的业务流程进行梳理、分析、改善和监控，并通过不断优化以及持续规范化、标准化，有效降低业务处理成本，提高效率，使流程能快速反映市场与用户需求，提升决策反应能力，使SoC研制流程成为适合新技术条件下及新组织架构下的研发模式和项目实际[11-13]。

2.1 优秀工程流程具备的特点

(1)结构合理。

层次自上而下，描述阶段、步骤、任务及活动，越到下层越具体。

(2)定义清晰。

每项工作都在流程中明确规定，所有与芯片项目相关的人员都能清楚他们参与什么工作，应该用什么方法完成。

(3)涵盖项目全周期。

流程涵盖从起始端(用户需求)到结束端(市场应用)的项目全生命周期。

(4)要素齐备。

流程中每项活动的描述有唯一责任人，有明确的输入输出样板，明确的评价要素，以及明确的时间界限。

2.2 普通数字流程缺点

目前流行于网络及各种教材的数字芯片流程如图1和图2所示。

图1 VSI联盟的SoC设计流程

图2 一般的软硬件协同设计方法学

此类流程仅适合入门者泛泛了解，不具备优秀工程流程的全部要素，也不足以指导实际的芯片研制项目[14-15]。

2.3 数字集成电路研制流程

从功能、性能等角度提取特征、充分挖掘并进行分析及细化，提出系统对芯片功能、性能及接口等基本要求，并充分考虑芯片未来发展及生命周期，对需求进行科学表征、充分验证，最终形成需求规范。以需求获取阶段输出的需求规范为输入，提出一种满足需求的最优芯片软硬件系统方案。系统级设计阶段最终输出芯片的功能规范、体系结构设计、验证实施方案、详细设计、软件需求说明书以及软件详细设计。通过进行软硬件协同设计、软硬件协同验证、物理设计与验证、管壳及封装设计等步骤，最终输出物理版图以及配套文档并交付芯片制造厂商。流片、封装属于芯片制造过程，SoC研制流程重点关注芯片的测试过程[16-17]。

SoC研制流程如图3所示。

图3 SoC研制流程

2.4 数字集成电路实现流程

集成电路设计和开发控制要求定义七项活动分别是：

01立项论证->02需求获取及项目策划->03系统级设计->04前端设计->05后端及封装设计 ->06流片及封装->07测试及设计开发确认

数字集成电路实现流程管理规定5个阶段及工作流程分别是：

1)方案阶段(F)。

·立项

·需求调研

·项目策划

2)设计阶段(C)。

·系统设计

*体系架构设计

*需求细化

·前端设计

*模块/IP设计验证

*软件设计测试

*互联、集成

*虚拟仿真验证

*FPGA原型验证

·后端及封装设计

*物理设计

*管壳定制

*封装工艺设计

*夹具定制

3)试制阶段(S)。

·流片封装

·摸底试验

*ATE测试

*可靠性试验

*环境适应性试验

·功能验证

*样片测试

*协议符合性测试

*系统应用验证

*初样试用

4)定型阶段(D)。

·定型准备

·研制总结

·所级定型

·用户定型

数字集成电路阶段划分明确，步骤描述具体，可以正常运行，但还有以下方面可以进行优化：

(1)结构化、层次化还不十分明显，需制定对应的子流程和支撑流程；

(2)未指导项目团队及资源按阶段动态组建、配置和释放，易导致冗余资源占用严重；

(3)项目管理方面的步骤与活动不够全面；

(4)对于活动角色只定义到了项目组一级，流程责任人不明确；

(5)业务线(决策关键控制点)与技术线(技术类评审)未明确区分、关键控制点不明确；

(6)对执行的监控和约束不足。

3 结构化SoC研发流程

3.1 SoC研制项目流程优化思路

面向SoC项目全周期，将流程按阶段结构化，并分层、分级，形成三级流程体系，并实现统一化、规范化。

一级流程：面向阶段和评审点。

二级流程：各阶段子流程，指导项目组对各阶段业务、人员及资源的管理。

三级流程：部分专业技术的开发流程以及各职能(专业领域)角色的流程、关键交付件模板等。

梳理、修订一级流程的主要活动，使其结构界面更清晰、更适应项目实际。

识别出SoC芯片研制过程中的里程碑点和关键控制点(业务决策评审点DCP、技术评审点TR、关键里程碑/事件点)。

建立规范的芯片研制决策评审机制和技术评审流程及操作指导。

流程涵盖跨职能、跨专业的项目团队角色，能指导角色自身及职能(专业领域)负责人对本职能或专业的业务管理。

3.2 结构化的流程设计思想

第一层次：阶段(一级流程)。

作用：决策层进行阶段评审和投入，总体把握研发进程。

第二层次：步骤(二级流程)。

作用：管理层识别和设置各阶段关键步骤。

第三、四层次：任务和活动(三级流程)。

作用：执行层具体完成流程中的活动，是操作说明。

3.3 结构化SoC研发流程的实施方式

结构化SoC研制流程的实施方式如图4所示。

图4 结构化SoC研制流程的实施方式

3.4 结构化SoC研制流程关键控制点

结构化SoC研制流程关键控制点如图5所示。

图5 结构化SoC研制流程关键控制点

3.5 结构化研制流程主要人员、活动及各阶段输出

结构化研制流程主要人员、活动及各阶段输出如图6所示。

图6 结构化研制流程主要人员、活动及各阶段输出

4 结束语

SoC技术的发展把集成电路带入低风险、灵活性强和开发迅速的时代，为中国的微电子技术提供了更科学的方法和技术。结合项目实际情况，该文提出一种切实可行的SoC研制流程方法，并总结项目研发过程经验，对此流程方法提出了结构优化的方法，从而进一步加速了产品开发效率，提高了产品质量，节省了产品研发成本，满足了细分市场客户需求，提高了产品占有率。