在開展下一代SoC設計的過程中，對客戶需求和市場需求的預測無疑是最主要的驅動因素，相信大家都希望設計出跟別家不一樣的、有賣點的產品，因此如何設計出具有差異化的芯片是開發者設計工作中的重中之重。

在考慮差異化的同時，當然也要考慮性能、功耗、面積(PPA)等關鍵指標，特別是對于那些用于邊緣設備和電池驅動設備的SoC, 對于面積和功耗的要求會很嚴苛。若想讓芯片實現差異化，在眾多競品中脫穎而出，同時又能實現最佳PPA，處理器作為芯片的“大腦”，其實是一個很好的切入點。如果可以定制化處理器IP，比如根據特定用例來實現最佳PPA，那么情況也將大不相同。

專用處理器架構

過去，大型半導體公司針對特定應用自行開發并維護處理器的現象并不少見，但這種做法是相當費錢的，再加上這樣做還需要自行搭建軟件生態系統，一家公司很難完全應付得來。因此，現在比較普遍的做法是使用基于標準指令集(ISAs)的處理器IP。

通用處理器可以執行很多操作，但卻可能無法根據特定需求對重要或重復的功能進行高效處理。在這種情況下，開發者可以考慮針對特定需求對拓展指令集進行定制。如果沒有現成的處理器IP滿足開發團隊的PPA要求，開發者們可選擇構建自己的專用處理器或加速器。這項工作任務艱巨，但卻十分有必要，其工作量主要取決于設計方法是手動編碼還是以某種方式自動化。所有處理器都適合的方案肯定是不存在的，在選擇最佳實現路徑時，硬件優化水平、上市時間、編程難易程度都是重要的考量因素。

處理器IP的成敗取決于編程的難易程度。要建立一個強大的軟件開發生態系統，需要從商業伙伴到開源組織等多方資源的共同投入，絕非一己之力可以完成。標準指令集可以對程序開發者、工具供應商、操作系統供應商等多方軟件投資進行匯總。但是如果不在指令集的多種實現路徑中強制要求軟件兼容性，拓展指令集將會有分散投資的風險。

現在的SoC可以處理大量的特定軟件工作負載，以前那種用一個大型應用處理器完成所有任務的做法已經過時了。現在的普遍做法是將一組異構處理器內核集成在SoC架構中，每個內核處理特定的軟件工作負載。特別是對于嵌入式設備而言，在每個邏輯和能量單位都很重要的情況下，類似于CPU、DSP、GPU、ISP、NPU和定制加速器等專用處理器的效率對設計的可行性至關重要。

處理器IP的受眾也在發生變化。以前基本都是傳統半導體公司才會自己設計芯片，現在，手機和汽車等行業的OEMs也在不斷垂直整合業務，開始自己設計芯片，或處理器。無論是小型初創企業還是大型系統級公司，芯片和專用處理器對于開發者來說都是實現產品化的一種重要手段。

加速定制化

處理器IP是關鍵

定制處理器的涵蓋范圍很廣，包括以下類型：

具有不同配置的通用處理器

可拓展處理器：憑借定制化指令或硬件，通過硬件加速來加速特定任務，比如處理理AI/信號處理算法

從零開始的完全定制處理器

新思科技的可授權處理器IP，如DesignWare ARC處理器IP可為開發者提供極大的靈活性。ARC內核具有高度可配置性，因此芯片上的每個實例都可以實現定制，從而獲得最佳PPA。開發者對于哪些邏輯和內存能夠被實例化都了如指掌，他們可以自行決定如何滿足特定應用程序的需求。

ARC處理器是可擴展的。ARC處理器拓展(APEX)技術已獲得專利，用戶不僅可以添加自己的指令，還可以添加寄存器、條件和狀態代碼，甚至可以添加自己的硬件設計(Verilog RTL)。這些定制化內容可以顯著加快軟件執行，減少代碼長度和循環次數，進而降低能耗。

所有ARC處理器，包括CPU、DSP和基于AI的處理器，都構建在通用指令集上，利用通用編程環境和工具鏈簡化整個產品組合中的軟件遷移。新思科技、商業合作伙伴和開源組織提供了一個由操作系統、編譯器、調試器、中間件等組成的生態系統，使ARC開發者能夠在多個設計和多代設備上保留和使用最初嵌入的軟件。

新思科技的ASIP Designer工具可以進一步加速處理器定制。該工具可基于模型來實現快速的架構探索和實現，自動創建專用于應用程序的指令集處理器(ASIP)和相應的SDK(包括編譯器、調試器、分析器、模擬器)。這一工具的主要價值之一是使開發者能夠快速迭代處理器架構。ASIP Designer根據處理器模型自動生成SDK，使用戶能夠在設計上運行實際軟件并調整架構，然后根據需要重復此操作，直至達到PPA目標。當滿足需求時，該工具會自動生成可合成的RTL。如果現成的處理器IP無法滿足PPA要求，ASIP Designe將為開發者們提供最大的靈活性，讓他們能夠根據特定的用例來設計可編程處理器或加速器。

結 語

當下芯片行業發展十分迅速，競爭激烈。開發者們都力求實現芯片差異化來站穩腳跟。定制處理器是助力開發者同時實現芯片差異化和最佳PPA這兩大的目標的方法之一。處理器實現定制化的方式很多，比如配置微調、擴展整合、從零開始構建自己的處理器等，但應用最廣泛的方式是在設計上打上企業獨有的標記。

原文標題：打造芯片設計“最強大腦”，讓芯片定制化更簡單

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審核編輯：湯梓紅