国内集成电路IP 核标准进展与展望

       集成电路是信息产业的基础，21 世纪信息产业的飞速发展，使集成电路呈现出快速发展的态势，而以软硬件协同设计、IP 核复用和超深亚微米为技术支撑的SoC 已成为当今超大规模集成电路的发展方向，是集成电路的主流技术。

        SoC 设计面临诸多挑战，其中IP 核的复用最为关键。据Dataquest 统计，IP 核已经成为一项产业，2005 年全球SoC 设计的80%都是采用以IP 核为主而进行设计的，IP 核成为集成电路产业中增长最快的一部分，1998 年全球IP 核的销售额为3.6 亿美元，1999 年是4.2 亿美元，2000 年为6.2 亿美元，2004 年则急增到29.4 亿美元，预计今年，其销售额将达到347 亿美元。虽然IP 核销售额前5 名的是ARM、Rambus、TTPCom、Synopsys、MIPS 等几家公司，但我们同时注意到国内也出现了以IP 核为主打产品的公司，如四川登巅微电子、芯原微电子、苏州国芯、智芯科技以及龙芯的CPU 等，因此IP 核已成为业界关注的焦点。

        1、标准是IP 核复用的基础

       从实现形式上来看，IP 核通常以三种形态出现，分别是软IP 核、硬IP 核以及固IP 核。

       软IP 核以可综合的HDL 形式提交，优点是灵活性强，缺点为性能方面的不可预测性；硬IP核一般表示为GDSII 形式，已经映射到一个指定的工艺中，被投片测试验证，具有在面积和性能方面更能预测的优点，但是灵活性小、可移植性差；固IP 核是已经在结构和拓扑方面通过布局布线或者利用一个通用工艺库对性能和面积进行了优化的网表，它比硬IP 核更灵活，更具有可移植性，比软IP 核在性能和面积上更可预测，是软IP 核与硬IP 核的折衷。

       归纳来看无论是哪种形式的IP 核，都具有图1 所示的主要特征。这些特征在IP 核提交时可以统称为交付项。无论是软核还是硬核，将IP 核集成到SoC 中都需要很多步骤，这个过程能否顺利完成，主要取决于IP 核提供者提交的交付项是否完备，是否符合通用标准。

       因此通过标准对这些交付项加以明确的定义与规范，是IP 核有效复用的基础与保障。

        2、国内集成电路IP 核标准进展

       IP/SoC 设计技术是我国提升设计水平、发展集成电路产业不可多得的历史机遇。2002年信息产业部果断地作出决定，成立了集成电路IP 核标准工作组（以下简称为工作组）。四年来在信息产业部科技司、产品司和中国半导体行业协会的领导与支持下，工作组为中国IP 核标准的制定及其在业界的推广等方面作了大量的工作，建立起集成电路IP 核标准体系，发布了11 项IP 核相关标准，进行了多次的标准宣贯活动，取得阶段性的成果。

       IP 核标准工作组有成员单位近40 家，分别来自IC 设计企业、IC 生产企业、整机企业、高校和研究所。工作组的标准制定战略是产学研相结合，自主创新与国际接轨相结合，建立科学完善的IP 核技术标准体系，制定我国IP 核技术标准。目标是加快IP 核的复用，提高企业自主创新能力，形成我国自主知识产权IP 核产品，促进IP 核产业的形成与发展，提高我国集成电路产业的国际竞争力。

       （1）集成电路IP 核标准体系框架

       国际上为IP/SoC 制定标准的主要组织/联盟有IEEE 国际标准化组织、VSIA、OCP-IP和SPIRIT。其中IEEE 制定的是IEEE 1500 标准——基于嵌入式芯核的集成电路的测试方法。

       IEEE 1500 标准经过近10 年的开发，发布于2005 年，支持IP/SoC 的可测性设计，可实现对IP/SoC 统一的测试方法。10 年是一个漫长的过程，这样的发展速度显然与IP/SoC 产业的发展不相适应，因此IP/SoC 标准多由国际性的工业联盟制定。在IP 核应用的早期，IP 核交付内容存在随意性，数据格式也不统一，对什么样的IC 模块才能称为IP 核的问题上也有分歧。推动IP 核标准化进程的是三个关键性的联盟，即VSIA、OCP-IP 和SPIRIT。

       这三个联盟的目的都是要使设计人员更容易地进行IP 核的集成，但他们的工作并不重叠，而是高度互补的。VSIA 为IP 核的交付、转让、质量评估以及保护制定了较全面的标准，起到不可替代的作用；OCP－IP 致力于IP 核接口及片上互连标准的开发，为IP 核的即插即用作出了贡献；SPIRIT 为IP 核集成的自动化作出了不懈的努力。

       为使IP 核标准制定得科学合理，首先是要建立一个标准体系，该体系要能满足现阶段国内IP/SoC 产业的需求，支持可持续发展，同时要与国际公认标准相兼容。工作组首先对完备的Script 文件具有可配置性经过充分的验证和测试良好的代码设计质量通用的测试接口通用的总线接口不同级别的模型完整的设计和转让文档IP 核图1 IP 核的主要特征国际上IP 核标准尤其是上述三个联盟制定的标准进行了认真研究，深入分析，分类整理，根据国际标准的发展状况及趋势，建立起IP 核标准体系框架，如图2 所示。标准体系中的五大类标准涉及到IP 核在设计、转让与集成过程中应遵循的规范与标准，下面对标准体系框架的内容做简要的介绍。

       正如图1 所示，IP 核在交付使用时要提供必要的信息，这是至关重要的，这些信息包括各类文档和机器可读的设计描述形式（源代码、 网表、 各种模型、 脚本文件等），以帮助IP 核集成者了解IP 核的功能和性能，用于系统集成，同时也是IP 核评测的重要依据。

        标准体系框架中的“IP 核交付使用文档规范/标准”对这些交付信息、信息的格式和重要性等做出了明确的规定与定义。

       要使IP 核做到“即插即用”，就要有统一的接口，为此需要定义一个IP 核通用接口，以便带有这一通用接口的IP 核可以在SoC 内进行互连，既可以是直接点对点地连接，也可通过带有这一通用接口的总线进行互连。

       IP 核的质量是IP 核集成者最关心的问题之一，良好的IP 核质量是IP 核有效复用所必需的。质量与风险的关系是，高质量意味着低风险，高风险意味着低质量。因此要制定IP核的质量评测标准，依据这一标准对IP 核质量给出相对客观的评价。利用工具实现IP 核设计数据自动嵌入到现有主流的EDA 工具中，进而实现IP 核的自动集成，这也是SoC 集成者所追求的目标。为实现这一目标，需建立相应的标准，描述IP核的交付项，并完成与相应EDA 工具的接口，实现IP 核文档和数据自动输入到应用环境中。

       IP 核作为一种重要的知识产权，在交换使用过程中需要受到保护，杜绝未经授权而被他人使用的现象。所以要研究IP 核保护技术，包括IP 核在存取、储存、传送包括网络传输等方面的保护，这也是我国集成电路产业发展中要解决的迫切问题之一。IP 核的保护措施不力，会严重制约IP 核的应用。

      （2）已发布的集成电路IP 核标准

      我们认为制定中国集成电路IP 核标准，首先需要学习、推荐、推广国际已有的较为成熟的公认的标准，为国内相关IP 核设计公司所采用，推动我国IP 核设计技术的发展；其次是在部分采用国际公认的、优秀标准的基础上，建立与国内集成电路设计水平相适应，并与国际标准相兼容的标准；第三是积极参与国际标准的制定，在标准研究、制定、使用和推广中发挥积极作用。

      标准体系框架中“IP 核交付使用文档规范/标准”以VSIA 的标准为基础，这部分也是VSIA 标准中最成熟的而被业界所广泛接受的。通过组织专家对这些标准进行初审和复审，向工作组的全体成员征求了意见并进行试用，根据反馈意见，进行了再次修改，技术内容与VSIA 的保持一致，主要进行了文字上的编辑修改，这部分标准共11 项已于2006 年9 月经信息产业部批准发布。批准文号为信部科[2006]620 号。11 项标准为：

      1） 集成电路IP 核转让规范
      2） 集成电路IP 软核、硬核的结构、性能和物理建模规范
      3） 集成电路IP 核测试数据交换格式和准则规范
      4） 集成电路IP/SoC 功能验证规范
      5） 用于描述、选择和转让的集成电路IP 核属性格式标准
      6） 集成电路模拟/混合信号IP 核规范
      7） 集成电路IP 核信号完整性规范
      8） 片上总线属性规范
      9） 集成电路IP 核模型分类法
      10） 集成电路IP 核开发与集成的功能验证分类法
      11） 集成电路IP 核保护大纲

      前10 项标准主要规定和定义IP 核在交付使用时的交付项与交付项的数据格式，第11项是有关IP 核保护的。

      （3）标准配套指南

      目前工作组在VSIA 标准基础上制定的IP 核交付使用文档规范/标准，每个文档比较独立，用户需要自行根据这些标准归纳出IP 核交付时需提供的各类文档和设计数据，因此IP核设计者初始面对这些标准应用起来会有一定困难，不利于推广应用。为此工作组核心成员哈工大与CSIP 合作，开发了一套符合已发布的IP 核标准的文档结构指南，明确规定IP 核提供者应提供的文档的结构、内容及详细的交付项，以指导用户用好标准，提高IP 核的设计质量。目前工作组要组织力量对这套指南进行试用，根据提出的建议及反馈意见，进一步完善该套指南，以便形成可以正式推广的行业规范。

      （4）IP 核质量第三方评估与测试标准

      IP 核的交付文档是否完整、交付项是否完备、验证是否充分等涉及IP 核质量的问题，都是影响IP 核复用的关键因素。要对IP 核进行质量评估，首先要有一套相应的评估机制。VSIA 于2006 年初发布了IP 核质量评估标准QIP2.0，可以对IP 核的质量进行量化评估，目的是减少IP 核用户作出购买IP 核决定所需的时间（减少IP 核购买周期）与集成的时间，有助于IP 核提供者与IP 核用户之间基于一个客观的标准进行沟通。QIP 是通过设置一系列与质量相关的问题来评价IP 核的质量的，使用者往往只须回答是/否，因此QIP 比较适合于IP 核提供者进行自评。

       为使IP 核的质量能够有所保证，我们提出了IP 核质量第三方评测的概念，即除了对IP 核的质量通过问答形式进行评估以外，还需要通过EDA 工具以及测试设备对IP 核的质量进行测试，并且IP 核要由中立的第三方评测机构对其质量进行评估与测试，给出质量评价报告。

      2005 年内地的三所大学（合工大、浙大、哈工大）与香港科技大学及香港科技园合作开展了有关IP 核质量第三方评估、测试及IP 核知识产权保护的研究工作。内地三所大学的研究人员把先期的研究成果带到香港，经过一年多的研究，完成了IP 核质量第三方评估/测试标准的初稿。研究成果香港与内地共享。

        工作组将在此基础上开展第二阶段研究工作，通过试用，根据反馈意见，对该研究成果进行完善和改进，使之达到行业标准水平，并推荐给我国的第三方IP 核评测机构使用，作为IP 核质量评测的基础和依据。

      3、国际合作

      工作组在制定IP 核标准的同时，注重加强国际合作，以加快IP 核标准制定的进程。

      （1）与VSIA 的合作——CSIG

      VSIA 制定的标准/规范/文件只对其联盟成员是免费的，联盟成员要交纳5000～20000 美元不等的会费，我国只有4 家单位是其成员，远远满足不了国内对标准的需求，为尊重知识产权，受信息产业部科技司委托，工作组与VSIA 进行了多次协商，经过近半年的谈判磋商，在信息产业部科技司、中国半导体行业协会的大力支持下，2005 年8 月23 日中国半导体行业协会与VSIA 在北京签署成立VSIA 中国特别兴趣小组（CSIG）的协议书及备忘录，VSIA同意中国在VSIA 标准的基础上建立中国IP 复用标准。

       参加CSIG 的公司有权取得除IP 保护“软核和硬核标签标准――Soft and Hard IP tagging standard”以外的VSIA 全部文档（规范、标准和其它文件）。在合同生效期间，不超过20 名CSIG 的研究人员可以免费访问VSIA的全部文档。对这一举措国际国内的各大媒体都在第一时间进行了报道，在国际上树立起中国尊重知识产权的良好形象。

      （2）与OCP－IP 的合作

      工作组与OCP－IP 的总裁Ian 先生有过多次的接触，共同探讨了OCP 总线规范以及在中国推广OCP 标准的事宜，并多次邀请OCP－IP 的技术人员进行讲座，已经促成OCP－IP与“信息产业部软件与集成电路促进中心（CSIP）”和“上海硅知识产权交易中心（SSIPEX）”的合作。

      4、标准工作展望

      按照标准体系框架，工作组正在围绕其余部分开展研究。包括通过试用推出IP核质量评估/评测标准、IP核文档结构指南、IP核交付项列表；通过对国际上通用IP核接口标准的研究、试用，综合考虑国际上IP核接口标准的制定及应用情况，选择、推荐一个实用的IP核接口标准；在IP/SoC的测试方面以IEEE 1500标准为基础，推荐一种测试结构，满足SoC用户的需求。

      同时开展基于SPIRIT标准的IP核集成自动化的研究、模拟/混合信号IP核测试访问结构、IP核建模方法和验证技术、DFM技术、IP核知识产权保护标准等的研究工作。在制定标准的同时，开展标准宣传贯彻工作， 进一步深化与国际性标准组织/联盟的交流与合作。

      5、结束语

      参照目前发布的11 项IP 核标准，IP 核提供者可以提供较完整的IP 核交付项，包括IP核的相关文档和可执行的机器描述形式，使IP 核用户与提供者之间依据这些文档和设计数据进行沟通，进行IP 核转让与集成。

      随着工作组工作的深入开展，预计2007 年IP 核质量评估/评测标准与IP 核文档结构指南可以发布，这样从IP 核的设计、转让与质量评估上，给予规范化的引导，为国内的IP 核基础设施逐步完善起到支撑作用，促进IP/SoC 产业的健康、快速、有序发展，为把中国的IP 核企业做大做强走向世界起到推动作用。