Доклад на конференции в Гурзуфе

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
"СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ" И IP-БЛОКОВ
В.Г. Немудров, И.В. Малышев, В.В. Репин
ФГУП "НИИ микроэлектронной аппаратуры "Прогресс",
Malyshev@mriprogress.msk.ru
Доклад посвящен вопросам стандартизации при разработке СБИС типа «система на
кристалле» – СнК (SoC) и сложно функциональных (СФ) блоков – (IP блоков). Рассмотрены вопросы
о роли стандартов в процессе создания и применения СФ блоков и СнК, основные направления
развития рынка и стандартизации в этой области [1-3].
Стандарты являются основой для развития методологии проектирования СнК, определяя связь
блоков многократного применения между собой и
совместное использование современных
инструментов проектирования. Важным средством дальнейшего развития автоматизированного
проектирования СнК, их изготовления и реализации является развитие существующих и разработка
новых стандартов в области проектирования СФ блоков и СнК.
Первоочередными задачами нормативной документации для СнК и СФ блоков в России
являются:
 вопросы единой терминологии;
 определение требований к разработке СнК и СФ блоков;
 определение состава и содержания необходимой документации передаваемой разработчиком СФ
блоков потребителю;
 защита интеллектуальной собственности;
 информация об СФ блоках для предварительного выбора при конструировании СнК.
Современные стандарты направлены на:
 Решение реальных проблем проектирования.
 Обеспечение взаимодействия и связи различных групп разработчиков.
 Преемственность и развитие существующих стандартов.
Следует отметить, что стандарты международных организаций не являются технологической
картой с конкретными описаниями. Это связано с тем, что, несмотря на ограниченный доступ к
документам – только членам организации или по лицензии, стандарты в первую очередь не должны
раскрывать know-haw, патентные решения, торговые секреты и другие объекты интеллектуальной
собственности.
Важным является вопрос своевременности стандартов. Если стандарт введен слишком рано,
общество и промышленность могут не принять новшество. Если стандарт принят слишком поздно, то
предприятия могут быть вынуждены проводить дополнительные работы, чтобы выполнять
предписанные де-юре стандарты. В случае, если стандарт не принят, интеллектуальные и технические
ресурсы будут потрачены впустую. Разработка и внедрение стандартов дорогой и длительный
процесс, но в результате, он дает хорошее возвращение инвестиций вложенных в разработку.
Для более эффективного решения вопросов разработки SOC и IP блоков за последнее
десятилетие в мире были созданы ряд международных организаций по стандартизации и маркетингу
в области повторного использования IP блоков [4-7].
VSI Alliance (Virtual Socket Interface Alliance, USA). Некоммерческая организация, основана в
1996 году. Одна из наиболее авторитетных организаций в области проектирования СнК. Основная
сфера деятельности: разработка документов по стандартизации объектов СнК и IP-блоков. Задача
этого альянса - формировать методологию проектирования систем на кристалле. Тем самым
обеспечивается единая информационная среда общения между различными фирмами и группами
разработчиков. Членство в этой организации дает право участвовать в разработке, обсуждении и
принятии таких документов, а также бесплатное пользование всеми документами, принятыми
организацией.
Virtual Component Exchange (VCХ), ("Виртуальная биржа компонентов") — это система на
базе Интернет, которая осуществляет обмен информацией между разработчиками и заказчиками
микросхем. В число основателей биржи вошли крупнейшие мировые компании по разработке
микросхем и аппаратуры.
Корпорация Design & Reuse организованная фирмой СМР в 1997, которая на сегодняшний
день является одним из крупных порталов по реализации СФ блоков и современных технологических
процессов. Design & Reuse стал всемирным лидером, как портал для связей «бизнес ту бизнес» в
области IP/SoC. Ежемесячно на сайте представляется десятки тысяч страниц информации.
478
SPIRIT Consortium – одна из новых (2003) международных организаций по стандартизации
и обмену IP-блоками.
FSA (Fabless Semiconductor Association) – ассоциация разработчиков СБИС.
Open Core Protocol (OCP) International partnership – международная организация по
стандартизации и развитию интерфейса между IP-блоками.
Несколько организаций функционируют в странах восточного региона.
IP Corporation (Тайвань), Real News (Корея).
IPTC (Japan). Организация, основанная в 2000 году. Развитие, стандартизация и
коммерциализация интеллектуальной собственности (в основном в Восточном регионе). Членство в
этой организации позволяет пользоваться большим количеством услуг: технических,
консультационных, в том числе on-line коммерция.
SIPAC (Korea). Некомерческая организация, основанная в 2001 году. Стандартизация IPблоков, создание и поддержка «торговой площадки» IP-trading.
SOC Consortium (Taiwan). Некомерческая организация, основанная в 2000 году. Сферой
деятельности является: стандартизация IP-блоков.
В последнее время идет процесс взаимодействия между различными организациями и
принятие единых стандартов (например: OCP и VSIA).
VSIA разрабатывает и публикует документы [4,8,9], связанные с СФ блоками по следующим
основным четырем направлениям: качество (IP Quality), защита интеллектуальной собственности (IP
Protection), создание инфрастуктуры (IP Infrastructure) и исследование и разработка (Research &
Development.
По типу документы делятся на 3 группы:
Спецификации - документы, которые определяют набор требований для передачи информации от
поставщика интегратору.
Стандарты определяет форму, протокол, или структуру определенной информации, которая
передается от поставщика интегратору.
Технические Документы включают «Белые Книги», определения, рекомендации и краткие обзоры
- короче говоря, все другие документы кроме Спецификаций или Стандартов.
Специалистами VSIA опубликованы следующие основные документы.
По защите интеллектуальной собственности:
Intellectual Property Protection White Paper: Schemes, Alternatives and Discussion $2,500
Intellectual Property Protection White Paper: The Value and Management of Intellectual Assets (IPPWP 2
1.0) $2,500
Intellectual Property Protection Technical Measures and Best Practices for Securing Proprietary Information
$2,500
По определению состава и содержания необходимой документации передаваемой
разработчиком СФ блоков потребителю:
Analog/Mixed-Signal VSI Extension Specification (AMS 1 2.2) $5,000.
VSIA Deliverables Document .
Virtual Component Transfer Specification (VCT 1 2.1) $5,000
Test Data Interchange Formats and Guidelines for VC Providers Specification (TST 1 1.1)
Virtual Component Attributes (VCA) with Formats for Profiling, Selection and Transfer Standard $10,000
По моделированию на разных уровнях и тестированию:
Soft and Hard VC Structural, Performance and Physical Modeling Specification $5,000
VC/SoC Functional Verification Specification (VER 2 1.0)
Test Access Architecture Standard (TST 2 1.0) $10,000
System-Level Interface Behavioral Documentation Standard $10,000
По маркировке:
Virtual Component Identification Physical Tagging Standard $10,000
Virtual Component Identification Soft IP Tagging Standard (IPP 4 1.0)
По влиянию паразитных эффектов и взаимовлиянию элементов:
Analog/Mixed-Signal Signal Integrity VSI Extension Specification $5,000
Signal Integrity Specification (IMP 1 2.0)
По организации унифицированных интерфейсов между блоками
Virtual Component Interface Standard.
По архитектуре шин:
On Chip Bus Attributes Specification.
479
По оценке качества:
VSIA QIP Metric
В ФГУП НИИМА «Прогресс» был проведен анализ по составу и содержанию отечественных
и зарубежных нормативных документов по разработке и применению СнК и СФБ. Поскольку до сих
пор специализированных отечественных стандартов разработано не было, был создан ряд документов
по этой тематике [10-14].
НИИМА «Прогресс» является единственным в России членом международной ассоциации
VSI Alliance и мы знакомы с документами разработанными рабочими группами этой организации.
Нами были составлены аннотированные материалы по ряду основных документов, разработанных
VSI Alliance, и решается вопрос о лицензионном использовании документов VSIA в России.
Однако, учитывая специфику российских условий ряд документов, в особенности, где
затронуты организационные, законодательные и терминологические моменты являются полностью
оригинальными. Ниже представлено краткое содержание основных документов.
1. Сложно-функиональные блоки. Общие требования к разработке
Документ содержит общие требования к порядку и техническим процедурам при разработках
СФ блоков. Представлены основные положения, которые должны быть отражены в ТЗ, именно для
СФ блоков, сверх обычных данных, указываемых в соответствии с существующими нормативными
документами.

Тип представления СФ блока

Основные характеристики, тип логической библиотеки или технология изготовления

Состав документации на СФ блок при передаче потребителю и при открытых публикациях

Методы проверки и производственного тестирования СФ блока

Методы проектирования и моделирования

Мероприятия по защите интеллектуальной собственности.
2. Сложно-функциональные блоки и «системы на кристалле». Терминология
Помимо основных определений, документ содержит также перечень ряда аббревиатур и
терминов, имеющих широкое употребление в документации и технической литературе по данному
вопросу.
Необходимость создания настоящего документа обусловлена быстрым развитием
главного
направления микроэлектроники по созданию СнК с использованием СФ блоков, большим объемом
зарубежной литературы, содержащей специальные термины, потребностью в едином понимании
основных терминов.
Ниже приводятся определения основных терминов, используемых при описании СБИС типа
СнК и СФ блоков.
2.1. Система на кристалле – системно ориентированная для применения в конкретной
аппаратуре функционально законченная СБИС, изготавливаемая по субмикронной технологии,
проектируемая на основе единой САПР в звене «СБИС – аппаратура», включающая процессорные
элементы, а также схемы памяти, цифровые и аналого-цифровые схемы, в том числе – с «жёсткой»
логикой и схемотехникой.
Примечания:
Сложность сверхбольшой полупроводниковой интегральной схемы должна быть условно свыше 500
тысяч транзисторов, проектные нормы не более 0,35 мкм,
В целях ускорения проектирования используются оформленные в виде СФ блоков как
программируемые, так и аппаратно реализуемые узлы
2.2. Сложно-функциональные блоки – функционально законченные интегральные
фрагменты СБИС типа СнК, предназначенные для повторного использования, универсальные или
специализированные по назначению, представляющие предмет интеллектуальной собственности и
рыночный продукт, и передаваемые другой стороне в виде различного типа данных, в том числе – на
языке высокого уровня («Soft»), логической схемы («Firm») или топологии («Hard»).
3. Состав информации и форматы её передачи для цифровых СФ блоков
В документе представлены сведения о материалах, которые разработчик и поставщик СФ
блока должны представлять при передаче цифрового блока потребителю. Указаны форматы передачи
и степень обязательности разделов документа при поставке СФ блока. Данные представлены в виде
основной таблицы, содержащей перечень поставляемых документов. Все параметры разделены на
разделы, указан тип документа, требования к нему, формат и категория. Категория документа описывает обязательность поставляемого документа.
480
В Примечаниях указываются условия, при которых данный параметр является обязательным или
рекомендуемым. В табл. 1 приведен фрагмент формы представления материалов поставляемых при
передаче СФ блоков.
Таблица 1
Формы представления материалов поставляемых при передаче СФ блоков
Раздел
Поставляемые
материалы
Функциональное
назначение
Описание блока
Назначение
Soft
СФ
Firm
СФ
Hard
СФ
Формат
передач
О
Р
О
Р
О
Р
Документ
Документ
2.1.3.
Основные
информатив-ные
параметры
УО
УО
УО
Документ
2.1.4.
Покрытие тестами
УО
УО
УО
Документ
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
Комментарий
Подтверждается
если
существуют
достоверные
данные
об
одной
или
нескольких реализациях
Подтверждается, для Soft и
Firm если существуют
достоверные данные об одной
или нескольких реализациях
Подтверждается, для Soft и
Firm
если
существуют
достоверные данные об одной
или нескольких реализациях
4. Защита интеллектуальной собственности СФ блоков
В документе рассмотрены следующие вопросы.

Ознакомление с терминологией, применяемой при описании интеллектуальной собственности
(ИС);

Описание преимуществ использования ИС в хозяйственной деятельности предприятия;

Представление методологии учета и оценки объектов ИС;

Описание методов организационной, правовой и хозяйственной защиты объектов ИС

Изложение государственной политики и требований к предприятиям разработчикам ИС.
Данные положения рассмотрены применительно к объектам ИС, возникающим при создании
СнК, сложно-функциональных блоков и их библиотечных элементов.
4.1. Круг вопросов, связанных с защитой авторских прав и охраной интеллектуальной
собственности и технической информации, для России можно разделить следующим образом:
защита государственных интересов и обеспечение обороноспособности страны;
защита служебной, предпринимательской и финансовой деятельности, в том числе обеспечение
коммерческой тайны;
защита интересов правообладателей и пользователей.
исключение возможности несанкционированного доступа к информации и использования результатов
работ.
4.2. Интеллектуальная собственность в практике предприятия может реализоваться в
двух основных формах: в качестве вклада в уставный фонд предприятия или в хозяйственной
деятельности предприятия в качестве "нематериальных активов".
Использование интеллектуальной собственности в уставном фонде позволяет предприятию и
авторам - создателям ее получить следующие практические преимущества:

сформировать значительный по размерам уставный фонд без отвлечения денежных средств и
обеспечить доступ к банковским кредитам и инвестициям (интеллектуальную собственность можно
использовать наравне с другим имуществом предприятия в качестве объекта залога при получении
кредитов);

авторам и предприятиям - владельцам интеллектуальной собственности участвовать в качестве
учредителей (собственников) при организации дочерних и самостоятельных фирм без отвлечения
денежных средств.
Использование интеллектуальной собственности в хозяйственной деятельности позволит:
документально подтвердить права собственности и поставить ее объекты на баланс в качестве
имущества предприятия, амортизировать интеллектуальную собственность;
получить дополнительные доходы за передачу прав на использование объектов интеллектуальной
собственности, а также обеспечить обоснованное регулирование расценок на продукцию
инновационной деятельности предприятия в зависимости от объема передаваемых прав на ее
использование.
481
Практика показывает, что многие предприятия не стремятся отразить такие активы в своем
балансе, хотя стремятся продемонстрировать их потенциальным инвесторам. В результате возникает
разрыв между балансовой стоимостью предприятия и ее рыночной капитализацией.
СФ блоки, в особенности, разработанные по госзаказу, целесообразно ставить на бухгалтерский учет.
4.3. Правовая защита рассматриваемых СФ блоков наиболее эффективна для аппаратных
(Hard) CФ блоков, выполненных в виде интегральных микросхем, на основании закона РФ «О
правовой охране топологий интегральных микросхем» от 23.09.92, №3526-1.
В случае СФБ типа Soft, Firm риски, связанные с защитой Интеллектуальной собственности
выше, чем для изготовленных микросхем, в связи с возможностью синтеза схем на основе RTL
описаний и описаний списка цепей (netlist). Определенная степень защиты обеспечивается
патентованием конструктивных и схемотехнических решений и защитой текстов как программ.
Преимуществом авторско-правового способа защиты заключается в том, что для
возникновения прав на созданное произведение не требуется регистрации или соблюдения какихлибо формальностей, защита возникает автоматически и не требует значительных денежных
вложений, срок охраны достаточно продолжительный (жизнь автора + 50 лет).
С другой стороны, очевидным недостатком авторско-правового способа защиты
высокотехнологичных объектов, является то, что авторское законодательство не защищает
имущественные права.
4.4. В документе по защите интеллектуальной собственности изложены требования
основных директивных документов при проведении работ по государственному заказу.
Для разработок СФБ, при бюджетном финансировании, их использование на других
предприятиях, работающих также по государственному заказу, может проводиться на безвозмездной
основе, по решению заказчика.
Передача (продажа) результатов работ другим предприятиям, осуществляется на договорной
основе и лицензионным соглашениям, по согласованию с заказчиком, во избежание нарушений
Закона «О государственной тайне»
Патентование объектов интеллектуальной собственности в этом случае возможно, в
соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 02.09.1999 N 982, по
согласованию с заказчиком.
В техническом задании на разработку, контракте с государственным заказчиком должны
быть предусмотрены мероприятия по организационной, правовой, технической защите информации.
По окончании работ созданные объекты интеллектуальной собственности должны быть поставлены
на балансовый учет и проведена их оценка, а также маркетинговые исследования для оценки рынков
сбыта.
5. Состав информации и форматы ее передачи для маркетинга и оперативного выбора
СФ блоков
Документ определяет состав кратких характеристик СФ блоков и форматы их передачи для
предварительного сравнения и отбора блоков при конструировании СнК до приобретения этих блоков
с полной документацией.
Представляемые материалы предназначены для менеджеров и инженеров, выполняющих этап
системного и логического проектирования СнК и заинтересованных в получении краткой
информации по функциональным и электрическим параметрам рассматриваемых СФ блоков, а также
по финансовым и организационным вопросам.
6. Порядок использования СФ блоков в составе СнК
Нормативный документ содержит указания для разработчика (интегратора) системы на
материалы представленные разработчиками СФ блока, на которые интегратор может опираться на
различных этапах создания СнК.
Приводится наименование нормативных документов по которым разработчики СФБ должны
представлять требуемые материалы.
Рассмотрены все этапы проектирования - от предварительного маркетинга и выбора
необходимых СФБ до окончательной реализации изготовленных изделий. Представлены основные
параметры, их форматы и способы описания. Приведена последовательность использования данных,
представляемых при описании СФБ, в процессе создания СнК.
Новые методологии проектирования СФ блоков и СнК требуют стандартов, которые могут
обеспечить тесные связи между системным уровнем, логическим и физическим проектированием.
Кроме рассмотрения только СФ блоков, новые стандарты больше внимания уделяют вопросам
интеграции блоков и проектирования на уровне платформ.
Стандарты должны также учесть новые виды проверки и тестирования.
482
Новые стандарты должны учитывать влияние эффектов, связанных с переходом к субмикронным
технологиям:
• взаимовлияние сигналов между соседними проводами
• опасность электромиграции,
• повышающаяся плотность рассеиваемой мощности, что вызывает
статические и динамические
тепловые связи между блоками.
Развитием этого вопроса является определение степени взаимного влияния проводников с
учетов амплитуды и временных характеристик распространяющихся по проводникам сигналов. Это
дает возможность сформулировать требования к размещению элементов и межсоединений и выделить
различные зоны на кристалле с ограничением размещения, а также сформулировать требования по
экранированию блоков.
Большое внимание последние годы уделяется стандартам по комплексному определению
качества предлагаемых СФ блоков, с учетом репутации поставщика. VSIA разработана серия
стандартов QIP metric (Quality Metric for IP) по этой тематике.
Признание технических стандартов происходит во всем мире и мы считаем, что в России тоже
следует продолжать работы по стандартизации в области разработок СБИС типа СнК и СФ блоков с
учетом положений международных стандартов. Для реализации этого процесса необходимо
организовать рабочие группы по основным направлениям разработок и принять программу создания
нормативных документов с привлечением заинтересованных предприятий и организаций.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Немудров В.Г., Мартин Г. Системы на кристалле. Проектирование и развитие. М.:Техносфера,
2004. – 216 с.
Немудров В.Г., Малышев И.В. Проблемы разработки сверхбольших интегральных схем типа
«система на кристалле». // Системы средств связи, телевидения и радиовещания. – 2002. - № 1, 2.
Немудров В.Г., Малышев И.В. Состояние и перспективы отечественных разработок СБИС типа
«система на кристалле». // Системы средств связи, телевидения и радиовещания. – 2003. - № 1, 2.
Virtual Socket Interface Alliance, on the web at URL: http:// www.vsia.org.
Open Core Protocol (OCP) International partnership. http:// www.ocpip.org.home.
Virtual Component Exchange (VCХ). www.thevcx.org.
System-On-Chip Markets and Trends. http://electronictrendpubs.com.
VSIA ready to move to next stage on signal integrity. http://www.eetuk.com/story.
VSI Alliance updates virtual component interface spec. http://www,eetasia.com/.
РТМ Состав информации и форматы её передачи для цифровых СФ блоков.
ШИЛГ 430 109 002 РМ.
РТМ Сложно-функиональные блоки. Общие требования к разработке. ШИЛГ 430 109 004 РМ.
РТМ Защита интеллектуальной собственности СФ блоков. ШИЛГ 430 109 008 РМ.
РТМ Сложно-функциональные блоки и «системы на кристалле». Терминология.
ШИЛГ 430 109 009 РМ.
РТМ Состав информации и форматы ее передачи для маркетинга и оперативного выбора СФ
блоков. ШИЛГ 430 109 011 РМ.
483