ip核芯志-数字逻辑设计思想电子版免费版|百度网盘下载

编者点评：ip Core Log——数字逻辑设计思路电子版

本书用幽默轻松的语言介绍了不同需求下各种IP核的实现方法，巧妙地传达了数字逻辑系统的设计思想，包括IP核的各种可能结构。系统要求选择使用。有兴趣，欢迎下载

编辑推荐

IP核（Intellectual Property core，知识产权核）是具有特定电路功能的硬件描述语言程序，可以移植到不同的半导体工艺中生产集成电路芯片。 IP核设计的电子系统便于参考和修改。

本书介绍了ASIC前端/FPGA设计的相关知识，包括ASIC和IP核系统设计选型，语言通俗，实例讲解方法； Verilog语言的综合性，

时钟系统概念、设计流程等；使用 Verilog 语言描述简单单元的设计；介绍数学运算和信号处理单元的设计和结构优化。

这本书尽可能地剥离了很多信号处理的理论知识。本书重点介绍了系统结构和结构优化，满足了工程师的阅读需求。本书语言诙谐，通俗易懂，并配有一定的插图，便于读者理解。

相关内容部分预览

简介

数字逻辑设计的精妙之处在于，根据不同的系统需求，获得功能相同但结构完全不同的系统架构，也就是所谓的“面积与速度”的平衡。本书用幽默轻松的语言，介绍了各种IP核在不同需求下的实现方法。

巧妙地传达了数字逻辑系统的设计思想。由于大多数工程师对信号处理等知识的掌握并不理想，本书摒弃了传统的理论知识讲解方式，重点介绍了系统结构和结构优化，以满足此类工程师的需求。

__eol__ 第 1 章介绍了数字逻辑设计的基本概念，它们是设计的基础。只有掌握了这些内容，才能真正进行合格的FPGA或ASIC前端设计。第 2 章到第 5 章详细介绍了一系列 IP 核的内部结构，从简单的选择器到复杂的快速傅里叶变换。

包含多种可能的IP核结构，方便读者根据不同的系统需求选择使用。第6章给出了复杂系统设计中需要考虑的各种问题的例子，让读者体会到“面积和速度”平衡的思想。

关于作者

吴涛，博士在通信方面，一直从事W-CDMA的FPGA IP核设计，还完成了W-CDMA和TDS-CDMA接收机的理论研究和链路仿真，以及无线通信的系统设计和标准设计工作。目前已授权发明专利100多项，

也是通信行业标准文件的第一作者，将专利的思想写入3GPP协议。作者在某电信专业论坛享有一定知名度，风格幽默，谈古今今，善于讲故事。

美国芯片IP实力大盘

说说IP核

在半导体中，我们常说的IP其实就是指IP核（半导体知识产权核）。半导体IP（Intellectual Property）是指集成电路设计中经过验证、可重复使用且具有特定功能的集成电路模块，通常由第三方开发。

IP 核可能被许可给另一方或由一方拥有和使用。 IP可以帮助降低芯片开发的难度，缩短芯片的开发周期，提高芯片的性能。是集成电路产业链上游关键环节，主要客户为设计厂商。

根据设计IP的不同，半导体IP市场可分为处理器IP、接口IP、存储器IP和其他IP（模数IP和数模IP）；在IP核的基础上，半导体IP市场主要细分为软核和硬核；根据收费方式，IP提供商提供许可和版税两种模式。

其中版税占据较大份额。 Licensing模式下，设计师支付IP授权次数，即一次性产品授权费。在特许权使用费模式下，设计师为制造的芯片数量付费，这是与产品销售相关的许可费。

根据 Markets and Markets 的数据，半导体 IP 市场预计将从 2017 年的 47 亿美元增长到 2024 年的 65 亿美元。预计推动市场发展的主要因素是消费电子产品多核技术的进步以及对现代 SoC 需求的增加。对设计的需求不断增长。

其中，处理器 IP 市场将占据最大的市场份额，因为处理器 IP 在消费电子和汽车垂直领域有多个用例，尤其是在汽车领域。随着自动驾驶的出现，汽车半导体IP市场将以最高的复合年增长率增长。这些处理器主要包括微处理器单元（MPU）、微控制器单元（MCU）和数字信号处理器（DSP）。

此外，基于版税的半导体 IP 市场预计将占据最大份额。在特许 IP 购买中，芯片制造商必须为他们制造的每块芯片付费。由于技术市场的波动，特许权使用费市场正在蓬勃发展，特许权使用费模式帮助制造商生产所需数量的产品，并且只需为该产品支付一定比例的特许权使用费。

“全面屏”美国IP厂商

在 1990 年代，IP 内核的许可和使用在芯片设计中很常见。如今，使用最广泛的 IP 内核来自 Arm、Synopsys、Imagination 和 Cadence。下图1是全球前15大设计IP厂商排名，在这些主要厂商中，美国几乎占据了半壁江山，如图2所示。

图 1：全球 TOP15 半导体 IP 供应商排名

图 2：半导体 IP 制造商的国家/地区

按产品类型划分，半导体IP厂商主要提供处理器IP、有线接口IP、物理IP等不同产品。处理器IP是用于获取指令、执行指令、与外部存储器和逻辑组件交换信息的数字电路，主要包括CPU IP、GPU IP、

神经网络处理器IP（NPU IP）、视频处理器IP（VPU IP）、DSP IP、图像信号处理器IP（ISP IP）六大类。接口 IP 集成了基于协议的功能，其中最大份额来自以数据为中心的应用，主要是通用串行总线 (USB IP)，

Serial Advanced Technology Attachment（SATA IP）、High Definition Multimedia Interface/DisplayPort（HDMI/DP IP）等。Physical IP主要用于模拟和混合信号、物理接口、存储单元等数字IP，主要包括数模混合IP、射频IP等

在这些不同的 IP 产品中，接口 IP 在市场中的重要性与日俱增。 Interface IP主要集成了USB、PCI Express、Ethernet、MIPI、SATA、DP、Die-to-Die（D2D）接口和内存控制器（DDRn、LPDDRn、HBM、GDDR）等基于协议的功能。

据IPnest统计，2018-2019年，处理器IP的市场份额从53.5%下降到51%，而接口IP的市场份额从20.3%上升到22.1%。从增长和市场份额来看，接口IP市场是最大的赢家，2019年的份额为8.7亿美元。2009年，接口IP类别仅占2.2亿美元，10年翻了两番。

2018-2019 年 IP 分类演变（来源：IPnest）

具体来说，我们来看看美国主要IP供应商的运作情况：

美国的两个“一站式”IP 提供商

除了 Arm 之外，EDA 软件工具厂商 Synopsys 和 Cadence 也是 IP 阵营的主要参与者。而在半导体知识产权（IP）的前期技术许可收入方面，新思科技在 2019 年的表现优于 ARM。

2019 年半导体 IP 许可市场份额，不包括版税。 （来源：IPnest）

2019 年，新思科技收入同比增长 13.8%，市场份额达到 18.2%。它是目前除ARM之外唯一一家市场份额超过10%的半导体IP公司。 Synopsys市场份额增加的主要原因是近年来数据中心的蓬勃发展带动了接口IP需求的增长。

2019 年 Synopsys 的最高增长来自接口 IP 类别，约占来源的 19.3%，其他类别也有所贡献，但程度较小。目前，在有线接口品类中，Synopsys 的市场份额排名第一，2018 年的份额为 45%。排名第三的 Cadence 也主要通过共享接口 IP 和 DSP IP 产生收入。

Synopsys 和 Cadence 的增长率表明他们的 IP 长期战略是成功的。两家 EDA 供应商通过收购各自领域领先的中小型 IP 优质供应商，围绕“一站式”IP 供应商战略构建其 IP 产品。而是成为“一站式”

供应商战略是可行的，因为两家公司都足够大，财力雄厚，可以通过多次收购来支持这一定位。

新思科技从2000年初开始进行一系列收购。据不完全统计，新思科技已经收购了近20家IP供应商。最具代表性的是IP供应商ARC，新思科技2010年以3.15亿美元收购IP供应商Virage；

2015年收购Elliptic Technologies and Vision的Bluetooth Smart IP； 2017 收购 Sidesense； 2018 年以未公开价格收购非易失性存储器 IP 提供商 Kilopass； 2020年1月，新思科技收购了INVECAS的部分IP资产，

这有助于扩展 Synopsys 的 DesignWare 逻辑库、通用 I/O、嵌入式存储器、接口和模拟 IP 产品组合。

Cadence 在 IP 的定位始于 2010 年收购 IP 验证公司 Denali。2013 年，Cadence 收购了 IP 供应商 Cosmic Circuits 和 Tensilica。收购两家公司后，Cadence 跻身 2013 年半导体 IP 核供应商前四名。

2017年11月，Cadence收购了专门从事超高速SerDes通信IP的公司nusemi inc。 Nusemi的超高速SerDes技术将有效补充Cadence强大的IP产品，包括存储器IP、存储IP、互连IP和数字信号处理（DSP）IP的完整封装。

SST，内存IP的领导者

SST 提供的 NVM IP 是该领域无可争议的领导者，收入超过 1 亿美元或超过 2 倍的秒收入。

Silicon Storage Technology (“SST”) 成立于 1989 年，于 1995 年上市，并于 2010 年 4 月被 Microchip 收购。SST 现在是 Microchip 的全资子公司，总部位于加利福尼亚州圣何塞。

SST 是 SuperFlash™ 技术的创造者，该技术是一种创新、高度可靠和多功能的 NOR 闪存。

SuperFlash 技术于 1995 年随 ESF-1（第一代嵌入式 SuperFlash）进入量产阶段。正在开发的最新一代是用于 28 nm 工艺节点的 ESF-3。从 ESF-1 到 ESF-3，该技术已被证明具有可扩展性、与标准制造工艺兼容且高度可靠。

它还通过高良率、面积优化的 IP 和低掩模数的代工工艺降低了与大批量生产相关的成本。

“随着半导体行业走向无晶圆厂，越来越多的半导体公司通过 SST 灵活的许可模式利用我们差异化的非易失性存储器 IP 解决方案，”SST Say 技术许可副总裁 Mark Reiten 说。 “当我们与一系列代工厂、IDM 和无晶圆厂合作伙伴一起构建时，

SuperFlash 技术已成为半导体行业创新的隐藏宝石。该技术正在通过其所依赖的电子设备和机器悄悄地向世界上大多数人传播。 "

排名第九的 Rambus 为各类内存和 SerDes 提供 PHY 和控制器 IP，专注于 DRAM IP 供应，在内存接口 IP 市场份额全球排名第三。 Rambus 的发展也见证了许多收购：

2010年5月，Rambus以225万美元收购了unio-pixel的部分IP产品，涉及动态背光、实时序列彩色显示和时间复用光快门显示技术； 2016 年 8 月，以 3200 万美元收购 Semtech 的 Snowbush IP 资产，

公司是高性能串行链路解决方案的提供商； 2019 年 12 月，Rambus 以 4500 万美元从 Verimatrix（前身为 Inside Secure）收购了芯片 IP、安全协议和供应业务。

FPGA 和 eFPGA IP 供应商

排名第 8 的 Achronix 是唯一一家同时量产高性能和高密度独立 FPGA 和嵌入式 FPGA (eFPGA) 解决方案的 IP 供应商。

2013 年，Achronix 推出 Speedster™ 22i FPGA 系列，并为高性能有线应用提供嵌入式系统级 IP，提供业界最先进的 FPGA。

2016 年，Achronix 开始向世界上一些最大的科技公司提供 Speedcore Embedded FPGA (eFPGA) IP。 Speedcore IP 是世界上唯一用于大批量应用的 eFPGA IP 解决方案。 Speedcore IP 目前可用于 TSMC 16FF+、TSMC 7nm 和 TSMC 12FFC 技术。

2019 年，Achronix 发布了基于 TSMC 7nm FinFET 技术的革命性 Speedster7t FPGA 产品系列，率先提供针对 AI/ML 工作负载 FPGA 架构优化的二维片上网络 (NoC) 和机器学习处理器。

此外，美国的Flex Logix也是领先的eFPGA硬核IP和软件供应商。 Flex Logix 的 EFLX eFPGA 现在可用于 12、16、22、28 和 40nm，是台积电的第一个 eFPGA IP 联盟合作伙伴。

MIPS 和 RISC-V

今年 4 月 29 日，美国 AI 初创公司 Wave Computing 根据美国破产法第 11 章向加利福尼亚州北区圣何塞分行破产法院提出救济申请。未来MIPS会属于哪个国家，目前还不得而知。由于尚未实施，暂时分配到美国阵营。

虽然智能手机热潮绕过了 MIPS 架构，但基于它的近 100 亿个芯片已经用于数千种电子设备。 MIPS架构在嵌入式处理器市场发挥着重要作用，包括Microchip、Mobileye和联发科在内的数百家客户继续在商业上使用它。常见的应用是机顶盒、住宅网关和路由器。

国内也有很多MIPS的忠实用户，比如今年在国内比较熟悉MIPS的龙芯、君正、珠海炬力、上海新联芯。

又一款在业界引起广泛关注的RISC-V，美国也比较早涉足。美国 SiFive 是第一家基于自由开放的 RISC-V 指令集架构构建定制芯片的无晶圆半导体公司。它结合了开源 RISC-V ISA 的强大功能和 CPU IP 的创新，

引入半导体行业，使开发特定领域硅的速度比以往任何时候都快。 SiFive Core IP 产品组合涵盖从高性能多核异构应用处理器到区域优化的低功耗嵌入式微控制器。 SiFive Core IP 标准内核微架构基于 RISC-V ISA，提供 64 位和 32 位选项。

NoC 互连 IP 供应商 Arteris IP 排名第 12 位

2019年，美国IP制造商Arteris IP在15大半导体IP供应商中排名第12位。在排名前 15 的半导体 IP 公司中，Arteris IP 的年收入增长率位居第二，并以 2019 年 3400 万美元的收入占据了互连 IP 市场 31.3% 的份额。这个

增长来自机器学习、汽车、5G 和基础设施 SoC 等领先应用（FlexNoC 互连、Ncore Cache 相干互连、CodaCache 末级缓存 IP）的所有地区和所有产品线。

Arteris 通过发明业界首个商用片上网络 (NoC) SoC 互连 IP 解决方案而成为行业领导者。 Arteris 为片上系统 (SoC) 制造商提供片上网络 (NoC) 互连半导体知识产权 (IP)，以便他们可以缩短周期时间、增加利润并轻松添加功能。

Arteris IP 为百度、Mobileye、三星、华为/海思、东芝和 NXP 等客户提供片上网络 (NoC) 互连 IP，用于加速片上系统 (SoC) 半导体组装应用程序，从人工智能到汽车、手机、物联网、相机、SSD 控制器和服务器。

与传统解决方案不同，Arteris 互连即插即用技术灵活高效，让设计人员能够优化吞吐量、功耗、延迟和布局规划。

结论

从以上分析可以看出，美国成功的IP厂商可以分为两类：一类是Synopsys、Cadence等大型EDA公司提供的一站式IP组合；另一个是那些非常专注和有能力成为其细分市场或子细分市场技术领导者的公司。

这些 IP 提供商的秘诀在于，他们的设计（和产品）质量是第一位的，其次才是创新和先进的解决方案。这对我们来说可能是一个很好的参考。

另一方面，在中国，从排名可以看出，中国大陆只有芯原上榜。目前国内IP的产业影响力较小，但本土企业积极布局。目前有平投格、新来、Innovo、芯原、寒武纪、华大九天、

IP 供应商，例如 Orange Micro、IP Goal 和 Actt。从产品布局和市场影响力来看，这些IP厂商还有很长的路要走。