這家來自劍橋的小公司只有一個競爭對手——ARM

當前SOC設計挑戰越來越大，因為上市時間要求越來越短，差異化越來越難。系統級的複雜性越來越高，包括軟硬體的集成，以及大量異構的核的使用。另外，對於安全性、安全防範的要求也越來越高，要求晶元無論是在實驗室還是追蹤應用的過程中性能更高。

2017年11月14日，領先的嵌入式分析技術開發商Ultra SOC在深圳舉行媒體見面會。並宣布Microsemi在基於Risc-V開源處理器架構的產品中全面採用UltraSOC架構。Microsemi在存儲、網路卡領域處於全球領先的地位。UltraSOC是主要的開發和支持工具，這個新聞對於Risc-V社群是非常重要的發布。同時Microsemi也是Risc-V社區非常重要的玩家。

此前，Ultra SOC曾宣布了一項重要的全球性擴展，以滿足一系列電子產品對更複雜、且能自我感知的硅晶元日益增長的需求，這些產品包括從輕量級感測器到支持互聯網的伺服器群組等。Ultra SOC的RISC-V處理器跟蹤功能實現方案將在2017年Q4推出。

Ultra SOC的半導體知識產權（SIP）產品可簡化系統級晶元（SOC）的開發，並未涉及人員提供有價值的嵌入式分析功能。Ultra SOC的技術最初開發出來時是一種晶元開發工具，用來幫助開發人員做出更好的產品。目前它主要應用在一系列應用需求中：如汽車行業中的安全性和安防，因為自動駕駛汽車發展帶來了前所未有的變化和風險；又比如從互聯網搜索到數據中心等大數據應用的優化；以及IoT的安全性等。

根據Semico Research估計，晶元製造商通過在開發流程中使用UltraSOC的技術，可使得眾多項目盈利翻倍，開發成本可削減1/4。UltraSOC的授權客戶包括海思、imagination 、Movidius（被Intel收購）和Microsemi。另外還有一部分客戶因為簽了NDA協議，是不能透露名字的。合作夥伴則包括晶心科技、ARM、Cadence、CEVA、Cadence、Codasip、MIPS等IP公司。

UltraSOC是一家什麼公司？

UltraSOC首席執行官Rupert Baines

UltraSOC首席執行官Rupert Baines表示，UltraSOC是一家英國劍橋的小公司。總部位於英國的劍橋，辦公室離徐志摩當年生活的地方很近。

UltraSOC目前還是一家由VC提供資金的公司，所有的技術來源於大學。特別是投資陣容很強大，公司的董事長是加州伯克利大學分校的一位教授，同時他也是Snopsys和Cadence的聯合創始人。

UltraSOC的商業模式如同ARM，是一家半導體IP公司。它們不銷售晶元，所有的IP都賣給Intel、海思、imagination、Microsemi這些晶元公司中。UltraSOC的IP是幫助客戶解決半導體行業面臨的最大問題。今天的SOC設計面臨很多大的挑戰，晶元變得越來越複雜，多種單元和處理器，還有很多軟硬體的集成。

正因為如此，所以設計一個晶元，以及把設計晶元推向市場所需要的成本都越來越高。所以產生這個現象的原因主要是設計方法還沒改變，大家都還在用30年歷史的設計方法。

這些面臨的挑戰比如系統級的複雜性，大家可能聽到Synopsys的總裁兼CEO反覆提到系統複雜性，因為有太多的單元和軟硬體的協同。另外一個挑戰是安全性，比如汽車業有對SOC的標準，另一方面是信息的安全。開發和上市成本提升非常快的原因，是設計方法比較傳統，主要是單元級上做開發。其實每個單元內部都有非常好的成功的方法，但都不是系統級的解決方案。這就是UltraSOC要解決的問題。

所以，UltraSOC幫客戶解決很多業務本質的問題，可以改變行業內如何讓產品更快上市，如何去優化硬體、軟體的協同，怎麼引入RISC-V。

對於UltraSOC來說，它們的技術為什麼能解決這些問題？是因為有一個庫，這個庫大約有30多個組件。因為幻燈片中淺藍色的問題就是這些組件解決的問題，這些系統設計師就是把這些組件應用到晶元設計的不同部分。

UltraSOC的組件能夠智能的懂得SOC中各個單元和軟硬體，包括可以讀懂ARM和RISC-V的軟體，也可以讀懂硬體。換句話說，UltraSOC可以把SOC的各個部分放到一個系統中去，可以全面的看到硬體和軟體設計的整體狀態。

這是一個非常典型的設計，是手機處理器，裡面有ARM的處理器，也有可以理解ARM軟硬體的組件，同時也有CEVA的DSP。對於UltraSOC的軟體也能理解DSP的設計，同時也可以作為一個整體來進行理解。它們也有專門針對硬體的組件，比如針對匯流排和晶元類的互聯。同時它們把所有這些軟硬體分析功能，放到一個整體的分析功能下面。所以UltraSOC的IP可以解決很多問題，比如很常見的是我在做一個晶元設計的時候，CPU的確工作，但是速度沒有做產品定義和規劃的時候這麼快。

UltraSOC的系統還可以解決很多系統級的問題，比如系統的被掛起和鎖死，這是電子系統常見的問題。當年TD-SCDMA大發展的時候，曾經的合作夥伴是系統每8天要死一次機，對於系統設計人員來說這是很頭痛的事情。

這個系統的被掛起和鎖死是一個系統設計中非常嚴峻的挑戰，因為你去做模擬，大概每8天死一次機，模擬速度很慢。要做一次模擬，不一定能找到問題。對於UltraSOC來說，去解決這樣的問題非常快，從而給設計人員和UltraSOC帶來很大的方便。

這個幻燈片上列的是UltraSOC在片上分析IP的好處，其中很重要的原因是如果能夠了解SOC設計裡面的每一件事情，就會有針對性的解決相關的問題。由於這個IP是一直處在晶元內部的，所以既可以用在實驗室做產品研發的時候去做調試工作，也可以在產品應用現場，不同的應用場景下去了解和優化你的晶元設計。

因為UltraSOC支持相關的安全性，有一個標準是用於信息安全的，用於防止黑客入侵，也有支持ISO26262的標準。這個IP可以觀察這個晶元是否可以正確正常的工作。正式因為UltraSOC出售的是IP，所以只需要不到1%的DIE面積，就可以大大提高性能，同時減少BUG，還可以降低功耗。按照一項研究，同時也可以加速產品上市，利潤率可以達到2.3倍。

那麼UltraSOC的IP是如何工作的呢？一共有3個層面上的工具，第一層是大約30種的分析模組，他們的功能是能夠理解晶元的SOC的不同的部分。比如ARM的軟體和CEVA的軟體，以及匯流排、內聯的硬體。他們的優點是本地化的智能，所有這些模組都是在本地化工作，就在相關單元的旁邊以系統級的速度來工作，同時不是侵入性的，不會影響任何系統的性能。

第二層是它們的單元模塊之間的結構，可以被重新配置的。當他們發現一個處理器有問題的時候，相互之間會溝通，把更多的資源集中到處理器中去做相應的分析。然後，但是他們是獨立的不會去影響處理器的工作。

最後一部分是他們的連接通訊器，因為需要把他們的單元和外部世界連接到一起，所以這些通訊器可以用晶元設計中非常標準的協議來做連接，也可以用常用的USB協議把晶元內部的IP和外部環境連接到一起。另外一個是，UltraSOC只在片上工作的模式，比如這個晶元已經發貨了，他們的IP不需要跟設計師再做溝通，也會幫助晶元去優化性能和功能。

UltraSOC提供所有軟硬體的全面可視化操作系統，這就是UltraSOC的典型操作界面。中間有紫色編碼的部分是軟體跟蹤顯示，他們的IP已經找到另一個斷點，同時右邊已經顯示到了硬體，當斷點出現的時候，匯流排上當時正在做什麼操作，有什麼信息的溝通？相應的硬體的行為也可以看到，右邊是統計數字，包括內部架構上的延遲。

最左邊是模塊的工作情況，中間是處理器的工作情況，可以支持UltraSOC的IP，可以支持目前來看客戶開發最多的數量是256個核，還有客戶正在開發最多4000個核的晶元。(比如超級相控陣雷達)

在絕大多數晶元或電子系統中，右上角的統計數據來看，系統工作都是一開始性能慢慢提升，到了一個高點後，系統性能下降，有可能是你的內存出現泄漏，或者匯流排出現擁堵，或者其它的一些原因。UltraSOC就是幫助你分析和找出具體的是哪些原因。

如果是軟體開發工具，很多公司都有，但是市場上還沒有硬體的這種商業化的跟蹤分析工具。所以能夠把軟硬體和相關統計數據同時提供的目前只有UltraSOC。

現在我們看到的是更多的案例，有一個非常常見的問題：UltraSOC的緩存問題，這個時候大家的CPU設計並沒有問題，這是一個軟體的問題。你需要去找相關的軟體問題，如果用它們的工具可以很方便的解決這一類的問題，緩存的優化可以提升CPU 20%的性能。

後面兩種情況是存儲器、控制器的問題，這是晶元中非常複雜的設計，需要很優化的設計。在高速存儲數據中，存儲器、控制器有可能成為數據存儲的瓶頸。比如左邊的存儲器的情況，是系統的存儲不平衡；右邊是存儲的流量峰值的波動，用UltraSOC就可以很方便的幫助設計人員發現這些問題。左下角的案例，如果不用UltraSOC就基本不可能去發現這些問題，但是在系統實時工作的情況下，出現一個小小的問題讓Moden宕機了，用別的工具很難發現，用UltraSOC就很容易找到這個原因。

UltraSOC也可以在實驗室作為工程開發工具來使用。同時UltraSOC在產品生命周期都能用，比如一個很大的一家客戶用UltraSOC的片上分析 IP。這家客戶的晶元在汽車使用中會不斷檢測晶元的狀態，這是可以滿足IS026262標準的IP，這個標準在汽車領域是非常難通過的，也是非常重要。

另外一個跟安全性一樣重要的是安全防範，因為實施的硬體檢測可以發現任何工作不正常的地方，比如CPU的工作情況。如果CPU被鎖死了，CPU會不斷跟系統打招呼，停止其它一切工作，這個時候你可以知道CPU被攻擊了。這是因為UltraSOC的IP是在硬體中，對於藏在OS後面的，是看不見的。所以進攻者不可以停止監測，去干擾監測。不像其它的軟體層信息防範工具，黑客進攻是可以去停止或欺騙看得見的防範工具。

那麼，UltraSOC是否可以在晶元具體使用之前進行提前的模擬測試？實際上UltraSOC也希望進入更大的空間，目前已經在這個領域把軟體授權給了Mentor，用在它的模擬模擬的平台上去，可以使得UltraSOC的模擬更高效，但是更多的客戶還是應用到系統級的設計或監測工具。

對於UltraSOC最大的市場是數據中心和伺服器，這些數據大的互聯網公司都在開發自己的晶元去優化網路。比如美國的亞馬遜、微軟、Facebook，國內的百度、阿里巴巴、騰訊都在做自己的硬體，包括華為的海思、高通這些公司都在做用於伺服器的晶元。

為什麼他們要自己開發晶元？因為類似阿里這樣龐大的營業收入，他們要確保自己的伺服器工作很流暢。亞馬遜有一個研究，100毫秒的延遲等於自己的營業收入減少1%，對於亞馬遜的收入來說這是很大的損失了。所以這些互聯網公司都在努力讓系統工作得很流暢和正常。（PS：讀者可以到UltraSOC的網站去看一下，很全面的介紹互聯網和伺服器之間的關係，其中一份谷歌和微軟做的調查，會詳細介紹延遲帶來的損失。）

總結一下UltraSOC能提供的產品，UltraSOC的IP在客戶的SOC中不斷的分析晶元和收集相關數據，這些數據可以被設計人員用在不同的地方，在開發階段縮短上市時間，可以創建更好的產品。除了剛才說的開發階段用的數據外，還有非常有價值的信息，可以用在更多的地方，讓晶元可以工作得更好，更少的問題。而且你也可以在產品的整個生命周期上去使用IP，比如用於安全性，以及信息安全方面的防護，可以監控晶元，防止惡意攻擊。

UltraSOC是一個開源的CPU，包括商品化的CPU設計，類似於Linux。所以在CPU設計領域，可以下載Risc-V的源程序自己做設計，也可以買SiFive的授權來做設計。

對於UltraSOC來說，中國市場非常重要，許多中國公司都在關注和投入Risc-V的晶元，他們希望晶元設計更多的本地化。除了很多大客戶，中國還有很多半導體初創企業，比如很多一些中國的新創公司去開發很先進的應用。

UltraSOC是業內唯一一家提供商品化的Risc-V開發環境的公司，包括追蹤、監測、調試CPU的運行，也可以用在完全的OPEN-SOURCE裡面。因為他們的產品提供開發環境，如果完全從開源的做起，支持運行控制，追蹤、調試。也可以去全球最領先的幾家做Risc-V內核開發的公司。

從ARM到Risc-V，從「霸權主義」到「民生」模式

20年前，信息產業高度垂直化，Intel做了所有的事情，比如CPU、內存、GPU和晶元架構都由一家公司決定。同樣的事情發生在MoTO、TI、富士通這些公司，在不同的領域都出現了壟斷的局面。

但是現在這個情況改變了，比如說幾年前大家可以購買不同的授權，比如ARM的CPU，CEVA的DSP來集成到產品中去。根據不同的需求來做產品，從完全垂直的產業結構到今天已經有很大改變。但是類似於Risc-V這樣的CPU的開源架構更推進了一步，大家不用買了，可以通過分享、交流獲得知識產權，如同Linux在開源軟體領域的地位。

那麼Risc-V和ARM架構來比較的話，哪個更具優勢呢？如果從市場比較來看，這種比較還太早。從技術上來比，比如功耗、性能和面積比較來看，因為最終晶元的性能是由晶元開發商來實現的。Risc-V只是一個架構，目前的產品類似於ARM的M/5，因為是開源的，需要優化，因此需要找SiFive這樣的公司來優化。如果是免費的，可能性能不會最好。從功能來看，Risc-V主要是M系列的功能，明年會推出64位的產品，相當於ARM A53的產品性能。

「對於我們這些半導體產業的人來說，我們正看到設計模式的一種轉變，即從老牌獨家廠商的『霸權主義』轉移到一個更加開放和接近『民生』的模式，」 Rupert Baines表示「這得到了Risc-V群體創新活動的力爭，而UltraSOC在其中扮演了重要角色。我們的技術可解決當今科技公司面臨的更多樣化的問題，儘管這些技術被深度嵌入在硅晶元中且不會被周遭的世界看見。」

本文為國際電子商情（微信公眾號：esmcol）原創文章，版權所有！

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