近來在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，一種新的工作職務(wù)正在崛起，其職稱是“系統(tǒng)架構(gòu)師”（systems architect）。歐洲IC設(shè)計服務(wù)咨詢公司Sondrel坦言，業(yè)界越來越需要系統(tǒng)架構(gòu)師來協(xié)調(diào)SoC設(shè)計項目的每一個層面，包括確保SoC項目符合規(guī)格并且準(zhǔn)時且低成本。

據(jù)Sondrel設(shè)計架構(gòu)主管Paul Martin解釋，系統(tǒng)架構(gòu)師就像是管弦樂隊的指揮。“他或她必須對項目所需的所有技能有深刻的理解，知道這些技能在項目順序中發(fā)揮的時機，就像指揮家所做的一樣，讓管弦樂團的每種樂器群分別在正確的時間演奏。”

在深入說明系統(tǒng)架構(gòu)師一職的實質(zhì)內(nèi)涵之前，最重要的是知道SoC設(shè)計項目中的每個團隊往往都有一個特定的用戶心智模型。例如，產(chǎn)品經(jīng)理會專注在終端用途與產(chǎn)品應(yīng)用上。系統(tǒng)架構(gòu)師在此的工作則是著重在功能面和執(zhí)行面，并確保實現(xiàn)需求。

系統(tǒng)架構(gòu)師必須能提取產(chǎn)品需求并有效地表達，才能讓技術(shù)和非技術(shù)利害相關(guān)者無需了解過多技術(shù)細節(jié)，而能掌握產(chǎn)品意圖并作架構(gòu)選擇。

SoC架構(gòu)探索

系統(tǒng)架構(gòu)師的工作從需求獲取階段開始，此階段要辨識、制訂和記錄所有已知的功能與指針，包括以明確完整的提案提出效能要求。這階段也要辨識尚未完全理解或?qū)砜赡芗{入的功能。系統(tǒng)架構(gòu)師在此階段還必須確定并規(guī)劃完成這些功能的驗證與量化所需的任務(wù)。

其次，這些需求會進入分析階段，提供設(shè)計和實施團隊輸入的適當(dāng)構(gòu)想。這個迭代過程會針對所有的功能性產(chǎn)生包含架構(gòu)設(shè)計的規(guī)范，而其功能包括決定對于功率、效能和面積（PPA）的估計。

圖1：SoC架構(gòu)探索是一種嚴格的方法，用于獲取SoC必須執(zhí)行的一個或多個應(yīng)用使用案例和數(shù)據(jù)流。（數(shù)據(jù)源：Sondrel）

架構(gòu)分析包括架構(gòu)探索、IP選擇和規(guī)格、需求驗證以及項目執(zhí)行計劃的產(chǎn)生并詳述后期階段的主要任務(wù)。在這里，候選架構(gòu)之架構(gòu)探索是關(guān)鍵組成要素，因為它經(jīng)由對提案進行建模、評估已知或可參考的使用案例讓架構(gòu)設(shè)計去蕪存菁。

這種做法能夠動態(tài)地定義系統(tǒng)拓撲并提供諸如內(nèi)存、總線結(jié)構(gòu)和配置的數(shù)據(jù)/控制路徑等資源。因此，架構(gòu)探索可以評估、驗證連接性、時序和效能等功能面的質(zhì)量，進而對設(shè)計的正確性產(chǎn)生可信度。后期階段則會采用更詳細、更準(zhǔn)確的模型來確定和修正架構(gòu)實施過程中的潛在錯誤。

總而言之，系統(tǒng)架構(gòu)師會檢查探索活動的結(jié)果，并逐漸匯整歸納出最適合SoC的架構(gòu)。然后，架構(gòu)師再與產(chǎn)品經(jīng)理溝通調(diào)查的結(jié)果，產(chǎn)品經(jīng)理可能會決定修改需求或與系統(tǒng)架構(gòu)師合作，進一步改善該候選SoC的架構(gòu)。

系統(tǒng)架構(gòu)師：工作描述

以上主要是針對SoC設(shè)計做初步描述（即SoC架構(gòu)探索），讓人一窺系統(tǒng)架構(gòu)師的工作內(nèi)涵。西門子數(shù)字工業(yè)軟件公司（Siemens Digital Industries Software）資深副總裁兼IC驗證解決方案總經(jīng)理Ravi Subramanian表示，系統(tǒng)架構(gòu)師需要具備一套獨特的技能資格。首先是擅長在組織中跨多個層級協(xié)調(diào)的能力。

另一個重要技能是在促成SoC架構(gòu)和微型架構(gòu)規(guī)范上有實質(zhì)的經(jīng)驗。根據(jù)Subramanian的說法，系統(tǒng)架構(gòu)師必須了解需求、分析、規(guī)格、加工、建模、實施和驗證/確認的周期循環(huán)。“了解工作負載分析和計算機架構(gòu)效能分析也是關(guān)鍵所在。”

依據(jù)Arteris IP公司副總裁兼IP部署總經(jīng)理Isabelle Geday的說法，擔(dān)任這項職務(wù)需要具備系統(tǒng)導(dǎo)向的思維，也就是需要有整體性的做法確保所設(shè)計的系統(tǒng)能夠成功。“系統(tǒng)架構(gòu)師需要對設(shè)計和驗證有深入的理解，并掌握目標(biāo)應(yīng)用與領(lǐng)域的各個關(guān)鍵層面。”同時從系統(tǒng)面根據(jù)其架構(gòu)的定義，思考有效處理安全性、保護和效能的方法。

圖2：從區(qū)塊到子系統(tǒng)再到完整的SoC設(shè)計，都需要系統(tǒng)架構(gòu)師直接或間接參與監(jiān)督。（數(shù)據(jù)源：Sondrel）

Isabelle Geday曾經(jīng)是總部位于法國巴黎的Magillem Design Services公司（已于2020年為Arteris IP收購）創(chuàng)辦人兼首席執(zhí)行官。她補充說，系統(tǒng)架構(gòu)師應(yīng)該了解目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域，因為他們要推動系統(tǒng)需求和衍生的相關(guān)管理。因此，必須與營銷團隊協(xié)調(diào)合作、溝通才能訂定產(chǎn)品管理策略，有效處理SoC的復(fù)雜性。

Geday指出，安全與保護特別重要，因為SoC目前在汽車、通信和國防上的應(yīng)用越來越重要。由此產(chǎn)生的壓力對半導(dǎo)體業(yè)而言是相對較新的壓力;例如2018年發(fā)布的ISO 26262第11章（Chapter 11）。

因此，系統(tǒng)架構(gòu)師一方面應(yīng)該在開發(fā)過程中與安全、保護及效能的專家密切互動;另一方面，他們需要與設(shè)計及驗證團隊協(xié)調(diào)合作，以確保系統(tǒng)可行性，進而使系統(tǒng)付諸實現(xiàn)。

正如同Martin所指出的，另一個重要的考慮因素是將需求轉(zhuǎn)換為建模流程所需的數(shù)字用戶線（DSL）格式。因此，熟悉可產(chǎn)生使用案例之可執(zhí)行規(guī)格與可視化的工具非常重要。 誰有資格勝任此工作？

依據(jù)Subramanian的說法，系統(tǒng)架構(gòu)師必須對計算機系統(tǒng)工程、計算機架構(gòu)，包括儲存系統(tǒng)、軟件和硬件有深入的了解。換句話說，系統(tǒng)架構(gòu)師需要在定義及實施運算設(shè)備的架構(gòu)方面累積10余年的經(jīng)驗。

系統(tǒng)架構(gòu)師必須了解需求、分析、規(guī)格、加工、建模、實施和驗證/確認的周期循環(huán)。因此，了解工作負載分析和計算機架構(gòu)效能分析極其關(guān)鍵。

整體而言，這相當(dāng)于在SoC設(shè)計流程、實施和驗證的各種方法論上都積累了實質(zhì)的經(jīng)驗。系統(tǒng)架構(gòu)師還必須熟悉接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格;在功率、效能、面積（亦即PPA）的專業(yè)知識上都能均衡掌握也是重要的加分優(yōu)勢。

圖3：在SoC設(shè)計項目的后期階段，采用了更詳細、更準(zhǔn)確的模型來確定及修正架構(gòu)實施過程中的潛在錯誤。（數(shù)據(jù)源：Sondrel）

正如Martin指出的，系統(tǒng)架構(gòu)師通常是透過簡報、電子表格或文件了解使用案例需求。Geday說，對此，系統(tǒng)架構(gòu)師必須運用再利用策略將先前的設(shè)計加以發(fā)揮。“然而，定義再利用策略以因應(yīng)衍生的管理，并從系統(tǒng)層面考慮變化性并非易事。”

這需要以系統(tǒng)級的表示法將現(xiàn)有的IP與子系統(tǒng)等信息加以整合，用于推導(dǎo)架構(gòu)的定義;失效模式和影響分析（FMEA）就是一個很適當(dāng)?shù)陌咐eday說：“再利用策略需要有一致的自制或外購策略之支持。外購可節(jié)省時間而自制可獲得競爭優(yōu)勢，同時確保最終都能符合內(nèi)部與外部IP以及由此產(chǎn)生的SoC設(shè)計。”

系統(tǒng)架構(gòu)師：工作分析

在充份解釋系統(tǒng)架構(gòu)師各方面的工作后，為了更加清楚起見，逐步分析這份工作的內(nèi)涵也很重要。依據(jù)Subramanian的說法，系統(tǒng)架構(gòu)師在SoC設(shè)計項目中的工作流程，典型細分如下：

需求獲取：包括與產(chǎn)品管理部門合作以取得全面的產(chǎn)品需求摘要。

產(chǎn)品分析：這涉及建立架構(gòu)設(shè)計的規(guī)范，其中包括估計功率、效能與面積。這需要全面了解如何將SoC整合到終端平臺，并明確定義使用案例與軟件工作負載，讓SoC成功受到采用。

架構(gòu)規(guī)范：系統(tǒng)架構(gòu)師必須確保產(chǎn)品分析的輸出或SoC架構(gòu)的定義能夠符合要求與使用案例的驗證方法。

架構(gòu)探索：包括探索、IP選擇和規(guī)格、需求驗證以及項目執(zhí)行計劃的產(chǎn)生，并詳細闡述主要工作任務(wù)。架構(gòu)設(shè)計是透過對架構(gòu)提案建立模型并評估已知或可參考的使用案例來完成。因此，所有功能層面，諸如連接性、時序、效能等都要經(jīng)過評估和驗證，以確保設(shè)計正確性的可信度。后期階段要采用更詳細、更準(zhǔn)確的模型，用來確定及修正架構(gòu)實施期間的潛在錯誤。

建模：這需要開發(fā)必要的模型并改進建模方法。

實施及驗證：這個階段涵蓋從區(qū)塊到子系統(tǒng)再到SoC之實施及驗證。

使用案例驗證：這涉及需求階段所定義的使用案例與工作負載的驗證。

系統(tǒng)整合驗證：這需要在系統(tǒng)環(huán)境的特定使用案例下驗證SoC與工作負載，例如在先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）設(shè)計中可在SoC上運作的軟件。

圖4：建模能夠探索未知，模型中的錯誤比在SoC中更容易修正。（數(shù)據(jù)源：Sondrel）

系統(tǒng)架構(gòu)師工作的藍圖仍隨著SoC的發(fā)展而演變著。然而，這項新工作的基本原則在未來仍然可能適用。同時，在人員數(shù)、工具和單次工程費用（NRE）等方面的龐大費用將更突顯出SoC系統(tǒng)架構(gòu)師重要性。

審核編輯：郭婷