NoC入局，MCU变革势不可挡

微控制器（MCU）需求的不断演变

历史上，微控制器（MCU）主要服务于相对有限的目标，如汽车发动机和家用电器的控制单元。其架构相对简单：包括一个8位处理器、内存、外设、定时器和计数器。一个发起者，几个目标，通过交叉开关互连即可轻松满足需求。设计支持团队经常为这种互连构建自己的生成器。少数团队甚至构建了自己的片上网络（NoC）生成器，以处理更复杂的系统互连。

如今，即便是传统的内部生成器也面临着压力，部分原因是竞争和监管要求，部分原因是为了满足可扩展性的期望。人工智能（AI）无处不在，在微控制器中同样如此，以支持智能感知。智能家居、汽车、城市、工厂等自动化需求，都需要具备通信支持的智能微控制器。许多微控制器还必须优先考虑安全性和保障性，同时每单位的成本和功耗需求都非常有限。计划部署数千台设备的城市和工厂希望单价最多几美元，甚至希望维护成本更低。

微控制器正在不断发展以满足这些需求；现在，有时已很难区分微控制器和系统级芯片（SoC）的界限。根据Arteris的产品管理和市场营销副总裁Andy Nightingale的说法，微控制器在SoC之外延伸出了一条长尾，从复杂设备一直到简单设备。在成本比增加功能更重要的场合（例如简单玩具或基本家用恒温器），简单微控制器仍有其用武之地，但无论这个临界点在哪里，只要超过了这个点，就必须在芯片上支持更多功能，而这通常需要NoC连接。

推动主流NoC发展的因素

是什么在推动这个微控制器范围中较简单一端的变革？部分原因是功耗降低。即使在没有流量的情况下，网络也会消耗功耗，这是一个在专注于最小化端点IP功耗时容易忽视的事实。仅这一功耗组件就可能成为一项重要的开销，除非您使用的是像Arteris FlexNoC这样的网络，它支持 电源 域切换和网络内的动态电压频率调整（DVFS）。

安全标准已成为另一个推动因素。如果微控制器将用于任何安全关键型应用（ 汽车 、飞机、工业机器人等），您必须证明其符合适用的标准，这同样适用于网络和端点IP。Arteris已经为 汽车 应用的ASIL B和ASIL D标准完成了基础工作。

在更高的复杂性下，许多使NoC在SoC设计中必不可少的要求，在微控制器设计中也同样相关。在使用传统和第三方IP的设计中，对多种协议（AXI、ACE-lite、ACE、CHI、APB等）的支持是不可避免的，而只有通过NoC提供的分组化，才能实现具有多个发起者和目标系统的可接受性能。

AI 加速器、多核 处理器 以及性能要求正在推动新的网络拓扑结构：网格、树形、Clos，甚至在某些情况下还有交叉开关，这要求NoC生成器具有在这一范围内提供支持的良好记录。同时，网络标准也在不断发展。在调试和参数建模中，对ATB 128位跟踪和现在的DVM 8.1的支持已成为必不可少。AMBA 5现在支持“暂存”以提高内存利用率、延迟和带宽，这也需要NoC生成器的支持。只有网络不断跟踪这些新需求，才能保证实现高端目标。

在实施方面，现在已经很清楚，复杂的NoC设计必须从一开始就同时考虑物理和架构方面。可以根据粗略的布图概念在早期优化总线宽度和序列化选项，并根据实际的布图在后期进行微调，以最佳地优化面积/性能权衡。正如多年前在块设计的物理综合中出现了逻辑/物理协同设计一样，现在在全系统设计中，这一需求也变得不可避免。

可扩展性的战略规划

正如一些设计复用专家所说，没有哪个设计是孤立的。我们今天所构建的内容也必须考虑到未来更大规模或重新设计的计划。或者，设计复用可能朝着相反的方向发展。 汽车 原始设备制造商（OEM）可能首先为 汽车 系列的高端车型设计一个系统，并打算在未来在低端车型中部署相同的系统或降级版本。为了支持这些目标，有必要规划一个设计基础设施，该基础设施能够无缝跨越从低端微控制器到高端微控制器再到系统级 芯片 的范围，而无需进行根本性的网络重新设计。

基于NoC的网络具有内在灵活性，加上物理感知设计，Arteris网络可以轻松跨越这一范围（因为它们已经在高端SoC设计流程中得到了广泛应用）。分层NoC已经像分层交叉开关一样常见，因此重用方法也已经得到了充分验证。似乎相当明显，NoC架构是可扩展性的发展方向。

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