半導體設計的發展推動了現代片上系統（SoC）達到前所未有的復雜程度。當今最先進的SoC通常集成數百個智能屬性（IP）塊，涵蓋多個處理單元、專用加速器和高速互連。這一快速擴展還得益于多芯片架構的興起，旨在將擴展性和性能擴展到傳統單片設計的限制之外。

這些進步帶來了重大挑戰，尤其是在管理實現芯片間無縫數據流的互連結構方面。傳統的互連解決方案，如交叉開關和總線架構，已被片上網絡（NoC）取代，后者提供可擴展的高帶寬通信，同時優化電力效率。

不過，工程師仍需手動實現NoC設計的某些方面，使得工藝勞動強度較大。任何設計任務都是手動完成的，都可能引入錯誤。然而，隨著SoC規模的擴大，NoC設計已達到一個臨界點，手動實現已不可行。

NoC設計中的挑戰

設計高效的NoC是一個多方面的過程，涉及眾多相互依賴關系。它首先定義每個IP塊的通信需求，指定接口協議、數據寬度和性能約束。設計者還必須確定NoC的拓撲結構，從網格或樹形配置中選擇，以優化帶寬、延遲和面積。

路由擁堵是另一難題，尤其是在先進的工藝節點中，線路延遲增加了互連密度，加劇功耗和信號完整性問題。設計者必須在功耗、性能和面積（PPA）之間權衡，同時確保NoC與更廣泛的SoC架構無縫集成。

不斷增加的處理元件使這些工作更加復雜，需要對緩沖區、流水線階段等進行精確調優以保持效率。這些權衡必須被謹慎管理，以優化整體性能。

向NoC自動化的范式轉變

鑒于這些挑戰，行業必須轉向利用機器學習（ML）啟發式算法和智能算法優化NoC生成的自動化解決方案。自動化NoC生成需要智能NoC IP來解決傳統設計方法中的多個痛點。

自動化NoC設計可以將開發周期縮短一個數量級，將迭代時間從數周縮短到幾天。自動化的NoC解決方案消除了耗時的人工調整，實現了快速的設計探索和融合。工程師可以在更短時間內遍歷多個NoC配置，以最小的人工干預評估各種權衡。

這種加速的工作流程不僅縮短了整體項目進程，還使團隊能夠快速響應變化的設計需求，確保資源利用更高效。

智能算法能夠識別最優的NoC布局，將線路長度最小化超過20%，延遲減少10%或更多。通過分析連接模式和流量需求，這些算法確保數據路徑盡可能高效，同時避免擁堵和過度的路由復雜性。

自動化拓撲優化還考慮了物理設計限制，如布局阻塞和時序閉合挑戰，打造出在高性能與能效之間取得平衡的互連結構。這造就了一個更具可擴展性和適應性的NoC架構，能夠滿足AI、高性能計算（HPC）及其他數據密集型應用的需求，避免不必要的開銷或瓶頸。

支持單片SoC和多芯片架構，自動化確保了不同設計間的高性能連接。隨著SoC不斷復雜，集成多個計算元件、加速器和內存子系統，NoC自動化提供了靈活調整互連設計以適應不同配置的能力。

這種適應性對于下一代人工智能、高性能計算和汽車系統應用至關重要。這些系統中的異構處理元素必須在統一設計中高效協作。

高級自動化包含布置和布線約束，減少擁塞并提升硅片面積效率。通過在NoC生成過程早期整合物理設計意識，自動化解決方案確保互連在邏輯性能方面得到優化。

智能NoCIP分析樓層平面約束，識別出最小化線路長度和減少時序瓶頸的最佳路由路徑。此外，它還考慮了電力分配、熱量和擁塞熱點，從而提升整體硅片利用率。這使設計流程更具可預測性，布局與布線過程中所需的迭代次數更少，最終加快了流片時間，同時保持高性能互連完整性。

實際性能提升

領先的半導體公司已實施自動化智能NoC知識產權生成，報告稱生產率和硅片效率均有顯著提升。有一次，開發團隊在開發ADAS SoC時，從手動NoC設計流程轉向自動化工作流程。

最初，手動方法的拓撲生成需要20小時，后來由經驗豐富的NoC工程師優化至3小時。然而，自動化后，同一任務最初只需四小時，后續迭代僅需10分鐘。

另一個例子是固態硬盤（SSD）控制器SoC，手動設計NoC時拓撲編輯和流水線需要33小時。采用自動化方法，設計時間縮短至5.5小時，縮短了83%。除了節省時間外，線材總長度縮短了25%，直接提升了電力效率和性能。

更智能的NoC設計方法

這種自動化水平對于滿足現代SoC設計的需求至關重要，因為手工互聯實現已不再可行。例如，Arteris的FlexGen智能NoC知識產權提供了突破性解決方案，利用先進算法智能自動化NoC生成，同時確保最佳性能、能效和可擴展性（見圖）。

FlexGen自動化優化了NoC設計，相比手動方法降低了功耗和延遲。

FlexGen的另一個優勢是物理感知，確保NoC設計在流程早期就符合戶型限制和布線要求。這改善了時序閉合，減少擁塞，優化了硅面積，使設計流程更加可預測和高效。

此外，FlexGen通過解決先進工藝節點的線材管理挑戰，提升了硅片效率。其智能啟發式優化數據路徑路由，進一步減少擁堵并提升能源效率。

FlexGen 智能 NoC IP 支持雙接口方法，支持圖形設計和腳本設計。這使得設計者能夠迭代優化互連拓撲結構，同時保持對性能、擁塞和物理設計約束等關鍵參數的控制。工程師可以在設計過程中保持效率和可擴展性的同時，微調連接性。FlexGen 支持自動 NoC 生成與手動調優的結合，確保設計團隊能夠根據需要調整 NoC 實現。

通過與物理設計工具無縫集成，FlexGen智能NoC知識產權有助于加快開發周期，減少線路擁塞，并提升硅片利用率。

隨著半導體復雜性不斷提升，NoC自動化在實現高效、可擴展和高性能SoC設計中的作用變得愈發關鍵。自動化NoC解決方案通過消除手動瓶頸、縮短設計時間和優化互聯效率，助力半導體公司加速人工智能、高性能計算、汽車和存儲應用領域的創新。

向自動化的轉變不僅僅是方便，更是滿足下一代計算架構需求的必備。