隨著狹義摩爾定律的終結(jié)，單純依靠CPU這種通用算力完成特定領(lǐng)域計(jì)算任務(wù)已經(jīng)越來越不可行，面向特定領(lǐng)域完成專用ASIC設(shè)計(jì)是芯片設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)主要任務(wù)。一名合格的ASIC架構(gòu)師，接到一項(xiàng)新的工作任務(wù)時(shí)，一般需要首先考慮如下四個(gè)問題：

1. 決定軟硬件分工

更準(zhǔn)確的說，是決定ASIC承接哪些feature，又把哪些feature交還給軟件。

-) 一般而言，固定的大規(guī)模計(jì)算（譬如加解密和編解碼）和數(shù)據(jù)流的搬移是ASIC一定要承接的任務(wù)

-) 可以靈活實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制和演進(jìn)過程中的計(jì)算則需要交還給CPU/DSP（說白了就是軟件實(shí)現(xiàn)）

-) 對于實(shí)時(shí)性要求高且又需要一定靈活編程能力的控制可以選擇軟件定義硬件（SDH, Software Defined Hardware）來實(shí)現(xiàn)

2. 梳理control flow和data flow

確定HWA（Hardware Accelerator）需要實(shí)現(xiàn)的功能后，接下來就需要完成control flow和data flow的整理，通俗的講，是確定以下內(nèi)容：

-) HWA的上游是什么，HWA or SW

-) HWA的下游是什么，HWA or SW

-) 控制信息是如何輸入的，又該怎么把狀態(tài)結(jié)果輸出給下游

-) 數(shù)據(jù)是如何流入的，又怎么供給到下游使用

做好控制流和數(shù)據(jù)流的梳理，確定控制和數(shù)據(jù)的流動模型，是做好HWA架構(gòu)的前提。在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要考慮如下兩個(gè)方面，做好架構(gòu)層面的trade-off

-) 高效的完成控制流和數(shù)據(jù)流的輸入和輸出，減少軟件MIPS消耗

-) 保持適度的靈活性，保留靈活配置能力、調(diào)試能力、工程打補(bǔ)丁能力和后續(xù)升級能力

聽起來似乎是相互矛盾的，這就是芯片設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)，沒有完美的解決方案，只有根據(jù)自己根據(jù)需求理解和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的trade off，需要找到的永遠(yuǎn)是最合適的解決方案，而不是最好的解決方案或者某個(gè)維度最優(yōu)的解決方案

3. 定義軟硬件接口

作為干過HWA和SOC、Modem和AP、硬加速和SDR的人，有時(shí)候比較驚訝的發(fā)現(xiàn)自己和很多兄弟對軟硬件接口設(shè)計(jì)的理解是如此不同的，這也是我寫這篇文章的主要目的，好好講講我理解的軟硬件接口。

于我而言，軟硬件接口設(shè)計(jì)是否合適，是芯片設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵因素。一般來說，軟硬件接口的設(shè)計(jì)原則如下：

-) 極致的PPA并不是最優(yōu)的追求，特別是最優(yōu)的area和power，往往意味著普通的performance和極度緊繃的彈性。以成本為目標(biāo)的設(shè)計(jì)，是工程師最偷懶的考量，很直接也很明確卻往往不是本質(zhì)。

-) 保留適當(dāng)?shù)撵`活度，是軟硬件接口的更高原則。首先，合適的靈活接口設(shè)計(jì)和HWA硬對接設(shè)計(jì)的PPA整體在相同的量級；其次，靈活設(shè)計(jì)帶來的time2market能力和軟件work around能力，是更重要的事情。“軟件能繞開的事情，不管多么復(fù)雜，都不能算ASIC bug”

常見的軟硬件接口有4種，后續(xù)再詳細(xì)介紹

-) “單步”

-) “pingpong”

-) “批處理”

-) “B&Q MAN”

4. 定義外部接口、block劃分和block之間的接口

解耦，解耦，解耦，關(guān)鍵的問題要說三遍。一個(gè)不懂的解耦的工程師，不管年紀(jì)多大，永遠(yuǎn)是Junior Engineer。實(shí)際上從芯片級到RTL代碼級，都需要很明確的思考清楚如何做好解耦，功能解耦、電源域解耦、時(shí)鐘域解耦、幾十行的寄存器級代碼解耦。遺憾的是，這一兩年來發(fā)現(xiàn)外面似乎并不理解如何解耦，所以這種模塊劃分甚至端口定義的工作，都成了架構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分