接口是SoC的基本功能之一，是实现SoC中嵌入式CPU访问外设或与外部设备进行通信、传输数据的必备功能。通过对11600个IP核的统计发现，接口类IP核的数量为1234个，占总数的11%，是紧随模拟和混合信号、物理库、存储器之后，数量第4多的IP核。

图1 IP核的总体分布

 

在需求方面，根据CSIP的IP需求调查，IP交易领域主要集中在三个方面，一是开发难度较大和应用复杂的高端CPU和DSP；二是标准的接口IP(例如USB接口、PCI Express等)；三是模拟IP（如PLL，ADC等）。这三类IP需求占到总需求的一半多。而其他的交易类型如标准的内存模块，以及一些面向特殊应用的IP，则占据国内需求的三分之一，参见图2。

 

图2 国内SoC设计对IP核的需求

 

接口按数据传输速率大致可分为低速、中速和高速。低速接口中，既有CAN、LIN、MIL-STD-1553、I2C、FlexRay、USB 1.1这样的串行总线接口，也有VME、PCI、PCMCIA这些推出很长时间的并行接口。中高速接口则是清一色的串行接口，如中速接口USB 2.0、LVDS、HDMI 1.3，高速接口IEEE1394、USB 3.0、PCIe 3.0、HDMI 1.4、MIPI、Rapid IO、 SATA。通过对717个接口IP核的统计，低速、中速和高速接口IP核的数量几乎各占1/3，见图3。

 

图3 低速、中速和高速接口IP核的分布

 

虽然数量接近，但趋势显然是向高速接口发展，几乎已经没有IP核企业继续开发USB 1.1、CAN、LIN等低速接口IP核，新推出的中速接口IP核也越来越少，大家都把注意力放在高速接口IP核上。一是在标准制定上，版本升级后的高速接口一般都能做到向下兼容，IP核研发企业会开发满足各种数据速率版本的IP核，因此没有必要继续为老的标准投入资源。二是工艺进步和市场压力迫使So设计企业竞相采用更高速的接口。

 

消费类SoC芯片越来越多的采用USB 2.0或USB 3.0、HDMI等高速串行总线接口，以满足大量多媒体数据传输的带宽需求。如Broadcom公司推出的数字电视芯片BCM7335就集成了USB 2.0、以太网、HDMI和SATA 2接口，见图4。

 

 

图4 数字电视芯片BCM7335的结构框图

 

由于PC的广泛使用，以及消费类电子产品的普及，USB已经成为最常用的串行接口，数据传输速率从1.0版的1.5Mbps，到1.1版的12Mbps，再到2.0版的480Mbps，USB 3.0的数据速率已经达到惊人的5Gbps，事实上目前还没有那个外设在实际使用当中能达到这样高的速度。USB 3.0还挤压了其他总线的市场空间，如IEEE 1394的数据速率也达到3.2Gbps，在以往的数码摄像机中被广泛采用，在一些移动存储设备中也有采用。不过，新推出的设备已经基本不再采用IEEE 1394接口了。如新的数码摄像机普遍采用光盘或硬盘做为存储介质，用USB接口传输视频文件。

 

标准的不断升级推动着IP核的不断升级，图5是USB IP核按标准分布的情况，包括PHY和控制器。

 

图5 USB IP核的版本分布

 

USB控制器IP核的开发难度相对较小，提供商也较多，USB 2.0和USB 3.0 PHY的开发难度很大，提供商主要有Synopsys、IP innopower、Snowbush IP、VeriSilicon和IPGoal。Snowbush IP已经开发出采用40nm工艺的USB 3.0 IP核，领先一步。VeriSilicon和IPGoal这两家国内企业在USB 2.0 PHY上有一些产品，在国内的市场占有率很高。USB PHY IP核的厂商分布见图6。

 

图6 USB PHY IP核的提供商分布

 

新标准和新版本的不断出现，推动着接口IP核的丰富和发展。伴随工艺的进步，PHY等模拟类IP核的开发难度越来越大，SoC设计企业越来越依赖于成熟的高质量IP核。目前，在对国内SoC设计项目的调查中发现，一些高速接口IP核还依赖于国外企业，而且这些IP核的供应商较少，国内企业的选择面较窄，IP核的价格也十分昂贵。国内IP核企业在这方面大有可为，应该利用国内研发成本较低的优势，开发出替代国外IP核的产品，前提是充分保证IP核的质量和稳定性。