1、 课题来源与背景 本课题来源于安徽省科技重大专项计划项目，合同编号15czz02008。本项目拟研制的“魂芯”高性能平台处理器件可以在统一的硬件框架下，通过软件代码的差异化开发实现产品的快速更新换代。而16nm工艺下制作的平台芯片，其运算能力已经可以满足绝大多数智能处理应用需求，同时具备更高集成度、更低功耗等显著优势。通过该项目的实施，可有效提升我省乃至我国芯片设计水平，夯实机器视觉处理算法研发基础。随着该产品在半导体、汽车电子、安防监控、农业生产等领域的应用，将全面推动“魂芯”平台芯片及集成电路相关产业链的互动，带动系统和设备行业企业用户加速新一代产品升级研发，拉动产业投资，达到信息化带动工业化，最终实现智能化的总体目标。 2、 技术原理及性能指标 本项目基于16nm工艺设计平台处理芯片，实现图像视频高性能处理算法，该芯片处理能力达到42GFLOPS，峰值运算能力42GFLOPS，可用软件编程方式实现所有核心功能，功耗小于5W，具备高性能、灵活性 、低功耗等特点，满足图像视频处理算法前端化要求。同时配套开发相应的图像视频核心处理算法，以工业摄像机应用为切入点提供系统解决方案。本项目完成发明专利申请2项，软著3项、集成电路布图登记1项，制定企业技术标准1项，形成“魂芯”平台芯片和工业摄像机核心模组，并实现了合同要求的放大拉动指标和人才引进培养指标。 3、 技术的创造性与先进性 处理芯片的系统构架技术的应用使得总线设计方面，以高效、易用、性价比为基本设计依据，根据运算密度和数据通信带宽等匹配要求，综合采用自定义总线、AXI、AHB、APB总线结构：DSP核心内部采用自定义总线连接，实现对片内存储资源的高效访问，有效降低了算法实现过程对片上共享存储资源的占用，提升了算法实现效率；AXI总线实现DSP与高速外设的互联互通，确保内核外设之间稳定高效的数据传输；AHB、APB实现低速控制接口、IP配置端口的访问。16nm工艺先进技术采用新型finfet晶体管结构，具备高速、低功耗等优点。16nm工艺节点增加了新的物理设计规则，同时在芯片设计过程中增加了基于统计学的技术检查手段。此外在工艺缩小到16nm节点后，需要额外考虑芯片的成品率，以降低设计成本。为降低芯片功耗，在物理设计过程中采用电源关断技术，降低芯片静态功耗；采用动态电压、频率调节技术，降低芯片动态功耗。同时物理设计过程中采用层次化的物理设计方法，先将芯片中主要模块进行硬核实现，然后进行顶层集成，通过这种方式提高设计效率、缩短设计周期。高效的低功耗设计技术包含对动态功耗和静态功耗的优化。动态功耗优化主要体现在系统级、行为结构级、算法级、寄存器传输级、晶体管级等不同层次上。通过功耗管理软件控制、门控时钟、阈值电压控制、频率控制、电源关断等技术的联合使用，达到降低芯片功耗的目的。 4、 技术的成熟程度，适用范围和安全性 DSP芯片正朝着更低功耗、更高性能、系统级芯片(SoC)集成化、应用更广泛等方向发展，本项目的“魂芯”平台处理芯片在多核化、可编程化和低功耗化等方面做出了新的研究，使用了国际先进的技术，特别是通过本项目对先进SoC架构的研究，对我所在集成电路自主研制领域的技术成熟度具有较大促进作用。通过研制从指令集、体系结构，软件开发环境、高级语言编译器均自主的高性能DSP，从而实现了高性能DSP核的基础技术储备，形成一套成熟的高性能DSP IP核的架构发展规划，这些先期的研究成果对本项的研究起到了重要的支撑作用。高性能处理器架构的研究已经取得了理论上的突破，基本原理清晰，探索出了适合高性能计算的多核DSP架构，其技术概念和应用设想明确，可以说目前本项目的技术成熟已经达到3级。 5、 应用情况及存在的问题 “魂芯”系列DSP处理器已在中国电科38所研制的XX预警雷达中成功批产使用，“魂芯”DSP芯片也已经在中国电科38所的十几个项目都全面使用，四创电子将魂芯DSP处理器应用民用气象雷达等产品中，项目周期内使用量3923片，累计使用6000片以上。本项目开发的魂芯平台处理芯片目前正在进行市场推广和系统集成开发，预期将开辟国防安全、公共安全、仪器仪表、物联网、通讯等领域的新市场，由本项目新产品带动的市场效益还将进一步显现。 本项目存在的主要问题是，由于本课题研制的处理器基于深微纳米工艺设计，具有性能高，架构可重组的特点，芯片规模大，流片费用高，很多外设IP的技术成熟度不高，有可能存在潜在的技术风险。为此，在以后的产品开发过程中将构建完整的验证和检测系统，在实际应用环境下检验芯片性能和功能。

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