EDA硬核科普|異構(gòu)驗(yàn)證：整合三大數(shù)字芯片驗(yàn)證工具，顯著縮短芯片開發(fā)周期

作為數(shù)字芯片設(shè)計(jì)流程中的“責(zé)任擔(dān)當(dāng)”，EDA仿真驗(yàn)證貫穿了芯片立項(xiàng)、架構(gòu)定義、芯片設(shè)計(jì)到流片等環(huán)節(jié)，且在整個(gè)研發(fā)過程中占了7成左右的時(shí)間。面對(duì)日益增長的成本及市場壓力，尋找靈活的仿真驗(yàn)證技術(shù)就顯得十分迫切。軟件仿真、硬件仿真及原型驗(yàn)證是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)在前端的常規(guī)選項(xiàng)，三者的搭配往往基于性能、編譯時(shí)間、設(shè)計(jì)能力和調(diào)試等的需求而定。
軟件仿真是最直接的仿真方式，設(shè)計(jì)工程師會(huì)應(yīng)用硬件描述語言(HDL)來設(shè)計(jì)數(shù)字電路，也就是用軟件和編程的方式將硬件特征虛擬出來，通過計(jì)算機(jī)驗(yàn)證芯片的功能正確性。因此軟件仿真可以查看電路中任何地方的信號(hào)，但一旦碰到大規(guī)模設(shè)計(jì)數(shù)字電路，結(jié)構(gòu)越是復(fù)雜，仿真所需要的時(shí)間就越長。
所以通過專門的設(shè)備在硬件上調(diào)試芯片設(shè)計(jì), 如硬件仿真和原型驗(yàn)證，是其重要的解決方案之一。硬件仿真和原型驗(yàn)證的效率和速度比軟件仿真可要高很多，尤其是硬件仿真，它可以對(duì)完整的芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)化的加速仿真并調(diào)試，多應(yīng)用于芯片設(shè)計(jì)前期的RTL功能驗(yàn)證。另外信號(hào)全可視是硬件仿真器的關(guān)鍵特性，因?yàn)橛布抡嬷泻袛?shù)量較多的探測儀器、信號(hào)記錄器等，以記錄系統(tǒng)電路運(yùn)行的每一個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)，以便查找設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。
在芯片設(shè)計(jì)后期的系統(tǒng)級(jí)功能和性能驗(yàn)證，就需要用到原型驗(yàn)證。它可以為整個(gè)系統(tǒng)、固件以及軟件提供一個(gè)早期而真實(shí)的硬件環(huán)境，在流片之前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體的性能評(píng)估和瓶頸分析。工程師將RTL代碼轉(zhuǎn)換為可編程邏輯，并部署到FPGA芯片上，即可實(shí)現(xiàn)原型與真實(shí)世界的數(shù)據(jù)交互，從而輕松檢測出設(shè)計(jì)中的問題。此外，原型驗(yàn)證可以提供更高的性能，這意味著可以更快地執(zhí)行驗(yàn)證任務(wù)。而更好的軟件調(diào)試環(huán)境使得工程師可以在硬件和軟件之間進(jìn)行快速切換，并通過與真實(shí)數(shù)據(jù)的交互來捕獲和解決問題。
在先進(jìn)工藝下，異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)正逐漸成為設(shè)計(jì)芯片的主流，不同的運(yùn)算單元有不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)信息流也有不同的處理方式，這些都需要針對(duì)其特性使用不同驗(yàn)證的方法學(xué)。為了縮短芯片的上市周期，在不同設(shè)計(jì)階段選擇不同的仿真驗(yàn)證工具，提高驗(yàn)證效率，如今已成了各大芯片設(shè)計(jì)公司的共識(shí)，并運(yùn)用在各大芯片領(lǐng)域。利用異構(gòu)驗(yàn)證方法，多種不同形式的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)建模（芯神匠），軟件仿真（芯神馳），硬件仿真（芯神鼎），原型驗(yàn)證（芯神瞳）得以協(xié)同仿真和交叉驗(yàn)證，以確保設(shè)計(jì)出正確的芯片。