VLSI設(shè)計驗證及其方法的重要性

VLSI設(shè)計驗證及其方法的重要性

在 VLSI（超大規(guī)模集成）的動態(tài)世界中，對創(chuàng)新產(chǎn)品的需求比以往任何時候都更高。從概念到功能齊全的產(chǎn)品的過程涉及許多挑戰(zhàn)和不確定性，其中設(shè)計驗證通過確認設(shè)計滿足其預期要求和規(guī)格，在確保復雜電子系統(tǒng)的功能和可靠性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。據(jù) Research and Markets 稱，到 2023 年，全球 VLSI 市場預計價值 6622 億美元。據(jù)市場分析師預測，到 2028 年，其價值將達到 9717.1 億美元，復合年增長率 (CAGR) 為 8%。

在本文中，我們將探討設(shè)計驗證的概念、其重要性、涉及的過程、使用的語言和方法，以及超大規(guī)模集成電路設(shè)計發(fā)展中這一關(guān)鍵階段的未來前景。

什么是設(shè)計驗證及其重要性？

設(shè)計驗證是一個系統(tǒng)化的過程，用于驗證和確認設(shè)計滿足其指定的要求并遵守設(shè)計指南。這是產(chǎn)品開發(fā)周期中至關(guān)重要的一步，旨在及早發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計問題，以避免在開發(fā)后期階段進行成本高昂且耗時的返工。設(shè)計驗證可確保最終產(chǎn)品，無論是集成電路 (IC)、片上系統(tǒng) (SoC) 還是任何電子系統(tǒng)，都能正確可靠地運行。 SoC 和 ASIC 驗證在實現(xiàn)可靠和高性能集成電路方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

VLSI設(shè)計驗證涉及兩種類型的驗證：

功能驗證

靜態(tài)時序分析

這些驗證步驟至關(guān)重要，需要在設(shè)計的各個階段進行時執(zhí)行，以確保最終產(chǎn)品滿足預期要求并保持高質(zhì)量。

功能驗證：

它是 VLSI 設(shè)計的關(guān)鍵階段，旨在確保在各種操作條件下使用的芯片的正確功能。它涉及測試設(shè)計以驗證其行為是否符合預期規(guī)格和功能要求。這個驗證階段至關(guān)重要，因為超大規(guī)模集成電路設(shè)計變得越來越復雜，在開發(fā)過程中必然會出現(xiàn)人為錯誤或設(shè)計缺陷。 VLSI設(shè)計中的功能驗證過程如下。

識別和準備：在此階段，確定設(shè)計要求并準備驗證計劃。該計劃概述了后續(xù)驗證步驟的目的、目標和策略。

規(guī)劃：驗證計劃準備好后，規(guī)劃階段涉及資源分配、設(shè)置測試環(huán)境以及創(chuàng)建測試用例和測試平臺。

開發(fā)：開發(fā)階段的重點是使用適當?shù)恼Z言和方法對測試平臺和測試用例進行編碼。此階段還包括構(gòu)建和集成模擬和仿真環(huán)境，以促進徹底的測試。

執(zhí)行：在執(zhí)行階段，測試用例在設(shè)計上運行以驗證其功能和性能。這通常涉及廣泛的模擬和仿真器以涵蓋所有可能的場景。

報告：最后，驗證過程以生成詳細報告結(jié)束，包括錯誤報告、覆蓋率統(tǒng)計數(shù)據(jù)和總體驗證狀態(tài)。這些報告有助于確定需要改進的領(lǐng)域，并為未來的設(shè)計迭代提供有價值的見解。

靜態(tài)時序分析（STA）：

靜態(tài)時序分析是 VLSI 設(shè)計中的另一個關(guān)鍵步驟，重點是驗證設(shè)計的時序要求。在 VLSI 設(shè)計中，時序至關(guān)重要，因為它決定信號如何在芯片中傳播并影響集成電路的整體性能和功能。該過程用于確定設(shè)計中最壞情況和最佳情況的信號傳播延遲。它分析從源（輸入）到目的地（輸出）的時序路徑，并確保信號在所需的時鐘周期內(nèi)到達預期目的地，而不違反任何時序約束。在 STA 期間，設(shè)計被劃分為時間路徑，以便可以執(zhí)行時序分析。每個時間路徑由以下因素組成。

起始點：時序路由的起始點是數(shù)據(jù)由時鐘邊沿啟動或需要在特定時間準備就緒的位置。每個起始點必須有一個寄存器時鐘引腳或輸入端口。

組合邏輯網(wǎng)絡(luò)：它包含沒有內(nèi)部存儲器的部分。組合邏輯可以使用 AND、OR、XOR 和反相器元件，但不能使用觸發(fā)器、鎖存器、寄存器或 RAM。

端點：這是當時鐘邊沿捕獲數(shù)據(jù)或必須在特定時間提供數(shù)據(jù)時時序路徑結(jié)束的位置。每個端點必須有一個輸出端口或一個用于寄存器數(shù)據(jù)輸入的引腳。

設(shè)計驗證中使用的語言和方法

設(shè)計驗證采用各種語言和方法來有效測試和驗證 VLSI 設(shè)計。

SystemVerilog (SV) 驗證：SV 提供了一組廣泛的驗證功能，包括面向?qū)ο?a target="_blank">編程、約束隨機測試和功能覆蓋。

通用驗證方法 (UVM)：UVM 是一種基于 SystemVerilog 構(gòu)建的標準化方法，可實現(xiàn)可擴展和可重用的驗證環(huán)境，從而提高設(shè)計驗證的效率和靈活性。

VHDL（VHSIC硬件描述語言）：VHDL廣泛用于超大規(guī)模集成電路行業(yè)的設(shè)計輸入和驗證，為硬件建模、仿真和綜合提供強有力的支持。

e（Specman）：e是Yoav Hollander為其Specman軟件開發(fā)的驗證語言，提供強大的驗證功能，例如約束驅(qū)動的隨機測試和事務(wù)級建模。后來更名為 Verisity，并被 Cadence Design Systems 收購。

C/C++ 和 Python：這些編程語言通常用于構(gòu)建驗證框架、測試平臺和基于腳本的驗證流程。

VLSI設(shè)計驗證和方法

設(shè)計驗證的優(yōu)點

有效的設(shè)計驗證為超大規(guī)模集成電路行業(yè)提供了眾多優(yōu)勢。

它縮短了 VLSI 產(chǎn)品的上市時間

該過程確保符合設(shè)計規(guī)范

它增強了設(shè)計對不確定性的適應(yīng)能力

驗證可最大限度地降低與設(shè)計失敗相關(guān)的風險

設(shè)計驗證的未來

設(shè)計驗證的未來看起來充滿希望。人工智能和機器學習輔助驗證的新方法正在出現(xiàn)，以有效解決驗證挑戰(zhàn)。采用先進的驗證工具和方法將對提高驗證過程的效率、有效性和覆蓋范圍發(fā)揮重要作用。此外，隨著SoC、ASIC和低功耗設(shè)計的發(fā)展，對專業(yè)VLSI驗證的需求將持續(xù)上升。

設(shè)計驗證是產(chǎn)品開發(fā)過程中不可或缺的一部分，可確保可靠性、功能和性能。設(shè)計驗證采用各種語言、方法和技術(shù)來解決復雜設(shè)計和新興技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)格局的發(fā)展，設(shè)計驗證將繼續(xù)在提供創(chuàng)新且可靠的產(chǎn)品以滿足不斷變化的世界的需求方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

審核編輯 黃宇