在芯片的研發(fā)中,風(fēng)險主要來自芯片的正確性代價成本。如何在流片前及時、徹底地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中潛藏的邏輯錯誤,保證芯片的可用性、高效性、始終是業(yè)內(nèi)著力解決的問題。因此驗證在芯片設(shè)計與實現(xiàn)中是非常重要的一環(huán),這些復(fù)雜芯片的開發(fā)都需要進行更全面的測試驗證。在數(shù)字電路設(shè)計的早期,設(shè)計和驗證團隊往往會選擇軟件仿真、硬件仿真及原型驗證作為常規(guī)驗證工具。
業(yè)內(nèi)人士通常將硬件仿真作為調(diào)試的大殺器,尤其在面對SoC中硬件和軟件的交互。硬件仿真有著比軟仿更高的運算能力再加上全可視的特點, 能夠更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷并提供調(diào)試和修正手段,解決嵌入式硬件和軟件底層邊界之間的疑難雜癥。因此硬件仿真往往具有以下特點:
設(shè)計容量大,可擴展性好
仿真速度快
調(diào)試能力強,調(diào)試模式多樣
適合大型設(shè)計從模塊級、芯片級到系統(tǒng)級的仿真驗證
由于大數(shù)據(jù)處理及 AI 芯片設(shè)計規(guī)模的持續(xù)擴大,以及市場激烈競爭下的快速迭代需求,越來越多的芯片設(shè)計公司考慮選擇硬件仿真系統(tǒng),來提高芯片驗證效率,縮短芯片開發(fā)周期。而硬件仿真成為平臺化中心的特點也越來越明顯。
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企業(yè)級
硬件仿真新突破
伴隨各種設(shè)計驗證方法學(xué)的不斷推陳出新,各種硬件仿真系統(tǒng)也層出不窮。在硬件仿真的選擇中,通常會考核很多功能,硬件仿真系統(tǒng)的執(zhí)行速度,硬件可靠性,是否有更大的設(shè)計容量,及多用戶資源等,都是芯片設(shè)計公司選擇時會考慮的多重因素。另外,還會考慮是否有其他新特性,來不斷提高這種驗證技術(shù)的投資回報率。例如:
如何快速搭建驗證環(huán)境,在極短時間內(nèi)完成用戶設(shè)計的移植和部署
如何快速發(fā)現(xiàn)和定位深層次的隱藏問題
如何快速設(shè)計足夠驗證 case ,滿足不同應(yīng)用場景的驗證需求
如何在短時間完成對大規(guī)模設(shè)計的充分驗證
針對復(fù)雜芯片規(guī)模的驗證痛點,業(yè)界普遍認(rèn)為先進的企業(yè)級硬件仿真系統(tǒng)還應(yīng)有更大的突破。例如:
需要操作便捷,系統(tǒng)自動化程度高,支持用戶設(shè)計的全自動編譯,無需對設(shè)計過多干預(yù), Gigabyte 級別的設(shè)計網(wǎng)表能快速編譯并快速完成后端工作
需要具有強大的調(diào)試能力,支持足夠靈活的調(diào)試手段,可以捕捉源代碼的深度錯誤和性能瓶頸。在實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)速度的同時保證信號全部可探測(信號全可視),支持靈活的實時觸發(fā)、海量的波形數(shù)據(jù)存儲和分析
為了滿足日益復(fù)雜的芯片設(shè)計,以及日益旺盛的國產(chǎn)化需求,思爾芯全新推出 「OmniArk 芯神鼎」企業(yè)級硬件仿真系統(tǒng)。該產(chǎn)品為思爾芯自主研發(fā),擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),實現(xiàn)了對超大規(guī)模設(shè)計的全自動編譯。目前已在多個芯片設(shè)計企業(yè)推廣使用。幫助汽車電子、CPU 、AI 、 5G 、云計算等 SoC 設(shè)計所需的復(fù)雜驗證。
產(chǎn)品采用超大規(guī)模商用可擴展陣列架構(gòu)設(shè)計,機箱模塊結(jié)構(gòu),方便維護和擴展。產(chǎn)品形態(tài)從桌面型到機柜型,設(shè)計容量可擴展至 20 億門。包含一套便捷易用的軟件系統(tǒng),支持 GUI 圖形界面和 TCL 腳本命令,集成編譯、運行、調(diào)試的完整流程。
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OmniArk 芯神鼎
重要特性
“工欲善其事,必先利其器”, OmniArk 芯神鼎在提供硬件加速平臺的同時也提供各種功能的創(chuàng)新配套軟件:用戶設(shè)計語法自動糾錯、 Smart P&R 技術(shù),ABS(Auto-Block Select)技術(shù), 多樣化信號采集手段等等,讓用戶實現(xiàn)MHz級仿真加速、全自動智能編譯流程、強大調(diào)試能力,以及多種仿真驗證模式。更擁有豐富的 VIP 庫,適合超大規(guī)模高端通用芯片設(shè)計的系統(tǒng)級驗證,可以滿足不同驗證場景需求。
重要特性:
1、設(shè)計快速移植和部署
支持 Verilog,SystemVerilog 等常用開發(fā)語言
用戶設(shè)計語法自動糾錯
自動化的門控時鐘、三態(tài)、多驅(qū)等處理
2、全自動智能編譯流程
多線程(進程)并行綜合
超大規(guī)模的用戶內(nèi)存自動建模映射
多時鐘域時序分析,運行頻率估算
Smart P&R 技術(shù),幫助參數(shù)智能優(yōu)化
增量編譯,減少編譯時間
選擇高性能的軟件開發(fā)工具往往能夠大大提高硬件仿真的驗證效率。OmniArk 芯神鼎整個編譯流程皆為全自動,較少需要用戶干預(yù),通過多種核心技術(shù),就能實現(xiàn)快速編譯與自由設(shè)計。
3、MHz級仿真加速
時序驅(qū)動的分割和路由算法:兼顧最小切割和關(guān)鍵路徑延時
時序驅(qū)動的 TDM 和引腳分配:關(guān)鍵路徑采用更小的 Ratio 比
系統(tǒng)級時序建模及時序分析:準(zhǔn)確估算最大運行頻率、為時序驅(qū)動算法提供反饋
ABS(Auto-Block Select)技術(shù):解決超大規(guī)模設(shè)計的性能挑戰(zhàn)
對硬件仿真工具的性能影響最大的是基本元件之間的連接延遲,因此分割(Partitioning)對仿真速度的影響最大。以一個 10 億門的超大規(guī)模電路設(shè)計為例,如果將其在專用的硬件仿真平臺上,就會涉及到的芯片間切割、布線、時序分析等一系列復(fù)雜問題。傳統(tǒng)的分割器只優(yōu)化切割數(shù)(Sum of External Degrees),所以不能有效的優(yōu)化時序(Timing),因此應(yīng)用時序驅(qū)動的分割器來提高硬件仿真性能。OmniArk 芯神鼎采用 4 大技術(shù)創(chuàng)新,其中通過時序驅(qū)動的分割和路由算法,兼顧最小切割和關(guān)鍵路徑延時,可實現(xiàn)高達(dá)數(shù) MHz 的仿真速度,從而提高硬件仿真性能。
4、強大的調(diào)試糾錯能力
多樣化信號采集手段
靈活設(shè)置信號觸發(fā)方式
支持存儲器后門讀寫,為固件的裝載和調(diào)試提供便利
支持 Force/Release/Deposit ,方便進行故障注入測試
芯神鼎有著多樣化信號采集手段,比如:靜態(tài)探針,動態(tài)探針,信號全可視(IO/Register/Logic/Memory),更有靈活設(shè)置信號觸發(fā)方式,支持對任意信號的波形實時抓取。此外還支持存儲器后門讀寫,可以為固件的裝載和調(diào)試提供便利;支持 Force/Release/Deposit ,方便進行故障注入測試;并且內(nèi)置了波形查看工具,并支持波形與RTL代碼反標(biāo),方便在 RTL 源碼級調(diào)試,使得整個調(diào)試糾錯能力更高效。5、多種仿真驗證模式
芯神鼎擁有多種的仿真驗證模式,如 TBA、ICE、QEMU 等模式,滿足多種驗證場景的需求。6、豐富的 VIP 庫
芯神鼎擁有豐富的 VIP 庫,支持常見高性能接口的速度適配,如 AHB、AXI、PCIe、DDR、Ethernet、USB 等,可以滿足不同驗證場景需求。
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OmniArk 芯神鼎
應(yīng)用案例
電子科技大學(xué)(成電)和西安電子科技大學(xué)在使用了 OmniArk 芯神鼎后,表達(dá)了對產(chǎn)品的高度認(rèn)可。
西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院教授游海龍表示:“西電在采購建設(shè)世界先進 EDA 工具的同時,支持國產(chǎn)最新 EDA 研發(fā)成果。2022 年,我們采購了國產(chǎn)自主研發(fā)的OmniArk 芯神鼎,并在我校集成電路設(shè)計教學(xué)與科研中發(fā)揮了重要作用。在面向先進集成電路設(shè)計研發(fā)驗證中,基于 OmniArk 芯神鼎上實現(xiàn)了快速移植和部署,提前計劃完成了工程搭建,無需對硬件環(huán)境進行手工連線。整個全自動的智能編譯流程能夠大大提高我們的驗證效率,調(diào)試能力強大且靈活,用戶界面操作友好且易用,幫助我們在超大規(guī)模 SoC 設(shè)計中系統(tǒng)級功能驗證的實現(xiàn)。同時 OmniArk 芯神鼎的高性能和易操作也支持著我們的課堂教學(xué),實踐教學(xué),課程設(shè)計等教學(xué)活動, 使教學(xué)效果出現(xiàn)了非常大的改觀?!?/p>
OmniArk 芯神鼎是西電首臺購買并應(yīng)用于教學(xué)的硬件仿真工具,也是基于國產(chǎn)自主的突破性 EDA 工具,使得相關(guān)成果能在國內(nèi)高校得到應(yīng)用,為西電集成電路設(shè)計方面人才培養(yǎng)提供了有利條件。
游教授進一步表示:“依托西電產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺,我們將為 OmniArk 芯神鼎在國內(nèi)開展實訓(xùn)。并與思爾芯圍繞集成電路驗證領(lǐng)域,進一步緊密合作,依托硬件平臺合作共建教材、課程,為我國建設(shè)培養(yǎng)更多掌握先進設(shè)計方法學(xué)以及國產(chǎn)自主工具的高層次人才?!?/p>
4
結(jié)合其他產(chǎn)品線
打造全流程
OmniArk 芯神鼎是真正的國產(chǎn)企業(yè)級硬件仿真系統(tǒng),對標(biāo)三巨頭,實現(xiàn)信號全可視的產(chǎn)品。思爾芯自 2004 年成立以來一直專注于 EDA 領(lǐng)域的深耕發(fā)展。近 20 年雄厚的技術(shù)積累,使得產(chǎn)品成熟、穩(wěn)定,表現(xiàn)也更為出色,多年來深受市場的肯定。尤其是在中國 IC 設(shè)計公司數(shù)量越來越多的大環(huán)境下,還能夠做到充分貼近本地客戶服務(wù),最終獲得越來越多的客戶認(rèn)可和信任?;谒紶栃灸軌蛏钊胪诰蚩蛻敉袋c,不斷快速響應(yīng)的服務(wù)特點,得到了600+的海內(nèi)外客戶背書。此次新產(chǎn)品的開發(fā)就是為了響應(yīng)龐大而豐富的客戶群體需求,打造了國產(chǎn)化、自動化、高性能、真正全可視的調(diào)試環(huán)境,幫助客戶完成驗證場景,提高整個芯片開發(fā)效率,加速產(chǎn)品上市周期。思爾芯目前已完善了整個芯片設(shè)計的功能驗證布局,提供了成熟商用的架構(gòu)設(shè)計軟件、高性能多語言混合的數(shù)字軟件仿真工具、企業(yè)級國產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)、多組合方案的原型驗證解決方案等。
未來,思爾芯還將結(jié)合其他產(chǎn)品線,通過獨立的硬件仿真配上幫助與軟件仿真、原型驗證協(xié)同仿真的軟件,一樣可以實現(xiàn)軟硬件協(xié)同仿真的完美運行。以先進的異構(gòu)驗證方法學(xué)進行 SoC 設(shè)計,打造出真正的國產(chǎn)數(shù)字 EDA 全流程。
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硬件
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