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后摩爾時(shí)代,十大EDA驗(yàn)證技術(shù)趨勢(shì)展望

芯華章科技 ? 來(lái)源:芯華章科技 ? 2023-01-05 09:29 ? 次閱讀

過(guò)去的四十年里面,不斷發(fā)展的工藝和架構(gòu)設(shè)計(jì)共同推動(dòng)著摩爾定律持續(xù)前進(jìn),即使是今天也還有3nm、2nm、1nm先進(jìn)工藝在地平線上遙遙可及。但是現(xiàn)實(shí)趨勢(shì)來(lái)看,更高工藝、更多核、更大的芯片面積已經(jīng)不能帶來(lái)過(guò)去那種成本、性能、功耗的全面優(yōu)勢(shì),摩爾定律確實(shí)是在進(jìn)入一個(gè)發(fā)展平臺(tái)期,也意味著我們進(jìn)入了“后摩爾時(shí)代”。半導(dǎo)體設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始不僅是通過(guò)工藝的提升,而是更多考慮系統(tǒng)、架構(gòu)、軟硬件協(xié)同等,從系統(tǒng)來(lái)導(dǎo)向、從應(yīng)用來(lái)導(dǎo)向去驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì),讓用戶得到更好的體驗(yàn)。而這些也是EDA行業(yè)需要給半導(dǎo)體賦能的關(guān)鍵方向。以下是筆者基于多年EDA及半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合市場(chǎng)生態(tài)發(fā)展趨勢(shì)及需求,對(duì)EDA工具未來(lái)發(fā)展方向的10點(diǎn)觀察與展望。

01芯片驗(yàn)證向敏捷驗(yàn)證發(fā)展

芯片正變得越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜,我們需要更多的測(cè)試。而且芯片開(kāi)發(fā)這種超級(jí)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,正在逐漸向“系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)”方向發(fā)展,因?yàn)橄到y(tǒng)級(jí)驗(yàn)證測(cè)試才能暴露發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)工程每個(gè)環(huán)節(jié)引入中的潛在問(wèn)題,并證明整體設(shè)計(jì)的正確。同時(shí),正在迅速發(fā)展的新型敏捷設(shè)計(jì)語(yǔ)言,大多數(shù)也更偏向系統(tǒng)和架構(gòu)層面的設(shè)計(jì)定義,但這就引入了“如何快速驗(yàn)證高層次設(shè)計(jì)定義”這個(gè)需求。這幾方面的需求,都要求更快、更好、更完整、更智能的測(cè)試驗(yàn)證工具和方法學(xué),即敏捷驗(yàn)證。

目前很多EDA驗(yàn)證工具都在向敏捷的方向過(guò)渡,但需要的不是“散兵游勇”,因此工具之間的整體協(xié)同也是敏捷驗(yàn)證必不可少的特性。

02基于多核的高性能、分布式系統(tǒng)成為軟件仿真驗(yàn)證的新發(fā)展方向

軟件邏輯仿真以其高可調(diào)試性,在電路調(diào)試中始終占有重要地位。但I(xiàn)P和SoC電路設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜、與片上軟件的結(jié)合越來(lái)越緊密,傳統(tǒng)只使用單核或少數(shù)CPU核的單進(jìn)程仿真,性能越來(lái)越無(wú)法滿足開(kāi)發(fā)調(diào)試要求,對(duì)復(fù)雜IP經(jīng)常只能運(yùn)行到幾赫茲或幾十赫茲的超低速度。

因此,使用更多的處理器核、更多的進(jìn)程進(jìn)行大規(guī)模電路的軟件仿真,是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

03硬件驗(yàn)證系統(tǒng)向統(tǒng)一系統(tǒng)、雙模模式發(fā)展

基于FPGA或?qū)S糜布挠布?yàn)證系統(tǒng),可以大大提高仿真性能,是仿真驗(yàn)證的重要手段。但是,由于數(shù)字邏輯調(diào)試、軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)軟硬件集成、硬件接口驗(yàn)證等多種驗(yàn)證目標(biāo)的沖突,硬件驗(yàn)證系統(tǒng)在過(guò)去由不同的團(tuán)隊(duì)和公司,設(shè)計(jì)成了原型驗(yàn)證和硬件仿真這兩種獨(dú)立的EDA硬件仿真系統(tǒng)。但它們的本質(zhì)并無(wú)區(qū)別,都是由一種可配置的硬件系統(tǒng)去仿真多樣化的目標(biāo)設(shè)計(jì)。因此,在一種統(tǒng)一的硬件系統(tǒng)下,根據(jù)不同的驗(yàn)證場(chǎng)景需求進(jìn)行不同的配置,分別實(shí)現(xiàn)原型驗(yàn)證模式和硬件仿真模式,用雙模系統(tǒng)替換原來(lái)的雙系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約硬件、編譯、部署成本的目標(biāo),已經(jīng)是一種從金錢、時(shí)間、人力投入多個(gè)方面提高EDA效率的發(fā)展方向。

04基于全新架構(gòu)的EDA 2.0工具與云計(jì)算深度結(jié)合

互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)提供了近乎無(wú)限的計(jì)算彈性、存儲(chǔ)彈性和訪問(wèn)便捷性,因此EDA 2.0應(yīng)該與云平臺(tái)和云上多樣化的硬件結(jié)合,充分利用成熟的云端軟硬件生態(tài)。

云平臺(tái)帶來(lái)的彈性資源可以支持EDA 2.0的智能計(jì)算和自動(dòng)化,用無(wú)限制的算力去優(yōu)化EDA計(jì)算瓶頸,使芯片設(shè)計(jì)流程更加智能,并加速芯片設(shè)計(jì)流程。

同時(shí)彈性的云端算力也能優(yōu)化用戶的設(shè)計(jì)成本。基于云平臺(tái)的EDA 2.0,其付費(fèi)模式、使用模式、使用地點(diǎn)、使用設(shè)備都會(huì)更加靈活,讓EDA廠商和芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都不再把精力放在“用哪些軟硬件資源來(lái)設(shè)計(jì)芯片”上,而更加關(guān)注“如何快速高質(zhì)量地設(shè)計(jì)芯片”。

基于今天的技術(shù)起點(diǎn),我們可以對(duì)EDA軟硬件框架和算法做創(chuàng)新、融合和重構(gòu),拋棄過(guò)去的一些包袱,采用更新的技術(shù)架構(gòu)。過(guò)去的單機(jī)或本地多機(jī)同步的軟件結(jié)構(gòu)要逐漸被改造為面向云平臺(tái)結(jié)構(gòu)的云原生軟件架構(gòu),深度利用云端彈性性能,并且給用戶提供更優(yōu)化的使用模式。

05多樣化的異構(gòu)EDA計(jì)算加速芯片開(kāi)發(fā)

EDA的本質(zhì)是計(jì)算,包括了各種流程驅(qū)動(dòng)的圖結(jié)構(gòu)計(jì)算、基于布爾計(jì)算的求解計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)試、大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的NP問(wèn)題求解空間折疊等等。而近年來(lái)由機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)處理驅(qū)動(dòng)的新型異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)層出不窮,包括各種GPU、NPU、基于新型處理器架構(gòu)的多核、眾核CPU、DPU等等,甚至是基于模擬量的存儲(chǔ)計(jì)算、光計(jì)算,這些都有可能在一個(gè)或多個(gè)方面輔助EDA計(jì)算的加速,這也是眾多DSA架構(gòu)團(tuán)隊(duì)非常有興趣的應(yīng)用領(lǐng)域。

06形式化驗(yàn)證更廣泛應(yīng)用,逐漸成為驗(yàn)證核簽(Sign-off)的必備工具

仿真方法學(xué)的應(yīng)用雖然普遍,但也有其驗(yàn)證不完整、耗費(fèi)大量時(shí)間的固有缺陷。而形式化驗(yàn)證經(jīng)過(guò)過(guò)去幾十年的發(fā)展,已經(jīng)越來(lái)越成熟,同時(shí)進(jìn)一步使用高效的算法求解器,透過(guò)智能調(diào)度引擎縮小求解空間,并配合新型分布式云計(jì)算進(jìn)行快速的迭代。形式化驗(yàn)證不僅提供了一個(gè)比較完備的功能驗(yàn)證手段,也為開(kāi)發(fā)流程中各個(gè)環(huán)節(jié)之間,例如HLS往下到RTL、RTL到Gate,提供了一個(gè)非常有力的快速的等效性驗(yàn)證方法。

07智能化系統(tǒng)級(jí)調(diào)試方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證調(diào)試自動(dòng)化

除了更多更好的仿真和形式化技術(shù)作為驗(yàn)證手段,不能忘記調(diào)試才是驗(yàn)證的核心目的之一。多種EDA驗(yàn)證工具的功耗、功能、日志、覆蓋率等輸出,最終都要匯總到調(diào)試工具中,從整體到細(xì)節(jié)層層深入地分析。這個(gè)分析的流程,除了需要優(yōu)秀的工程師,還需要調(diào)試工具能更智能、更系統(tǒng)的自動(dòng)從數(shù)據(jù)中提煉分析數(shù)據(jù),幫助工程師定位和解決問(wèn)題。新一代EDA 2.0的自動(dòng)和智能,必然需要智能的系統(tǒng)級(jí)調(diào)試方案的配合。

08從系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證場(chǎng)景定義到自動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng)的智能工具和方法學(xué)

IP復(fù)用在現(xiàn)代SoC和Chipletsystem中已經(jīng)是普遍現(xiàn)象,因此對(duì)IP的驗(yàn)證需求實(shí)際上逐漸下降。而隨之上升的是要驗(yàn)證由眾多IP或Chiplet構(gòu)成的系統(tǒng),在目標(biāo)驗(yàn)證場(chǎng)景中的功能、功耗、性能是否能達(dá)到要求。因此我們需要的是從系統(tǒng)場(chǎng)景需求定義到芯片設(shè)計(jì)至系統(tǒng)集成之后整個(gè)流程中,端到端的系統(tǒng)級(jí)場(chǎng)景驗(yàn)證方法。目前基于Accellera Systems Initiative標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的PSS可移植激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)初步推動(dòng)EDA向這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。國(guó)內(nèi)和國(guó)外EDA公司,也推出了基于PSS標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)景級(jí)驗(yàn)證工具,但其進(jìn)一步形成產(chǎn)業(yè)生態(tài),必然需要未來(lái)幾年的努力。

09系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證得到更多廠商和工具的支持

過(guò)去20年,EDA行業(yè)一直在談?wù)撓到y(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì),但是真正面向系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的EDA工具卻并不多。這本質(zhì)是因?yàn)橥ㄓ眯酒瑸橹髁鞯臅r(shí)代,芯片設(shè)計(jì)者的核心目標(biāo)是PPA:即功耗、性能和面積這些圍繞著“芯片設(shè)計(jì)”而展開(kāi)的目標(biāo)。在這些核心目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下,系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)很難展開(kāi)。

但是,隨著全球高端制造工藝逐漸進(jìn)入瓶頸、中端制造工藝產(chǎn)能迅速發(fā)展、系統(tǒng)級(jí)電子產(chǎn)品越來(lái)越集成化、3D制造和封裝逐漸普及這幾個(gè)趨勢(shì),很多芯片可以接受犧牲一部分PPA目標(biāo),以達(dá)到更低設(shè)計(jì)成本和更快系統(tǒng)創(chuàng)新周期。因此,“系統(tǒng)級(jí)EDA”會(huì)越來(lái)越多地得到更多廠商和工具的支持,圍繞系統(tǒng)級(jí)EDA的創(chuàng)新也會(huì)越來(lái)越多。

10芯片和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈歡迎新生代EDA公司和創(chuàng)新工具的出現(xiàn)

EDA產(chǎn)業(yè)從70年代初誕生至今40多年,已經(jīng)形成了幾巨頭壟斷體系,由EDA巨頭和芯片公司聯(lián)合定義的芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法學(xué)、工具鏈也基本固定。但近年來(lái),隨著芯片成為系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心關(guān)鍵,越來(lái)越多的目光投向了EDA。我們可以看到谷歌致力于AI打造的后端布局工具并倡導(dǎo)開(kāi)源芯片項(xiàng)目;各種開(kāi)源IP、開(kāi)源芯片、圍繞Chisel、SpinalHDL等多種EDA語(yǔ)言的創(chuàng)新工具層出不窮;中國(guó)國(guó)產(chǎn)EDA公司紛紛嶄露頭角…我們可以預(yù)計(jì),在系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大需求推動(dòng)下,新生代EDA公司和創(chuàng)新工具必將越來(lái)越多,將EDA打造為更智能更高效率的產(chǎn)業(yè)鏈平臺(tái)。

作者:楊曄 芯華章科技資深產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)

郭正 芯華章科技產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:后摩爾時(shí)代,十大EDA驗(yàn)證技術(shù)趨勢(shì)展望

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    未來(lái)學(xué)家展望 2025 年十大人工智能趨勢(shì)

    美國(guó)《福布斯》雜志網(wǎng)站9月24日刊登題為《人人都必須為2025年的十大人工智能趨勢(shì)做好準(zhǔn)備》的文章,作者為未來(lái)學(xué)家伯納德·馬爾,內(nèi)容編譯如下:毫無(wú)疑問(wèn),人工智能仍將是2025年最受關(guān)注的技術(shù)。從
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    未來(lái)學(xué)家<b class='flag-5'>展望</b> 2025 年<b class='flag-5'>十大</b>人工智能<b class='flag-5'>趨勢(shì)</b>

    摩爾線程與國(guó)產(chǎn)EDA知名企業(yè)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議

    近日,摩爾線程與國(guó)內(nèi)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)行業(yè)知名企業(yè)在北京正式簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。這一合作旨在加速GPU芯片設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的創(chuàng)新步伐,推動(dòng)國(guó)產(chǎn)EDA工具的廣泛應(yīng)用與技術(shù)提升,引領(lǐng)中國(guó)集成
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    摩爾線程與國(guó)內(nèi)EDA企業(yè)合作加速GPU芯片設(shè)計(jì)

    7月19日,摩爾線程公司正式宣布與國(guó)內(nèi)EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)締結(jié)戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,此舉標(biāo)志著雙方在推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)核心技術(shù)自主化進(jìn)程上邁出了堅(jiān)實(shí)步伐。EDA,被譽(yù)為半導(dǎo)體
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