一颗28nm芯片,研发需要5130万美元,7nm呢,2.97亿美元!从这个趋势来看,有业内人士评估3nm芯片研发费用或将接近10亿美元。


芯片的设计过程复杂,如此昂贵,试错成本极高,这也是EDA验证工具的关键价值所在——确保在流片前,你做对了。事实上,在整个芯片设计的流程中,验证占了70%的工作量,其中的调试就占了40%,其重要性可想而知。
芯华章科技研发副总裁林扬淳表示,在芯片验证的过程中,包括原型验证 、硬件仿真、逻辑仿真、形式验证等等都需要调试在其中穿针引线、综合资料,包括波形、覆盖率等,然后加以分析,进而达到有效率的调试和诊断。即便是非调试的场景,芯片设计公司也常常会利用调试工具来检视和理解整个设计,包括拓扑结构等。


目前的问题和挑战


不过,EDA工具发展到现在,自身也面临诸多问题,目前业界的共识是三个:1、单点工具之间的低兼容性;2、碎片化的数据严重影响复用率,导致验证收敛,以及验证调试分析更加困难;3、工具缺乏创新,传统EDA公司沉重的历史技术性包袱,导致人工智能、云原生等先进技术很难和现在的应用流程融合。


如何克服这些挑战,如何进行创新?日前,芯华章科技组织了一场研讨会,来自产、学两界的专家就此进行了讨论。针对目前SoC设计验证的难点和挑战,燧原科技资深架构师鲍敏祺认为,芯片工艺节点走到7nm,电路规模越来越大,超过50亿门,研发周期却由于激烈的市场竞争越来越短,要在一个更短的时间内,去做更多门级的功能验证的工作,这是一个大的挑战。


另外,随着芯片电路规模的增大,在功能验证上,要结合场景进行信号完整性验证分析,整个验证从单纯的功能验证整个系统级、场景级的验证,复杂度增加了。


中兴微电子有线系统部部长贺志强表示,随着芯片规模不断增加,复杂度也不断提升,芯片的一版成功其实也成为一个最低的要求。验证不仅在质量上,还要在有挑战性的周期内完成,对验证效率和验证质量的评估就非常重要。这些评估数据之间如何佐证不同的流程,不同的方法,以及不同的工具之间又如何关联,这是EDA厂家需要面对的问题,既要提供性能更好的工具,同时也能够把痛点的解决方案固化到流程里,沉淀到经验里,最后集成到工具里。


关于不同EDA工具之间数据交互兼容的问题,鲍敏祺认为挑战主要涉及不同设计阶段如何协同、反馈和保持一致性的问题,贺志强认为数据兼容不仅要解决不同的EDA厂家的工具兼容性问题,还要解决自家工具的不同的验证手段的兼容性。不同的工具之间的数据能够兼容,能够解析,能够提供统一的API接口,覆盖率信息能够合并,从这几个方面提升验证效率将是EDA工具演进的趋势。


需求和价值要素


对于调试工具在SoC的系统验证上的重要价值,平头哥上海半导体技术IP验证及软硬协同验证负责人张天放认为,芯片设计需要用调试工具来帮助定位问题。不过,由于不同芯片产品的调试特征不同,目前很多调试工具中的功能并不能及时满足这些需求。


鲍敏祺认为,对于一个百亿门规模的SOC设计来讲,调试工具是否能以最低开箱时间实现全程运行十分重要,一个百分比的提升也能极大提升总体效率。目前为了提高效率,燧原会二次开发一些API去读调试波形数据以便搜索一些需要的数据,目的就是想提高整个调试的效率缩短开发周期。


贺志强认为,影响验证效率的因素很多,从整个芯片的研发流程来看,包括方案的继承性,前端代码的IP化,验证平台的一个通用以及验证用例的复用程度,都是关键因素,但目前还没有单一的度量指标来确定代码收敛。


张天放对此深感认同,平头哥在项目启动时会根据产品的需求定义制定验证策略,评估包括人力和EDA在内的资源,以及风险。需要考虑如何正确地使用验证方法学,例如因为芯片产品特征多元,DUT的验证策略不尽相同,形式验证的方法对小规模设计会有更好的覆盖率。


EDA如果开放接口,用户就能够自己去做一些二次开发或者应用,从而快速构建自己的系统和平台,以提高生产效率。鲍敏祺表示,针对开放接口,行业最大的需求一是能够读取波形内容,因为不同设计的信号组合也不同,内容非标准化;另一个是对于RTL的设计数据库的提取,通过开放的数据库的API,可以抽取不同结构的数据库的数据。


张天放表示,如果有开放接口,就可以利用例如Python的接口,再配合Python强大的开源生态,使用其组件从数据库中提取数据再做二次开发,这将极大提升开发效率升。


国产优势和方向


对于国产EDA,贺志强认为最大的一个优势在于没有历史包袱,以及创新和贴近用户。鲍敏祺认为还有一个优势在于自主灵活性。因为不受限于商业限制(相较于国际公司),国产EDA可以满足客户定制化需求,帮助客户实现更高的附加值。他认为国内EDA工具在函数级的质量、效率和速度上还需要继续努力。


张天放则认为,国内EDA厂商可以就现状梳理出一套验证方法学,帮助芯片公司的验证经理或项目经理,能够根据自己团队的验证研发能力,或者是一些EDA工具的转型给出更好的建议。


贺志强希望国内EDA工具能够打通数据兼容性,能够整体的、系统的呈现验证数据。此外,他也希望能够提供一些丰富通用的验证VIP,甚至是一些定制化的测试组件。国内EDA厂家可以作为一个桥梁,把业内各家的优秀的经验和流程能够推广拉通。


鲍敏祺表示,UVM能被业内一直使用,在于统一。因此,能够让用户在不同厂家之间自由切换是用户的关切,国产EDA公司可以推动类似国标的规范,对传统工具兼容,同时,对类似portable stimulus这种新的可迁移的工具,可以纳入到统一规范里。


电子科技大学电子科学与工程学院副教授黄乐天表示,国产原型验证平台,要实现大容量,能够满足大的SOC验证的需求。同时,要进一步加强流程的自动化和调试能力,提供智能化的验证方法,以及和其他验证工具的兼容。他认为,下一代EDA设计以及验证工具应该加强软件提前介入验证的能力以便能够对整体功能进行全面验证。目前,已有的虚拟原型的验证环境都还不够好,设计方法也不多。


合肥市微电子研究院院长陈军宁认为,当下EDA工具的国产化替代具有重大意义。国内EDA公司在全流程的工具方面,尚与国际大公司有差距,但在许多点工具方面已经与国际水平相当,甚至领先于国际水平。而下一代EDA工具的挑战主要来自于三个方面:1、新工艺节点不断涌现,带来的物理验证和可测性设计方面的挑战;2、不断攀升的设计规模,导致的高阶综合功能验证和物理验证等运行时长非常长;3、从片上系统到系统对接带来的设计方法学和验证方法学的革命性变化。陈军宁认为,下一代EDA工具的趋势将是智能化和云化,前者指广义上的一切减少人力投入的改进,后者将降低EDA的购买成本,提升研发效率。


新的验证工具


其实早在2021年,芯华章在发布的《EDA 2.0白皮书》中,就率先指出下一代EDA发展关键路径,提出以新一代AI与云计算等前沿技术为依托,重构芯片验证系统的底层运算架构,加速芯片创新效率,带动EDA向智能化发展,引发业界热烈反响。去年11月,芯华章发布统一底层框架的智V验证平台以及四款具备自主知识产权的数字验证产品,涵盖数字仿真、FPGA原型验证、形式化验证、智能场景验证等领域。


本次论坛同期,芯华章推出了一款新的验证工具昭晓Fusion DebugTM。该系统基于芯华章自主开发的调试数据库和开放接口,可兼容产业现有解决方案,提供完善的生态支持,并具备易用性、高性能等特点。


林扬淳表示,针对对目前验证调试方面的挑战,芯华章的的FusionVerify Platform采取了上层的应用和底层基础协同建构的策略,开发出统一的数据库、GUI、求解器甚至调试等,让上层的应用能糅合在一起。对各类设计在不同的场景下,都可以提供定制化的验证解决方案。


此次推出的Fusion Debug™,不仅可以用来独立使用,还可以配合智V验证平台的所有产品混合使用,以及支持用户现有的EDA工具,支持调用读写平台数据库,包括XCDB/XNDB/XEDB/XCovDB。其中,XCDB存储了Design HDL的信息,XNDB记录了Design analyst, XEDB压缩存储了信号波形,XCovDB则记录了覆盖率。


有关该工具详细信息,可前往这里参看