詳解企業(yè)級國產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)——OmniArk芯神鼎

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。

因為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。

企業(yè)級硬件仿真系統(tǒng)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。

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。

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>

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。

基于思爾芯能夠深入挖掘客戶痛點，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。

關(guān)于思爾芯S2C

思爾芯（S2C）自2004年設(shè)立上海總部以來始終專注于集成電路EDA領(lǐng)域。作為業(yè)內(nèi)知名的 EDA 解決方案專家，公司業(yè)務(wù)聚焦于數(shù)字芯片的前端驗證，已覆蓋驗證云服務(wù)、架構(gòu)設(shè)計、軟件仿真、硬件仿真、原型驗證等工具。已與超過600家國內(nèi)外企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系，服務(wù)于人工智能、超級計算、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲、信號處理等數(shù)字電路設(shè)計功能的實現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G通信、智慧醫(yī)療、汽車電子等終端領(lǐng)域。
公司總部位于上海，并建立了全球化的技術(shù)研發(fā)與市場服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，在北京、深圳、西安、香港、東京、首爾及圣何塞等地均設(shè)有分支機構(gòu)或辦事處。
思爾芯在EDA領(lǐng)域的技術(shù)實力受到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，通過多年耕耘，已在原型驗證領(lǐng)域構(gòu)筑了技術(shù)與市場的雙優(yōu)勢地位。并參與了我國EDA團體標(biāo)準(zhǔn)的制定，承擔(dān)了多項國家及地方重大科研項目。