芯片設(shè)計一次成功的關(guān)鍵：從架構(gòu)階段就開始驗證

我們正處在數(shù)據(jù)大爆炸的時代。數(shù)據(jù)不僅是云端網(wǎng)絡(luò)生活的核心動力，還能讓我們深入了解公共健康、天氣事件等領(lǐng)域。實際上，全球90%的數(shù)據(jù)是在過去兩年內(nèi)產(chǎn)生的！微處理器強大的計算能力支撐著數(shù)據(jù)存儲，保障數(shù)字世界高效運轉(zhuǎn)。

但隨著數(shù)據(jù)環(huán)境變復(fù)雜，相關(guān)技術(shù)也跟著復(fù)雜起來。這給高性能計算（HPC）和數(shù)據(jù)中心SoC設(shè)計帶來了很多挑戰(zhàn)。為避免走彎路、錯失市場機遇、承擔(dān)過高的制造成本或設(shè)備故障，開發(fā)者們必須制定可靠的驗證策略。

想成功設(shè)計芯片，就得在SoC架構(gòu)設(shè)計初期就用上芯片驗證和虛擬原型技術(shù)，并一直用到最后。接下來，讓我們了解SoC驗證和虛擬原型的關(guān)鍵知識，保證首次設(shè)計就能做出好芯片。

降低功耗，從架構(gòu)開始

盡管吞吐量和性能持續(xù)提升，但這導(dǎo)致功耗預(yù)算不斷增加。數(shù)據(jù)中心對電費極為敏感，僅為了維持系統(tǒng)正常運行所需的冷卻，就占據(jù)了運營成本的很大一部分。由于高性能計算和數(shù)據(jù)中心均為高能耗設(shè)施，目前的趨勢已從基于CISC的指令集架構(gòu)（如x86）轉(zhuǎn)向基于RISC的架構(gòu)以及新興的開源RISC-V架構(gòu)。

然而，x86架構(gòu)依然強勁，在大型HPC和數(shù)據(jù)中心客戶市場中占有重要地位。正如Semiconductor Engineering所報道：“可以肯定的是，高性能計算不會僅依賴于一種處理器。RISC-V可以作為工具箱中的另一種選擇。”

當(dāng)前市場因這些新興架構(gòu)參與者的加入而得到擴展。趨勢在于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心探索如何利用RISC和RISC-V架構(gòu)來降低功耗，并實現(xiàn)更高程度的定制化。

優(yōu)化芯片設(shè)計的關(guān)鍵：提出正確的問題

在超多核設(shè)計中，探尋各種場景以實現(xiàn)每瓦特性能最大化至關(guān)重要——這包括確定所需內(nèi)存量、內(nèi)存布局位置，以及在軟件與硬件結(jié)合方面可拓展的最大限度。對于高性能計算和數(shù)據(jù)中心而言，相較于將任務(wù)外包給ASIC，自主開發(fā)芯片設(shè)計不僅有助于優(yōu)化功耗、提升靈活性，還可助開發(fā)者打造獨特的競爭優(yōu)勢。

與此同時，這些優(yōu)化措施也引出了一系列定制工作負載相關(guān)的問題：

定制工作負載將如何影響子系統(tǒng)的內(nèi)存和互連？

從架構(gòu)設(shè)計到RTL層級，各層次的精確功耗、性能和吞吐量分別是多少？

緩存實現(xiàn)將如何與子集群、緩存一致性網(wǎng)絡(luò)以及更大芯片內(nèi)的集群相互作用

優(yōu)化建模的方法對成功起著決定性作用。開發(fā)者們必須準確把握這些問題的答案，并在芯片交付前精確測量和預(yù)測所有參數(shù)，以免在芯片回來后感到意外。為滿足HPC和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的需求，開發(fā)者們必須在流片前至少對完整的RTL進行一次建模，這就要求其仿真能力具備足夠的冗余空間。

驗證設(shè)計的最佳路徑是什么？

要進行SoC驗證，就得提前開始驗證流程，而不是等到設(shè)計后期。因為平衡功耗和性能提升帶來了新挑戰(zhàn)。

要做到這一點，選擇合適的工具和專業(yè)技能很關(guān)鍵。它們能幫開發(fā)者同時優(yōu)化軟件和硬件，讓開發(fā)者知道何時做設(shè)計上的權(quán)衡。驗證工具應(yīng)該陪開發(fā)者走過整個設(shè)計過程，從架構(gòu)設(shè)計到軟件虛擬化，再到仿真完成。

仿真系統(tǒng)的大小也很重要。如果開發(fā)者不能把整個HPC或數(shù)據(jù)中心的設(shè)計都仿真出來，那就風(fēng)險很大了。

設(shè)計錯了可能會導(dǎo)致性能不達標、超支功耗預(yù)算，甚至需要重頭再來，代價很高。所以，開發(fā)者需要一個能夠隨時介入設(shè)計各個階段、解決問題、調(diào)整優(yōu)化的端到端驗證和虛擬原型方案。如果設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，開發(fā)者可以回到早期階段去修正。越早發(fā)現(xiàn)問題，越好解決。

端到端的高性能計算SoC驗證和虛擬原型工具

新思科技的驗證和仿真工具是目前唯一能提供端到端解決方案的工具集。主要亮點如下：

架構(gòu)探索領(lǐng)先行業(yè)。新思科技Platform Architect能早期探索和分析架構(gòu)，尤其適合新HPC設(shè)計，能與最新內(nèi)存和互連接口模型集成。

新思科技Virtualizer是市場上最成熟的硬件/軟件設(shè)計虛擬原型工具，能讓系統(tǒng)輕松組裝，直接運行仿真就行。

新思科技ZeBu?仿真系統(tǒng)擁有最大的仿真容量，足以匹配快速、大型且復(fù)雜的 HPC 和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用設(shè)計。

虛擬原型、混合仿真與全仿真之間的連續(xù)性：新思科技為仿真需求提供一站式解決方案。開發(fā)者可在仿真環(huán)境中處理設(shè)計的極小部分，其余部分則置于虛擬原型中，隨后依據(jù)設(shè)計進展逐步將設(shè)計遷移至仿真階段及完整的RTL實現(xiàn)。

此外，新思科技匯聚行業(yè)頂尖專家，緊跟技術(shù)潮流，不斷革新工具，始終走在最新技術(shù)應(yīng)用的前沿。我們在豐富的生態(tài)系統(tǒng)中保持深厚且值得信賴的關(guān)系，并擁有長期的合作伙伴關(guān)系，以提供卓越的產(chǎn)品和服務(wù)。

HPC和數(shù)據(jù)中心芯片設(shè)計的未來趨勢是什么？

為了滿足HPC工作負載對性能和功耗的高要求，多芯片系統(tǒng)應(yīng)運而生。相應(yīng)的驗證和早期架構(gòu)探索解決方案也已經(jīng)調(diào)整，以適應(yīng)這些設(shè)計中獨特的相互依賴關(guān)系。那么，如何進一步降低設(shè)計風(fēng)險、平衡功耗并提升性能呢？答案是盡早啟動驗證流程。此外，HPC和數(shù)據(jù)中心的技術(shù)日新月異，敬請持續(xù)關(guān)注更多最新動態(tài)。