新火種
2023-10-28 
國產EDA重大突破，數字驗證調試系統多項空白被填補
去年，集成570億個晶體管，性能強大的蘋果M1 Max處理器的橫空出世讓人大受震撼。
今年，英偉達最新款GPU H100擁有800億個晶體管，并且大放豪言20個H100 GPU，也就是1.6萬億個晶體管，便可承托相當于全球互聯網的流量。
處理器的性能越來越高，集成的晶體管數量越來越多，復雜度也越來越高，那如何才能保證其正常工作？
要讓擁有百億個晶體管的芯片正常工作的難度，就好比要用一個個細胞組成器官，并且能讓器官能夠正常的運作。這個實現的過程，驗證是關鍵。
二三十年前，芯片的復雜度雖然難以和如今的5nm、4nm芯片相提并論，但芯片設計工程師為了確保芯片的功能與自己預期的一致，也需要在芯片制造前進行仿真驗證。
后來，隨著芯片集成的晶體管越來越多，越來越復雜，僅靠仿真實現充分驗證的難度也越來越大，芯片工程師們意識到，芯片的功能、性能的驗證都非常重要。于是，芯片驗證的各種方法都相繼出現，也有了專門的芯片驗證工程師。
如今，典型的SoC（片上系統）芯片的項目研發中，驗證占了70%的工作量，而其中的40%又是調試，整個驗證過程繁雜且費時費力。
因此，想要保證設計出的芯片能夠穩定高效運行，驗證和調試的電子設計自動化（EDA，Electronics Design Automation）工具就至關重要，特別是在芯片設計復雜度不斷提升與研發成本日益增高的當下。
“一方面，芯片驗證場景日益復雜，從單純的功能驗證到今天面對整個系統級、場景級的驗證；另一方面，面對激烈的市場競爭，芯片集成規模不斷擴大，研發周期卻不斷縮短，驗證的重要性日益突出?！膘菰萍假Y深架構師鮑敏祺指出芯片前段驗證面臨的挑戰。
可惜的是，芯片驗證的挑戰越來越大，但市場上已有的EDA驗證和調試工具并不能很好地滿足當下芯片設計的需求。
芯華章科技研發副總裁林揚淳認為，當前產業調試方案面對著缺乏創新、數據庫碎片化以及性能局限等多重挑戰。
這給沒有歷史包袱，又了解客戶需求的新創EDA公司帶來了巨大的機會。
芯華章首席市場戰略官謝仲輝對表示，一個優秀的，符合市場需求的EDA調試系統應該具備以下特性：
首先，需要支持很多驗證手段，才能幫助如今的芯片設計做很好地調試和診斷。
其次，擁有幾百億個晶體管的芯片越來越復雜，為了能夠快速呈現甚至定位出問題，需要好的數據格式以及算法，支持大量的數據讀寫，也就是說需要有高性能的支撐。
最后，為了能夠更加智能化和快速呈現和定位問題，需要借助AI。因為傳統的方式非常依賴驗證工程師的經驗，借助AI，能夠顯著提升效率。
看到這些需求，提供全面數字驗證EDA的芯華章近日發布的數字驗證調試系統曉Fusion Debug，不僅能夠幫助芯片設計公司解決芯片設計過程中調試的難題，還填補了多項多產技術空白。
第一，昭曉Fusion Debug是一款基于創新架構的全面調試系統，能支持芯華章智V驗證平臺所有產品的通用調試底座技術，促成不同產品的協同作用。
這主要是得益于芯華章從開始就致力于底層框架和基礎平臺的研發，能夠解決不同驗證工具數據格式不同的問題，形成共同的數據庫，包括XCDB（存儲design HDL的信息）、XNDB（記錄design netlist）、XEDB（壓縮存儲了信號波形）、XCovDB（記錄覆蓋率）。
據了解，國內EDA公司有面向設計，比如布局布線或制造相關的數據庫，但還沒有針對全平臺驗證的數據庫，芯華章填補了這一空白。
第二，昭曉Fusion Debug在單機模式能夠帶來2-3倍的性能提升，在分布式系統中可以支持額外5倍的速度提升。據悉，傳統主流EDA更新換代每次有約10%-20%的提升，能夠實現5倍的提升是一個巨大的突破。
能夠實現性能飛躍的一個關鍵是數字波形格式。昭曉Fusion Debug采用完全自研的高性能數字波形格式XEDB，這一波形格式借助創新的數據格式和架構，具備高性能、高容量、高波形壓縮比等特點，其提供的高效編碼和壓縮方案，在實際測試中可以帶來比國際主流數字波形格式超8倍的壓縮率。
與其它商業波形格式相比，XEDB的讀寫速度快至3倍，并支持分布式架構，可充分利用多臺機器的物理資源來提升整體系統的性能，實測中表現出的波形寫入速度可以比單機模式提高5倍以上。同時，借助設計推理引擎和高性能分析引擎提供的動力，昭曉Fusion Debug能夠支持統一且高性能的編譯，快速加載仿真結果和信號顯示，輕松進行信號連接跟蹤和根本原因分析。
第三，昭曉Fusion Debug的數據結構已經具備了深度學習框架，能夠很容易支持AI技術。
EDA的智能化能夠把一些繁瑣、重復、需要依靠經驗的工作借助AI，提升效率的同時降低對工程師的要求。比如，在調試過程中，如果一個5-10年的邏輯工程師需要花3-5天的時間找到問題的源頭，有了AI后，一個經驗比較少的工程師可能只需要1天就能找到問題，帶來倍速的效率提升。
合肥市微電子研究院院長陳軍寧和電子科技大學電子科學與工程學院副教授黃樂天從不同的角度指出，下一代EDA工具需要增強工具間的融合以及更智能化，在減少人力投入的同時，進一步充分利用機器學習、云計算等創新技術，從而提高芯片驗證與設計效率。
不過，AI非常依賴算法和數據，國內EDA公司在數據的積累上顯然沒辦法和巨頭公司比較，那新創EDA公司還能有AI的優勢嗎？
謝仲輝認為，“數據和算法都非常關鍵。我們所做的是基于算法和建模的動作，先把底層的架構搭建起來，至于數據，未來我們將用平臺化的理念服務客戶，聚集更多的用戶共同推動EDA智能化的發展?！?/p>
業界期待EDA調試工具智能化的同時，也在期待接口的開放。
平頭哥上海半導體技術IP驗證及軟硬協同驗證負責人張天放就說，“在實際應用中，各個芯片的產品調試特征不同，對調試會產生非常多樣化的細分需求。我們希望能夠在國產EDA工具里面看到一些開放的接口，便于進行二次開發?！?/p>
開放接口對于傳統EDA公司來說，無論從商業還是技術的角度，都是一個很大的考驗。但這也恰恰成為了新入局者的機會。
可以看到，昭曉Fusion Debug就提供豐富、可編程的數據接口，能讓用戶可針對不同調試場景進行定制化，并能貫通芯華章智V驗證平臺及支持用戶現有的EDA工具。
謝仲輝強調，“使用我們的開放接口能夠讓用戶調用我們的數據完善驗證和調試的流程，帶來的是一定的靈活性，也能保持性能優勢?！?/p>
但回到最初的問題，想要保證一款集成了幾百億個晶體管的芯片沒有bug穩定運行可能嗎？
這是一個靈魂拷問的問題，也是一個非常難回答的問題。
但可以明確的是，像昭曉Fusion Debug這樣創新性產品的推出，能夠更大程度滿足當下芯片驗證和調試的需求。
而要更好滿足芯片設計的需求，需要整個業界朝著EDA 2.0方向努力，其中的關鍵路徑包括開放和標準化、自動化和智能化、平臺化和服務化三個方面。
EDA 2.0也是國產EDA產業實現快速發展的機遇。賽迪顧問的數據顯示，2019年全球EDA市場規模為102.5億美元，中國EDA市場規模約為5.8億美元，占全球市場的5.6%，國內EDA廠商總營收不到4.2億元，僅占全球市場份額的0.6%，國產化率僅10%左右。
國產EDA的強大，需要國內EDA學術界和產業界的共同努力。
相關文章：
國家級基金領投，EDA公司芯華章宣布獲得數億Pre-B+輪融資
芯華章傅強：后摩爾時代下，EDA 2.0 賦能數字化未來 | GAIR 2021
AI+云原生EDA問世，國產EDA公司亮出“王炸”
相關推薦
- 免責聲明
- 本文所包含的觀點僅代表作者個人看法，不代表新火種的觀點。在新火種上獲取的所有信息均不應被視為投資建議。新火種對本文可能提及或鏈接的任何項目不表示認可。 交易和投資涉及高風險，讀者在采取與本文內容相關的任何行動之前，請務必進行充分的盡職調查。最終的決策應該基于您自己的獨立判斷。新火種不對因依賴本文觀點而產生的任何金錢損失負任何責任。
