芯片设计流程与工具详解2：原型验证篇

芯片设计流程与原型验证技术的深入探讨


引言：

芯片验证是确保硬件设计正确性及性能的关键步骤，然而，传统的芯片验证主要聚焦于芯片内部逻辑的正确性，而往往忽略了与外部系统及环境的交互验证。这导致约50%的芯片设计投入市场时可能面临问题。为解决这一挑战，原型验证技术应运而生，旨在模拟实际系统环境，全面验证芯片设计，并大大提高实际投入前的设计通过率。




原型验证：系统的完整验证载体

传统芯片验证主要集中在逻辑正确性和性能指标上，忽略了芯片在完整系统环境下的行为验证。原型验证技术通过搭建与实际系统近似的硬件平台或软件仿真环境，对芯片设计进行全面、深入的测试，确保其在复杂的系统环境中运行性能和兼容性。

原型验证的方法论：

原型验证主要分为三种类型：FPGA原型、模拟平台Emulator以及实验性投片（原型投片）：

1. FPGA原型验证：使用FPGA（现场可编程门阵列）作为硬件平台，将原始的ASIC（专用集成电路）设计代码翻译到FPGA上，实现相同功能，进而对整个系统逻辑进行测试，验证设计在系统环境中的有效性。然而，FPGA存在容量限制、性能与ASIC差异大、硬件与工艺库不完全一致的缺点。

2. 模拟平台Emulator：借助软硬件仿真技术，构建完全模仿目标硬件环境的系统，以模拟芯片在实际应用中的状态，进行高级功能和行为验证。

3. 实验性投片：通过在少量ASIC芯片上制造并测试，快速迭代验证设计，相比全面生产投入更大成本，但能针对关键问题快速找到解决方案。

原型验证平台的现代应用：

针对FPGA原型验证的市场需求，众多公司开发了相应的原型验证平台，它们紧随Xilinx和Altera（现属Intel）等公司FPGA技术的新扩展，不断更新和优化。市场上的典型产品比如Synopsys的HAPS系列、Cadence公司的ProTIum、S2C公司的Prodigy系列和国内亚科宏宇的VeriTiger系列等。

原型验证平台的最大化利用：

现存的最大容量FPGA，如Xilinx的Virtex UltraScal 440（VU440）平台，其单颗FPGA芯片容纳的前述门数可达2630百万个。为了运用更大型的SoC（系统级芯片）设计，典型做法是采用多颗FPGA级联策略。