隨著對計算能力、自主系統(tǒng)和下一代架構(gòu)的需求持續(xù)攀升，半導體行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的向萬物智能轉(zhuǎn)變的趨勢。由此，芯片的復雜程度以及系統(tǒng)和產(chǎn)品中的軟件含量正以驚人的速度呈指數(shù)級增長。

以汽車行業(yè)為例。制造商及其供應商正在運用全新且頗具爭議的電氣/電子（EE）架構(gòu)，對車輛及系統(tǒng)級組件進行重新設計，以此打造差異化的競爭優(yōu)勢。這一趨勢同樣波及工業(yè)自動化、高性能計算（HPC）數(shù)據(jù)中心以及航空航天等領域，其中軟件定義的系統(tǒng)驅(qū)動著強大的計算能力，不僅體現(xiàn)在最新的智能手機、汽車和相機等邊緣設備上，還體現(xiàn)在匯聚海量數(shù)據(jù)的核心數(shù)據(jù)中心。

如今，人工智能已滲透到現(xiàn)代科技的方方面面，芯片開發(fā)者面臨全新的挑戰(zhàn)：確保產(chǎn)品在激烈的計算需求下達到預期的性能表現(xiàn)，并穩(wěn)定、高效地運行。這些變革正挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)設計與驗證方法的極限，亟需創(chuàng)新解決方案來應對現(xiàn)代芯片和系統(tǒng)架構(gòu)的需求。

此時，硬件輔助驗證（HAV）應運而生，成為助力開發(fā)者優(yōu)化設計行為、應對復雜性并確保系統(tǒng)在實際應用中順暢運行的關(guān)鍵技術(shù)。

在本篇文章中，我們將深入探討HAV的重要性，剖析不同應用場景，分析AI如何塑造新的設計需求，并探討開發(fā)先進芯片所需的靈活且適應行業(yè)需求的解決方案。

芯片設計優(yōu)化之路：從IP到軟件定義系統(tǒng)

要理解現(xiàn)代芯片開發(fā)的復雜性，我們需溯本逐源，檢查過程的每一個階段，從IP的基礎構(gòu)建模塊開始。這些模塊作為先進芯片架構(gòu)的核心。IP最初只是起點，隨后演變成復雜的系統(tǒng)，當與軟件結(jié)合時，創(chuàng)造出旨在改善我們?nèi)粘Ｉ畹膽贸绦?。為了實現(xiàn)最佳性能，從IP到系統(tǒng)硬件和軟件的每個組件都必須共同優(yōu)化。

對于芯片開發(fā)者而言，主要存在兩種策略選擇。一是自主開發(fā)，利用自身的專業(yè)知識和專有設計來構(gòu)建核心模塊；二是獲取授權(quán)，從諸如新思科技等行業(yè)領先企業(yè)處直接獲得相應模塊的使用許可。然而，這一過程并未就此終結(jié)。完成IP選擇、集成以及芯片制造之后，仍需進行后續(xù)步驟。芯片隨后將被集成至電路板中，構(gòu)成高性能加速系統(tǒng)的核心架構(gòu)。隨后，設計這些系統(tǒng)以驅(qū)動并執(zhí)行廣泛的軟件應用，涵蓋從低級驅(qū)動程序至高級AI框架及應用等多個層級。這一綜合性策略確保各個組件能夠和諧運作，從而在整個AI加速生態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)最大化的效率與性能。

盡管從IP模塊發(fā)展至成熟的AI加速系統(tǒng)這一過程在理論上顯得較為直接，但實際操作中卻充滿挑戰(zhàn)。關(guān)鍵在于：如何采取相應措施，以確保這些系統(tǒng)在整個開發(fā)流程的各個階段，以及從功能性正確性、性能表現(xiàn)至功耗控制等多個維度上，均能夠按照預期目標穩(wěn)定運行？

在萬物智能時代的使用案例與芯片設計驗證

確保從IP到系統(tǒng)和軟件的一切都能正確運行并非易事。如下圖所示，在整個設計過程中必須徹底驗證幾個關(guān)鍵用例。

通過RTL回歸進行功能驗證、IP性能驗證和合規(guī)性檢查對于確認IP在系統(tǒng)級環(huán)境中按預期運行至關(guān)重要。早期階段的性能分析、低功耗評估和測試生成同樣對于確保效率和可靠性極為關(guān)鍵。此外，還必須納入安全、安保和硅生命周期管理等關(guān)鍵考慮因素，以滿足現(xiàn)代設計需求。

隨著產(chǎn)品的演進以及工作負載和系統(tǒng)的復雜性增加，傳統(tǒng)的驗證技術(shù)變得不再可行，必須采用新的方法論。

市場需求推動HAV架構(gòu)的演進

硬件輔助驗證（HAV）──一種能夠大幅提升驗證任務執(zhí)行速度的仿真與原型設計技術(shù)──不久前被引入市場，用以增強基于仿真的驗證手段及其他傳統(tǒng)技術(shù)，不過起初僅應用于最為高端的設計領域。然而，隨著芯片與軟件復雜度的不斷提升、預硅設計周期的拉長，以及全面的硬件-軟件驗證變得愈發(fā)重要，HAV現(xiàn)已成為當下絕大多數(shù)設計工作中不可或缺的一環(huán)。

如今，工程師們不僅要驗證單個部件，還需確保硬件與軟件之間復雜的系統(tǒng)級交互得以有效運轉(zhuǎn)。這其中不僅包含了對底層IP合規(guī)性的嚴格把控，還涉及到性能與功耗的細致優(yōu)化，使得整個驗證過程成為一項艱巨的任務。

集成的驗證引擎──涵蓋從各抽象層級的基于仿真的工具，到硬件輔助解決方案如仿真及基于FPGA的原型設計──為高效處理大量工作負載提供了可能，有效解決了至關(guān)重要的可擴展性問題。在這一背景下，基于云的解決方案顯得尤為寶貴，它們能夠進一步優(yōu)化性能與成本效率，實現(xiàn)通過結(jié)合本地與云端資源來并行處理眾多工作負載和回歸測試。

有效驗證的核心在于能夠平滑地在不同用例間切換，自早期的快速RTL調(diào)試直至高性能軟件工作負載的驗證。具備可配置性且能高效應對這一系列需求的HAV平臺，對于驗證真實世界中芯片與系統(tǒng)設計的復雜性至關(guān)重要，這些設計往往需要依托真實的工作負載來進行測試。面對永無止境的驗證需求，設計團隊還需敏銳地把握每個驗證引擎的投資回報率（ROI）。雖然不存在一種萬能的引擎能夠適配所有用例，但我們已然步入了一個新時代，在這個時代里，HAV設置在跨項目乃至項目內(nèi)部的重新配置能力已成為考量ROI的關(guān)鍵因素之一，與直接的購置成本及諸如驗證設備功耗之類的間接成本一同被納入考量。

歸根結(jié)底，一個具備適應性的驗證架構(gòu)意義重大，它不僅能夠迎合多樣化的用戶需求與用例，還能保持足夠的靈活性以應對這個不斷演進的領域所提出的未來技術(shù)挑戰(zhàn)。

引領半導體設計的長期創(chuàng)新之路

作為尖端芯片設計工具與IP的領軍企業(yè)，新思科技處于這一變革的前沿。從確保首次流片成功，到構(gòu)建支撐現(xiàn)代設備的復雜架構(gòu)，我們深知硬件輔助驗證（HAV）對于持續(xù)創(chuàng)新至關(guān)重要。

HAV提供了驗證復雜硬件-軟件交互作用的關(guān)鍵工具與基礎設施，提升了系統(tǒng)與產(chǎn)品的整體質(zhì)量，并大幅縮短了產(chǎn)品推向市場的時間。此外，它有效降低了昂貴的硅晶重制成本，為探索下一技術(shù)層次鋪平了道路。在這一過程中，HAV不僅革新了設計流程，還賦予開發(fā)者們實現(xiàn)宏偉構(gòu)想所需的信心與高效。