隨著對(duì)計(jì)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(dǎo)體行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的向萬(wàn)物智能轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。由此，芯片的復(fù)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(jí)增長(zhǎng)。

以汽車行業(yè)為例。制造商及其供應(yīng)商正在運(yùn)用全新且頗具爭(zhēng)議的電氣/電子（EE）架構(gòu)，對(duì)車輛及系統(tǒng)級(jí)組件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以此打造差異化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這一趨勢(shì)同樣波及工業(yè)自動(dòng)化、高性能計(jì)算（HPC）數(shù)據(jù)中心以及航空航天等領(lǐng)域，其中軟件定義的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)著強(qiáng)大的計(jì)算能力，不僅體現(xiàn)在最新的智能手機(jī)、汽車和相機(jī)等邊緣設(shè)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(kāi)發(fā)者面臨全新的挑戰(zhàn)：確保產(chǎn)品在激烈的計(jì)算需求下達(dá)到預(yù)期的性能表現(xiàn)，并穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。這些變革正挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法的極限，亟需創(chuàng)新解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)代芯片和系統(tǒng)架構(gòu)的需求。

此時(shí)，硬件輔助驗(yàn)證（HAV）應(yīng)運(yùn)而生，成為助力開(kāi)發(fā)者優(yōu)化設(shè)計(jì)行為、應(yīng)對(duì)復(fù)雜性并確保系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中順暢運(yùn)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(yīng)用場(chǎng)景，分析AI如何塑造新的設(shè)計(jì)需求，并探討開(kāi)發(fā)先進(jìn)芯片所需的靈活且適應(yīng)行業(yè)需求的解決方案。

芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化之路：從IP到軟件定義系統(tǒng)

要理解現(xiàn)代芯片開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，我們需溯本逐源，檢查過(guò)程的每一個(gè)階段，從IP的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊開(kāi)始。這些模塊作為先進(jìn)芯片架構(gòu)的核心。IP最初只是起點(diǎn)，隨后演變成復(fù)雜的系統(tǒng)，當(dāng)與軟件結(jié)合時(shí)，創(chuàng)造出旨在改善我們?nèi)粘Ｉ畹膽?yīng)用程序。為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，從IP到系統(tǒng)硬件和軟件的每個(gè)組件都必須共同優(yōu)化。

對(duì)于芯片開(kāi)發(fā)者而言，主要存在兩種策略選擇。一是自主開(kāi)發(fā)，利用自身的專業(yè)知識(shí)和專有設(shè)計(jì)來(lái)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(lǐng)先企業(yè)處直接獲得相應(yīng)模塊的使用許可。然而，這一過(guò)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(jìn)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(shè)計(jì)這些系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)并執(zhí)行廣泛的軟件應(yīng)用，涵蓋從低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序至高級(jí)AI框架及應(yīng)用等多個(gè)層級(jí)。這一綜合性策略確保各個(gè)組件能夠和諧運(yùn)作，從而在整個(gè)AI加速生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)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(guò)程在理論上顯得較為直接，但實(shí)際操作中卻充滿挑戰(zhàn)。關(guān)鍵在于：如何采取相應(yīng)措施，以確保這些系統(tǒng)在整個(gè)開(kāi)發(fā)流程的各個(gè)階段，以及從功能性正確性、性能表現(xiàn)至功耗控制等多個(gè)維度上，均能夠按照預(yù)期目標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行？

在萬(wàn)物智能時(shí)代的使用案例與芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證

確保從IP到系統(tǒng)和軟件的一切都能正確運(yùn)行并非易事。如下圖所示，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須徹底驗(yàn)證幾個(gè)關(guān)鍵用例。

通過(guò)RTL回歸進(jìn)行功能驗(yàn)證、IP性能驗(yàn)證和合規(guī)性檢查對(duì)于確認(rèn)IP在系統(tǒng)級(jí)環(huán)境中按預(yù)期運(yùn)行至關(guān)重要。早期階段的性能分析、低功耗評(píng)估和測(cè)試生成同樣對(duì)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(shè)計(jì)需求。

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

市場(chǎng)需求推動(dòng)HAV架構(gòu)的演進(jìn)

硬件輔助驗(yàn)證（HAV）──一種能夠大幅提升驗(yàn)證任務(wù)執(zhí)行速度的仿真與原型設(shè)計(jì)技術(shù)──不久前被引入市場(chǎng)，用以增強(qiáng)基于仿真的驗(yàn)證手段及其他傳統(tǒng)技術(shù)，不過(guò)起初僅應(yīng)用于最為高端的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。然而，隨著芯片與軟件復(fù)雜度的不斷提升、預(yù)硅設(shè)計(jì)周期的拉長(zhǎng)，以及全面的硬件-軟件驗(yàn)證變得愈發(fā)重要，HAV現(xiàn)已成為當(dāng)下絕大多數(shù)設(shè)計(jì)工作中不可或缺的一環(huán)。

如今，工程師們不僅要驗(yàn)證單個(gè)部件，還需確保硬件與軟件之間復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)交互得以有效運(yùn)轉(zhuǎn)。這其中不僅包含了對(duì)底層IP合規(guī)性的嚴(yán)格把控，還涉及到性能與功耗的細(xì)致優(yōu)化，使得整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

集成的驗(yàn)證引擎──涵蓋從各抽象層級(jí)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(shè)計(jì)──為高效處理大量工作負(fù)載提供了可能，有效解決了至關(guān)重要的可擴(kuò)展性問(wèn)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(jìn)一步優(yōu)化性能與成本效率，實(shí)現(xiàn)通過(guò)結(jié)合本地與云端資源來(lái)并行處理眾多工作負(fù)載和回歸測(cè)試。

有效驗(yàn)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(fù)載的驗(yàn)證。具備可配置性且能高效應(yīng)對(duì)這一系列需求的HAV平臺(tái)，對(duì)于驗(yàn)證真實(shí)世界中芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性至關(guān)重要，這些設(shè)計(jì)往往需要依托真實(shí)的工作負(fù)載來(lái)進(jìn)行測(cè)試。面對(duì)永無(wú)止境的驗(yàn)證需求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還需敏銳地把握每個(gè)驗(yàn)證引擎的投資回報(bào)率（ROI）。雖然不存在一種萬(wàn)能的引擎能夠適配所有用例，但我們已然步入了一個(gè)新時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代里，HAV設(shè)置在跨項(xiàng)目乃至項(xiàng)目?jī)?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(gòu)置成本及諸如驗(yàn)證設(shè)備功耗之類的間接成本一同被納入考量。

歸根結(jié)底，一個(gè)具備適應(yīng)性的驗(yàn)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(yīng)對(duì)這個(gè)不斷演進(jìn)的領(lǐng)域所提出的未來(lái)技術(shù)挑戰(zhàn)。

引領(lǐng)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期創(chuàng)新之路

作為尖端芯片設(shè)計(jì)工具與IP的領(lǐng)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(shè)備的復(fù)雜架構(gòu)，我們深知硬件輔助驗(yàn)證（HAV）對(duì)于持續(xù)創(chuàng)新至關(guān)重要。

HAV提供了驗(yàn)證復(fù)雜硬件-軟件交互作用的關(guān)鍵工具與基礎(chǔ)設(shè)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(chǎng)的時(shí)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(guò)程中，HAV不僅革新了設(shè)計(jì)流程，還賦予開(kāi)發(fā)者們實(shí)現(xiàn)宏偉構(gòu)想所需的信心與高效。