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AI時代下芯片復雜度飆升，思爾芯國產(chǎn)硬件仿真加速芯片創(chuàng)新

2024-12-19

在人工智能（AI）技術蓬勃發(fā)展的今天，芯片的復雜度正以前所未有的速度飆升，輕松跨越了百億邏輯門級別的大關。這一趨勢不僅推動了半導體行業(yè)的快速發(fā)展，也對硬件仿真系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)和要求。在近日的ICCAD-Expo 2024上，思爾芯研發(fā)總監(jiān)余勇發(fā)表了精彩技術演講，他深入探討了AI時代下高性能硬件仿真系統(tǒng)的重要性。他指出：“隨著AI技術的廣泛應用，芯片的復雜度急劇增加，傳統(tǒng)硬件仿真的系統(tǒng)運行性能已難以滿足當前的設計需求。因此，思爾芯迭代升級了其OmniArk芯神鼎國產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持從2億到96億門的靈活配置，系統(tǒng)運行性能高達4-6MHz，能夠滿足復雜芯片設計的仿真需求。”

新一代國產(chǎn)硬件仿真

思爾芯新一代國產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)亮點紛呈。它支持從2億到96億門的靈活配置，系統(tǒng)運行性能高達4-6MHz，足以應對復雜芯片設計的仿真需求。高效的全自動編譯技術，結合增量編譯的加速優(yōu)勢，使得編譯效率飆升至8000萬門/小時，為設計師贏得了寶貴的時間。

在信號調(diào)試方面，系統(tǒng)配備了靜態(tài)探針和動態(tài)探針，實現(xiàn)了信號的全可視性。Backup/Replay、Save/Restore等調(diào)試功能的加入，更是讓調(diào)試過程變得便捷而高效。此外，系統(tǒng)還具備強大的多用戶能力和動態(tài)資源調(diào)度管理功能，確保了資源的最大化利用和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

豐富的接口與存儲解決方案，如Transactors、Memory Models、Daughter Cards、Speed Adaptors等，為不同用戶模式的開發(fā)提供了全面的驗證IP庫，滿足了絕大部分驗證應用的需求。

新一代芯神鼎硬件仿真系統(tǒng)憑借其卓越的性能和豐富的功能，廣泛應用于系統(tǒng)架構探索、硬件調(diào)試、軟件開發(fā)、全系統(tǒng)驗證以及軟硬件協(xié)同等多個領域。

精準的信號調(diào)試

在硬件仿真領域，精準的信號調(diào)試是確保芯片設計正確性和穩(wěn)定性的關鍵。面對日益復雜的芯片設計，如何高效地定位并解決潛在的問題，成為了每一位硬件工程師面臨的挑戰(zhàn)。思爾芯新一代硬件仿真系統(tǒng)便提供了諸如Backup/Replay和Save/Restore等強大的調(diào)試功能，極大地提升了調(diào)試的精準度和效率。

1 隨機性問題調(diào)試——Backup/Replay的神奇力量

Backup/Replay功能在硬件仿真中扮演著至關重要的角色。它允許工程師在仿真運行過程中，對特定時刻的系統(tǒng)狀態(tài)進行備份，并在需要時重新播放（Replay）這一時刻之后的所有操作。這一功能在解決隨機性觸發(fā)的bug時尤為有效。

應用場景1：穩(wěn)定的重現(xiàn)bug現(xiàn)象

面對那些難以捉摸、隨機性觸發(fā)的bug，傳統(tǒng)的調(diào)試方法往往難以重現(xiàn)問題。而Backup/Replay功能則能夠穩(wěn)定地重新呈現(xiàn)bug現(xiàn)象，使工程師能夠避免重新仿真運行卻無法重現(xiàn)bug的尷尬局面。通過精確地定位到bug觸發(fā)的時刻，工程師可以更加深入地分析問題，找到問題的根源。

應用場景2：更加精準的調(diào)試窗口，提升調(diào)試效率

當正常運行階段出現(xiàn)bug后，工程師往往需要從海量的仿真數(shù)據(jù)中尋找線索。而Backup/Replay功能則允許工程師從接近出bug仿真時刻的backup存檔點開始replay，并在此階段開啟FFV（Fast Forward Verification，快速前向驗證）功能進行調(diào)試。這樣，工程師無需從頭開始仿真運行，從而大大節(jié)省了調(diào)試時間，提升了調(diào)試效率。

應用場景3：更靈活的硬件資源使用

在Replay階段，由于不需要外部接口環(huán)境的支持，工程師可以更加靈活地使用硬件資源來完成調(diào)試任務。這一特性使得工程師能夠在有限的硬件資源下，更加高效地解決復雜的問題。

2 從指定仿真時間點恢復調(diào)試——Save/Restore的便捷之處

Save/Restore功能同樣在硬件仿真中發(fā)揮著不可替代的作用。它允許工程師在仿真過程中的任意時刻保存系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并在需要時從這一狀態(tài)恢復運行。

應用場景1：跳過OS啟動階段，節(jié)省仿真時間

在嵌入式系統(tǒng)或操作系統(tǒng)的仿真中，OS啟動階段往往耗時較長。通過Save/Restore功能，工程師可以在OS啟動后保存運行狀態(tài)，并在后續(xù)仿真中直接從這一狀態(tài)恢復運行。這樣工程師就可以跳過繁瑣的OS啟動過程，專注于系統(tǒng)功能的驗證和調(diào)試，從而大大節(jié)省了仿真時間。

應用場景2：并行執(zhí)行多個testcase

在復雜的芯片設計驗證中，工程師通常需要執(zhí)行多個testcase來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。通過Save/Restore功能，工程師可以從某個仿真時間點開始，并行執(zhí)行多個testcase，提高驗證效率和覆蓋率。

簡單來說，就是當工程師突然有事要中斷或者想先暫停一下，他可以保存當前進度，以便日后繼續(xù)。同時，當硬件資源有限時，工程師們可通過該功能輪流使用機器。通過Save/Restore功能，他們可以一個接一個地用這臺機器，避免浪費資源，從而實現(xiàn)資源的最大化利用。

由此可見，Backup/Replay和Save/Restore等精準的信號調(diào)試功能為硬件仿真調(diào)試帶來了前所未有的便捷和效率。它們不僅幫助工程師更加準確地定位和解決潛在的問題，還極大地提升了硬件資源的利用率和工作效率。

寫在最后

在人工智能（AI）技術快速發(fā)展的背景下，思爾芯作為國內(nèi)首家數(shù)字EDA企業(yè)，積極響應行業(yè)變革，不斷創(chuàng)新與突破。面對芯片復雜度飆升帶來的挑戰(zhàn)，思爾芯推出了迭代升級的OmniArk芯神鼎國產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)，以卓越的性能和豐富的功能，為芯片設計提供了堅實的技術支撐。

思爾芯深知，精準的信號調(diào)試是確保芯片設計正確性和穩(wěn)定性的關鍵。因此，新一代硬件仿真系統(tǒng)在信號調(diào)試方面下足了功夫，為工程師提供了多種便捷的調(diào)試工具和功能。這些功能不僅幫助工程師快速定位并解決潛在問題，還極大地提升了硬件資源的利用率和工作效率。

此外，思爾芯還注重用戶體驗和資源最大化利用。系統(tǒng)支持多用戶同時在線，實現(xiàn)了資源的共享和靈活調(diào)度。同時，通過提供豐富的接口與存儲解決方案，系統(tǒng)滿足了不同用戶模式的開發(fā)需求，為芯片設計的創(chuàng)新和發(fā)展提供了有力支持。

思爾芯將繼續(xù)秉持創(chuàng)新理念，不斷提升技術水平和服務質(zhì)量，以更加優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)硬件仿真解決方案，助力芯片設計行業(yè)在AI時代下實現(xiàn)更加快速和可持續(xù)的發(fā)展。

思爾芯S8-100單核等效邏輯門約1億門，相較于前代邏輯系統(tǒng)S7-19P，其容量提升了2倍。此外，S8-100的I/O帶寬也提升2.5倍，并配備了更靈活、可擴展的I/O架構，輕松應對不同外設與復雜互聯(lián)拓撲的需求。S8-100透過GTYP支持PCIe Gen5，并提供8個速率高達56Gbps GTM的MCIO接口，帶來強大性能和高效體驗。以RISC-V應用領域為例，單核S8-100系統(tǒng)就能滿足較大RISC-V核的驗證，即便是復雜的RISC-V核也無需分割，從而提升高達3-5倍運行頻率，使得軟件工程師開發(fā)更加得心應手。對于AI和HPC等領域的大規(guī)模設計，容量的翻倍使得分割數(shù)量大幅度減少，顯著降低了拓撲結構的復雜性，工程師們能夠更加輕松地組網(wǎng)與優(yōu)化。

此外，思爾芯還提供豐富的外置應用庫，包含多種外設接口子卡、降速橋、內(nèi)存模型等，并且可提供驗證就緒的參考設計，簡化用戶驗證環(huán)境的部署。為了滿足主流應用領域的需求，思爾芯還提供多種靈活的接口方案包括豐富的高速接口降速橋和內(nèi)存接口轉(zhuǎn)換IP，例如PCIe Gen5 、400G以太網(wǎng)、LPDDR5/DDR5等。S8-100還支持多核FPGA的深度調(diào)試，進一步提高了系統(tǒng)部署的速度和效率。

在AI技術飛速發(fā)展的今天，思爾芯創(chuàng)始人、董事長兼CEO林俊雄指出：“當前市場迫切需求能夠應對大算力與大模型挑戰(zhàn)的EDA工具。為此，我們推出的S8-100全系列產(chǎn)品，憑借其更大的容量、強大的性能、高度的靈活性以及便捷的操作性，正為這一需求提供強有力的支撐。某GPU芯片客戶原本使用4臺LX2邏輯矩陣（32核的VU19P），在S8-100上對標評估后，整體架構簡化。新的配置只需要4臺S8-100Q（16核VP1902），性能從7MHz提升到10MHz。互聯(lián)線纜從700+條減少到300+條，大大提升優(yōu)化效率。”

透過全自動時序驅(qū)動分割軟件和S8-100搭配，可一鍵實現(xiàn)從RTL到Bitstream自動生成，解決大設計分割的挑戰(zhàn)。此外，S8-100配備了完整的工具鏈和自動化軟件支持，包括實時控制（Player Pro – RunTime），設計調(diào)試（Player Pro – DebugTime）和協(xié)同仿真（ProtoBridge）等，大幅提升工作效率。

面對不斷變化的AI大模型應用場景，思爾芯推出的芯神瞳邏輯系統(tǒng)S8-100全系列，基于公司20余年的技術積累和不斷迭代。自成立以來，思爾芯已發(fā)布了8代原型驗證系統(tǒng)，這些成熟易用的產(chǎn)品經(jīng)過市場驗證，已廣泛應用于全球600多家企業(yè)。思爾芯始終秉持“以客戶為中心、快速響應”的核心價值，產(chǎn)品覆蓋從架構設計、軟件仿真、硬件仿真到原型驗證、數(shù)字調(diào)試、EDA云等全方位工具和服務，通過完善的數(shù)字前端EDA解決方案，為客戶提供高效、可靠的支持，助力加速芯片設計創(chuàng)新。

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