芯片的验证难为何越来越-华获科讯网

本文由。芯片半导体。越难工业纵横（ID：ICVIEWS）编译自semiengineering。芯片

曩昔，越难仿真。芯片曾是越难验证的仅有东西，但现在挑选已变得多样。芯片平衡本钱与收益并非易事。越难

芯片初次流片成功率正在下降，芯片首要原因是越难规划杂乱度上升和本钱削减的测验。这意味着办理层有必要深化审视其验证战略，芯片保证东西和人员的越难潜力得到最大发挥。

自半导体年代伊始，芯片经过仿真验证规划是越难否具有所需功用，一向是芯片功用验证的中心。当规划规划较小时，这是一种简略有用的办法。但跟着规划规划扩展，手动编写满足测验用例以掩盖一切功用变得不再实际。测验渠道技能随之开展，完结了部分流程的主动化。这在一段时刻内有用，但现在却导致验证变得高度杂乱且低效——芯片初次流片成功率的下降便是明证。

“众所周知，跟着芯片杂乱度以每18个月翻一番的速度添加，验证状况空间呈指数级胀大，” 。Cadence。产品办理团队总监皮特·哈迪（Pete Hardee）表明，“仿真一向是首要验证办法，但五年前验证一个相对简略的。处理器。内核需求10¹³次仿真周期，而验证。GPU。则需求10¹⁵次。”现在，这些数字更是高出了几个数量级。

“仿真办法缺少。智能。，”Ansys产品营销总监马克·斯温嫩（Marc Swinnen）指出，“你输入一个向量，调查效果；再输入另一个向量，再调查效果。但你并不清楚每个向量的预期作用和方针，因而基本上是在进行蒙特卡洛。模仿。，寄希望于掩盖一切极点状况，或企图主动导向这些状况。”。

仿真早已无能为力。“短期内，进步仿真速度是处理方案，这也推进了仿真商场的爆发式添加，”Real Intent首席履行官普拉卡什·纳拉因（Prakash Narain）表明，“咱们需求更强的核算才干。与此一起，办法验证开端锋芒毕露——它并非与仿真齐头并进，而是填补了仿真在要害功用行为全掩盖上的缝隙。” 。

现在，多种验证技能可与仿真互补，但许多团队难以将其成功整合到全体办法论中。原因包括：需求各类专家才干正确运用这些技能；无法展现全体发展或完结度；部分团队仍依靠现有办法的经历性成功。

静态验证和办法验证东西各有优势，一类凭借。人工智能。技能的新东西也开端呈现。例如，辅佐东西可在代码开发进程中保证其可靠性，或履行等价性查看。团队需求继续评价每种东西的价值，一起了解要挟其成功的缺点来历和类型。

功用验证流程的全面评价，始于了解芯片或许失利的原因。“某些产品的作业办法数量激增，”。是德科技。（Keysight）新机遇业务司理克里斯·穆思（Chris Mueth）表明，“只需其间一种办法未经历证，产品就或许失利。怎么记载一切办法？怎么树立验证流程以包括一切办法组合？怎么记载功用要素？” 。

首要需求了解缺点的实质，这将决议发现缺点的最佳东西。“芯片流片后呈现的缺点，要么是规划中的结构性缺点，如溢出/下溢、不知道状况（Xs）、有限状况机（FSM）问题、死代码、冗余代码；要么是规划中的语义差异，如功用缺点，”Axiomise首席履行官阿希什·达尔巴里（Ashish Darbari）表明，“办法验证东西可经过运用驱动的流程，在规划启动时主动剖析并发现大多数结构性缺点，这大幅节省了功用仿真的开支。”。

从理论上讲，办法验证比较仿真具有严重优势。“无需编写测验用例来鼓励被测规划（DUT）的一切行为并验证不良反应，办法验证东西会主动生成鼓励，”Cadence的哈迪表明，“除非遭到束缚，不然办法验证东西会考虑一切或许的输入组合。跟着咱们走出特定运用年代，这一优势益发明显。咱们将DUT的预期行为界说为一组特点，要么证明这些特点在一切状况下都建立，要么得到潜在缺点的反例。”。

没有任何一种技能能独立处理问题，需求找到最佳组合办法。“操控这种杂乱性所需的悉数才智，蕴含在办法论和。工程师。身上，”Real Intent的纳拉因表明，“咱们一向在为这些东西投入更强的核算才干，但这正是问题所在。另一种思路是从底子上质疑：依据布尔逻辑的传统技能能否应对这种杂乱性爆破？这正是静态验证的用武之地，由于它们更笼统。但静态验证的问题在于依靠笼统，而这种笼统依靠于针对特定问题的定制化技能。”。

没有放之四海而皆准的处理方案。“历史经历需求融入验证环境，”弗劳恩霍夫IIS自习惯体系工程部分高档混合。信号。主动化团队司理本杰明·普劳奇（Benjamin Prautsch）表明，“办理层很难了解这一点，由于需求处理许多细节。测验IP或验证IP专家把握的信息成为重要财物。有必要将两者结合，而且一旦现场呈现过错或规划存在缺点，有必要将其归入规划攻略或添加断语，以改善全体测验和验证环境。”。

躲避本钱巨大。“现在改动速度极快，假现在日不采纳举动，三个月后或许会堕入更糟糕的地步，”Synopsys办法验证高档产品总监张晋（Jin Zhang）表明，“看看大言语模型（LLM）每周都在更新的速度，你有必要晋级东西、拥抱新技能，别无挑选，不然将被筛选。”。

失利本钱相同昂扬。“因而，改动看似有用的现有办法需求战胜巨大的恐惧心理，”纳拉因表明，“这便是为什么人们仍依靠传统验证签收办法。时机在于‘左移’——尽早布置验证技能，在缺点修正本钱低且快速的阶段发现问题。虽然这或许不会影响当时的仿真作业，但跟着仿真中发现的过错削减，对‘左移’的依靠将逐步添加。”。

小过错引发大问题。

首要需求了解或许要挟成功的缺点类型。在许多状况下，这些缺点在流片前才被发现，看似极点杂乱，但实际上很多是由深埋在逻辑中的小过错导致的。“经过运转静态查看（lint）和办法特点验证，很简略发现计数器中的功用缺点，”Axiomise的达尔巴里举例称，“它或许导致SoC中的。DDR 。功用计数器溢出。在一个实在事例中，规划验证（DV）团队花了三周时刻经过仿真调试，终究发现问题出在计数器上。”。

办法验证的传统缺点是核算密布，这意味着它仅用于小规划（一般是操控途径主导的）模块和子体系。“具有挖苦意味的是，推进验证需求爆破式添加的核算才干进步，反而使办法验证更有用，”哈迪表明，“现代办法验证东西可验证中型处理器内核，关于大型处理器，可先将其分解为子体系，再在顶层运用分治战略创立端到端特点进行验证。办法验证还能在数分钟或数小时内全面验证杂乱数学模块。例如，32位整数乘法器（GPU或。AI。加速器中许多算术逻辑单元或数学协处理器的典型构建模块）有2⁶⁴种或许的输入组合，经过仿真掩盖一切组合是不可行的。” 。

办法验证的方针不只限于功用验证。“咱们布置了一种新式面积剖析运用，用于检测芯片中耗费功率的冗余触发器和门电路，”达尔巴里表明，“经过办法特点验证，用户无需任何测验渠道或测验用例，即可快速剖析整个SoC。陈述效果令人震惊，尤其是考虑到这些规划此前已经过仿真验证。”。

办法验证的人物正在改动。“曩昔，人们运用特点验证来验证简略的部分断语，”Synopsys的张晋表明，“例如，验证有限状况机的状况转化，这些被称为部分特点。但近年来，要点已转向验证端到端特点——为输出编写特点，并从输入推导逻辑。这些特点更杂乱，验证难度更大，需求更多技能，但与仅在规划中分布部分特点比较，能捕捉到更多实在规划缺点和极点状况缺点。” 。

办理层需求准确衡量验证本钱。“没有衡量，整个证明就依靠经历性成功，”达尔巴里表明，“这或许存在偶然性，且在很大程度上取决于技能、辅导、办理和经历等要素。假如办理层经过衡量验证本钱（包括东西、人力、测验渠道建立、测验渠道运转和调试本钱，以及未发现缺点的本钱）来评价出资回报率（ROI），效果将有用指示哪些办法可行、哪些不可行。办法验证并非全能，仿真仍需用于验证办法验证的假定，但两者的正确结合能产生惊人作用。”。

办理层正在倾听。“几年前，推行办法验证的办法是向办理层展现其发现的仿真团队遗失的缺点，”哈迪表明，“在没有认识到办法验证价值的安排中，这有时仍有必要，但这类安排已越来越少。现在，办理层开端信赖由办法验证专家带领的小型团队，他们能以仿真团队验证相似模块所需时刻的一小部分，完结高度杂乱模块的全面验证，并供给更具结论性的验证效果。”。

展望人工智能。

人工智能技能开展迅速，在会议上宣布的效果或许已落后一代或两代。“人工智能辅佐工程或许会为你生成很多规划和验证IP，”是德科技的穆思表明，“人们需求一段时刻来习惯并学会信赖这些效果。但在这种办法下，作业重心将转移到流程前端——指定需求和参数，让AI引擎履行使命。规划进程将与。机器学习。引擎互动，呈现出不同的形状。前期的需求和参数设定至关重要，这能让引擎高效完结作业。”。

验证一向关乎比较两个模型并辨认差异。“人们正在讨论怎么将大言语模型（LLM）和其他人工智能办法融入验证办法论，”弗劳恩霍夫的普劳奇表明，“一种办法是寻觅需求文档与验证测验渠道之间的差异，以辨认缝隙。这仅仅其间一个方面，咱们等待看到此类东西的开发，以支撑验证工程师——这并非企图完结彻底主动化，而是为了辅佐工程师并盯梢一切信息。”。

发展已在产生。“咱们已在运用生成式人工智能（GenAI）创立System。Verilog。断语，”张晋表明，“办法验证运用的首要妨碍是需求创立特点，而GenAI能协助下降这一门槛。这项技能已被部分客户投入生产运用。依据规划和测验方案，它能为你生成断语，这大大进步了功率。”。

一些公司已在运用辅佐东西。“它们使规划的初始编码（如人工输入等）愈加简略，”纳拉因表明，“但也带来了可变性和输出准确性等问题。因而，验证变得愈加要害——保证不管选用何种办法创立规划，都能经过全面验证。这为融入人工智能技能供给了时机，而这相同关乎‘左移’。假如辅佐东西和人工智能技能能推进验证‘左移’的运用场景，将是重要的前进。”。

跟着大言语模型生成质量的进步，一切人都将看到功率的进步。“我以为GenAI将改动游戏规则，使办法验证普及化，”张晋表明，“曩昔，办法验证由专业工程师担任，但现在企业逐步意识到有必要在流程前期引进办法验证，且应由规划者主导。曩昔，规划者一般仅提取少数办法特点，不会编写很多断语，而GenAI能协助他们在规划中添加更多断语并真实获益。这项技能必将推进办法验证在职业中的更广泛运用。”。

运用办法验证。

运用办法验证并非简略购买东西并刺进流程。办法验证可经过多种办法处理特定类型的问题。哈迪将其分为三类：

规划者办法验证：寄存器。传输级（RTL）规划者可运用办法验证完结“左移”，尽早交给更高质量的代码；

中心办法验证：经过穷举证明进步验证质量；

SoC集成办法验证：分管仿真的特定使命，发现极点状况缺点。

了解模块级、子体系级和全体系级验证的差异至关重要，办法验证的人物在不同层级有所不同。“在IP级或子体系级，团队应运用静态办法（如lint和办法验证）而非仿真，”张晋表明，“在体系级和SoC级，则应运用动态办法进行验证，由于办法验证在该层级难以扩展。”。

虽然SoC级或许需求仿真，但这并不意味着扫除办法验证。“在有方案地运用办法验证的场景中，出资回报率惊人，”达尔巴里表明，“工程师和办理层都认可对办法验证的出资，由于它能更快发现缺点、防止从头流片，并协助优化仿真。首要问题仍是工程团队缺少编写办法验证断语的满足训练。当由经历丰富的专家运用时，办法验证能够对体系级和子体系级规划、处理器功用安全及安全验证进行签收。” 。

规划的改动也要求办法论随之改动。“规划不再局限于特定运用，在规划时，底子无法界说这些芯片需求处理的一切作业负载，”哈迪表明，“这意味着咱们有必要验证一切或许状况。在特定运用年代，理论上能够界说包括一切指定场景测验的验证方案，并依据该方案衡量掩盖率——即便如此，界说‘何时完结验证’已很困难；而现在，即便运用受限随机办法，咱们也永久无法确认仿真测验是否满足，因而无法判别何时完结验证。”。

革新需求时刻。“许多可进步规划和验证团队功率的技能没有得到运用，”张晋表明，“从头调整验证办法论、在流程中引进最新技能，需求时刻，而杂乱度的进步和处理问题的时刻缩短加重了这一应战。不幸的是，团队有必要评价现有办法论，了解当时可用技能，并探究怎么使用新技能改善流程。有了GenAI，我信任三到五年内验证流程将产生巨大改动，主动化和生成式技能将大幅添加，咱们将看到智能驱动的流程。一旦一切主动化技能老练，芯片一次流片成功率或许会明显进步。”。