芯片设计优化之路：从IP到软件定义系统

随着对计算能力、自主系统和下一代架构的需求持续攀升，半导体行业正经历着前所未有的向万物智能转变的趋势。由此，芯片的复杂程度以及系统和产品中的软件含量正以惊人的速度呈指数级增长。

以汽车行业为例。制造商及其供应商正在运用全新且颇具争议的电气/电子（EE）架构，对车辆及系统级组件进行重新设计，以此打造差异化的竞争优势。这一趋势同样波及工业自动化、高性能计算（HPC）数据中心以及航空航天等领域，其中软件定义的系统驱动着强大的计算能力，不仅体现在最新的智能手机、汽车和相机等边缘设备上，还体现在汇聚海量数据的核心数据中心。

如今，人工智能已渗透到现代科技的方方面面，芯片开发者面临全新的挑战：确保产品在激烈的计算需求下达到预期的性能表现，并稳定、高效地运行。这些变革正挑战着传统设计与验证方法的极限，亟需创新解决方案来应对现代芯片和系统架构的需求。

此时，硬件辅助验证（HAV）应运而生，成为助力开发者优化设计行为、应对复杂性并确保系统在实际应用中顺畅运行的关键技术。

在本篇文章中，我们将深入探讨HAV的重要性，剖析不同应用场景，分析AI如何塑造新的设计需求，并探讨开发先进芯片所需的灵活且适应行业需求的解决方案。

芯片设计优化之路：从IP到软件定义系统

要理解现代芯片开发的复杂性，我们需溯本逐源，检查过程的每一个阶段，从IP的基础构建模块开始。这些模块作为先进芯片架构的核心。IP最初只是起点，随后演变成复杂的系统，当与软件结合时，创造出旨在改善我们日常生活的应用程序。为了实现最佳性能，从IP到系统硬件和软件的每个组件都必须共同优化。

对于芯片开发者而言，主要存在两种策略选择。一是自主开发，利用自身的专业知识和专有设计来构建核心模块；二是获取授权，从诸如新思科技等行业领先企业处直接获得相应模块的使用许可。然而，这一过程并未就此终结。完成IP选择、集成以及芯片制造之后，仍需进行后续步骤。芯片随后将被集成至电路板中，构成高性能加速系统的核心架构。随后，设计这些系统以驱动并执行广泛的软件应用，涵盖从低级驱动程序至高级AI框架及应用等多个层级。这一综合性策略确保各个组件能够和谐运作，从而在整个AI加速生态系统中实现最大化的效率与性能。

尽管从IP模块发展至成熟的AI加速系统这一过程在理论上显得较为直接，但实际操作中却充满挑战。关键在于：如何采取相应措施，以确保这些系统在整个开发流程的各个阶段，以及从功能性正确性、性能表现至功耗控制等多个维度上，均能够按照预期目标稳定运行？

在万物智能时代的使用案例与芯片设计验证

确保从IP到系统和软件的一切都能正确运行并非易事。如下图所示，在整个设计过程中必须彻底验证几个关键用例。

通过RTL回归进行功能验证、IP性能验证和合规性检查对于确认IP在系统级环境中按预期运行至关重要。早期阶段的性能分析、低功耗评估和测试生成同样对于确保效率和可靠性极为关键。此外，还必须纳入安全、安保和硅生命周期管理等关键考虑因素，以满足现代设计需求。

随着产品的演进以及工作负载和系统的复杂性增加，传统的验证技术变得不再可行，必须采用新的方法论。

市场需求推动HAV架构的演进

硬件辅助验证（HAV）──一种能够大幅提升验证任务执行速度的仿真与原型设计技术──不久前被引入市场，用以增强基于仿真的验证手段及其他传统技术，不过起初仅应用于最为高端的设计领域。然而，随着芯片与软件复杂度的不断提升、预硅设计周期的拉长，以及全面的硬件-软件验证变得愈发重要，HAV现已成为当下绝大多数设计工作中不可或缺的一环。

如今，工程师们不仅要验证单个部件，还需确保硬件与软件之间复杂的系统级交互得以有效运转。这其中不仅包含了对底层IP合规性的严格把控，还涉及到性能与功耗的细致优化，使得整个验证过程成为一项艰巨的任务。

集成的验证引擎──涵盖从各抽象层级的基于仿真的工具，到硬件辅助解决方案如仿真及基于FPGA的原型设计──为高效处理大量工作负载提供了可能，有效解决了至关重要的可扩展性问题。在这一背景下，基于云的解决方案显得尤为宝贵，它们能够进一步优化性能与成本效率，实现通过结合本地与云端资源来并行处理众多工作负载和回归测试。

有效验证的核心在于能够平滑地在不同用例间切换，自早期的快速RTL调试直至高性能软件工作负载的验证。具备可配置性且能高效应对这一系列需求的HAV平台，对于验证真实世界中芯片与系统设计的复杂性至关重要，这些设计往往需要依托真实的工作负载来进行测试。面对永无止境的验证需求，设计团队还需敏锐地把握每个验证引擎的投资回报率（ROI）。虽然不存在一种万能的引擎能够适配所有用例，但我们已然步入了一个新时代，在这个时代里，HAV设置在跨项目乃至项目内部的重新配置能力已成为考量ROI的关键因素之一，与直接的购置成本及诸如验证设备功耗之类的间接成本一同被纳入考量。

归根结底，一个具备适应性的验证架构意义重大，它不仅能够迎合多样化的用户需求与用例，还能保持足够的灵活性以应对这个不断演进的领域所提出的未来技术挑战。

引领半导体设计的长期创新之路

作为尖端芯片设计工具与IP的领军企业，新思科技处于这一变革的前沿。从确保首次流片成功，到构建支撑现代设备的复杂架构，我们深知硬件辅助验证（HAV）对于持续创新至关重要。

HAV提供了验证复杂硬件-软件交互作用的关键工具与基础设施，提升了系统与产品的整体质量，并大幅缩短了产品推向市场的时间。此外，它有效降低了昂贵的硅晶重制成本，为探索下一技术层次铺平了道路。在这一过程中，HAV不仅革新了设计流程，还赋予开发者们实现宏伟构想所需的信心与高效。