半導(dǎo)體行業(yè)觀察：對(duì)標(biāo)EDA三巨頭，思爾芯推出國(guó)產(chǎn)硬件仿真系統(tǒng)

過去幾年，因?yàn)楦鞣N各樣的原因，國(guó)內(nèi)正在興起了一股EDA創(chuàng)業(yè)潮。誠(chéng)然，從數(shù)據(jù)看來，這有非常大的必要。

據(jù)芯思想研究院的報(bào)道，2022年全球前三或者說全球前五EDA公司都是來自美國(guó)，其市場(chǎng)份額高達(dá)90%以上。作為對(duì)比，中國(guó)內(nèi)地EDA公司全年?duì)I收占有全球市場(chǎng)的2%，即使在中國(guó)市場(chǎng)，也僅僅占有12.5%的份額。市場(chǎng)的缺失，產(chǎn)品的重要性，再加上其他不可控因素的推動(dòng)，國(guó)產(chǎn)EDA的發(fā)展勢(shì)在必行。

按相關(guān)定義，EDA是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。

在現(xiàn)代的芯片設(shè)計(jì)中，EDA所參與的每一個(gè)環(huán)節(jié)都不容忽視，國(guó)內(nèi)企業(yè)也聚焦著各個(gè)方面發(fā)力，驗(yàn)證更是在近年來逐漸成為多家本土廠商關(guān)注的熱點(diǎn)。

驗(yàn)證，芯片設(shè)計(jì)的重中之重

如大家所知道的一樣，隨著芯片制造工藝的縮小，制造芯片的成本正在與日俱增。但其實(shí)在工藝演進(jìn)器件，芯片設(shè)計(jì)的成本也水漲船高。據(jù)外媒Semiengineering統(tǒng)計(jì)顯示，開發(fā)28nm芯片需要5130萬美元投入，到了16nm，這個(gè)數(shù)字就飆升到1億美元，7nm節(jié)點(diǎn)更是需要2.97億美元，到了5nm節(jié)點(diǎn)，開發(fā)芯片的費(fèi)用將達(dá)到5.42億美元。圖1：不同節(jié)點(diǎn)芯片的開發(fā)成本由此可見，無論是設(shè)計(jì)，還是tape out芯片的成本都是極其昂貴的，如何在芯片流片前及時(shí)、徹底地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中潛藏的邏輯錯(cuò)誤，保證芯片的可用性、高效性、是業(yè)內(nèi)著力解決的重點(diǎn)問題。換而言之，復(fù)雜芯片的開發(fā)需要進(jìn)行更全面的測(cè)試驗(yàn)證。作為芯片設(shè)計(jì)流程的重要一環(huán)，驗(yàn)證貫穿了設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，具體而言可劃分為前端仿真和后端仿真。其中，前端仿真主要為了檢測(cè)功能邏輯的缺陷，后端仿真是為了檢測(cè)門級(jí)電路由延遲導(dǎo)致采樣失敗所產(chǎn)生的功能缺陷。而具體到數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，軟件仿真、硬件仿真及原型驗(yàn)證則成為了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)的常規(guī)選項(xiàng)。所謂軟件仿真是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬運(yùn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行功能仿真和驗(yàn)證，擁有易于使用、成本效益高，且具有復(fù)雜調(diào)試能力等優(yōu)勢(shì)。但在碰到大規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計(jì)之后，結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，仿真所需要的時(shí)間也越長(zhǎng)，軟件仿真的效益受到了限制。硬件仿真則是利用專用的硬件系統(tǒng)對(duì)仿真進(jìn)行加速，主要用于系統(tǒng)級(jí)的功能仿真和驗(yàn)證。在此階段，IP子模塊已被拼接成整體系統(tǒng)，整體系統(tǒng)的源代碼仍不成熟，源代碼中仍可能存在一定量的錯(cuò)誤，此時(shí)就需要利用硬件仿真來對(duì)系統(tǒng)源代碼中潛在的深度錯(cuò)誤和性能瓶頸進(jìn)行捕捉和探測(cè)，并對(duì)存在錯(cuò)誤的源代碼進(jìn)行修改和完善。為實(shí)現(xiàn)上述目的，硬件仿真工具將可控制時(shí)鐘和信號(hào)全可視作為核心技術(shù)，工具中含有數(shù)量較多的信號(hào)采集器來獲取系統(tǒng)電路運(yùn)行的每一個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)，以便查找設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，其技術(shù)的核心在于實(shí)現(xiàn)高速仿真速度的同時(shí)還要信號(hào)全部可探測(cè)。原型驗(yàn)證主要是將設(shè)計(jì)映射到FPGA平臺(tái)，通過模擬芯片實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，來驗(yàn)證芯片整體功能和性能，并提供片上軟件開發(fā)環(huán)境。圖2：驗(yàn)證工具對(duì)比雖然軟件仿真、硬件仿真和原型驗(yàn)證三者并沒有絕對(duì)的好壞之分，也沒有絕對(duì)的排他性，只是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。但因?yàn)橛布抡鎿碛懈咝阅?、支持設(shè)計(jì)規(guī)模大和具有強(qiáng)大調(diào)試能力、支持快速搭建驗(yàn)證環(huán)境、無需用戶過多干預(yù)，以及支持全自動(dòng)編譯、能夠針對(duì)用戶不同設(shè)計(jì)場(chǎng)景和設(shè)計(jì)規(guī)模能夠有效地提高驗(yàn)證效率等優(yōu)點(diǎn)，所以在過去多年硬件仿真主要是一些較大型設(shè)計(jì)公司使用。但近年來，由于大數(shù)據(jù)處理及AI芯片設(shè)計(jì)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，以及市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)下的快速迭代需求，越來越多的芯片設(shè)計(jì)公司考慮選擇硬件仿真系統(tǒng)，來提高芯片驗(yàn)證效率，縮短芯片開發(fā)周期，硬件仿真成為芯片設(shè)計(jì)功能驗(yàn)證主要工具的趨勢(shì)越來越明顯。

芯神鼎，思爾芯的見招拆招

和EDA的許多環(huán)節(jié)一樣，硬件仿真領(lǐng)域也是一個(gè)由Cadence、Synopsys和西門子EDA控制的市場(chǎng)。他們也都有各自的硬件仿真加速器，提供了信號(hào)全可視的調(diào)試功能，在使用上也各有自己的一套流程。正因?yàn)檫@個(gè)市場(chǎng)如此重要，國(guó)內(nèi)圍繞這個(gè)領(lǐng)域也涌現(xiàn)出了不少公司，思爾芯就是其中一個(gè)佼佼者。據(jù)介紹，思爾芯于2004年在上海成立。自成立以來，公司始終專注于集成電路 EDA 領(lǐng)域，聚焦于數(shù)字芯片的前端驗(yàn)證業(yè)務(wù)，為國(guó)內(nèi)外客戶提供原型驗(yàn)證系統(tǒng)和驗(yàn)證云服務(wù)等解決方案，助力人工智能、超級(jí)計(jì)算、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)處理等客戶實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。在芯片功能驗(yàn)證方面，公司也有了成熟的產(chǎn)品，能幫助整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)完成國(guó)產(chǎn)替代。圖3：思爾芯發(fā)展的里程碑在思爾芯看來，現(xiàn)在的硬件仿真器具備幾個(gè)特點(diǎn)，分別是：

1、需要支持超大設(shè)計(jì)規(guī)模，可以支持?jǐn)?shù)十億門級(jí)別的設(shè)計(jì)仿真，并且還需要保持足夠快的運(yùn)行速度；

2、需要支持用戶設(shè)計(jì)的快速移植和部署，通常在1-2周內(nèi)完成工程搭建，無需對(duì)硬件環(huán)境進(jìn)行手工連線；

3、需要操作便捷，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，支持用戶設(shè)計(jì)的全自動(dòng)編譯，無需對(duì)設(shè)計(jì)過多干預(yù)，Gigabyte級(jí)別的設(shè)計(jì)網(wǎng)表能快速編譯并快速完成后端工作；

4、需要具有強(qiáng)大的調(diào)試能力，支持足夠靈活的調(diào)試手段，可以捕捉源代碼的深度錯(cuò)誤和性能瓶頸。在實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)速度的同時(shí)保證信號(hào)全部可探測(cè)（信號(hào)全可視），支持靈活的實(shí)時(shí)觸發(fā)、海量的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析；

5、需要支持豐富的驗(yàn)證模式，可以滿足用戶不同驗(yàn)證場(chǎng)景的需求。

圖4：OmniArk芯神鼎的系統(tǒng)架構(gòu)基于這些見解和公司的積累，面對(duì)芯片市場(chǎng)的新需求，思爾芯推出了全新的企業(yè)級(jí)硬件仿真加速器——OmniArk芯神鼎。作為一款由思爾芯自主研發(fā)的產(chǎn)品，OmniArk芯神鼎擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，采用了超大規(guī)模商用可擴(kuò)展陣列架構(gòu)和機(jī)箱模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，極大方便了維護(hù)和擴(kuò)展。其產(chǎn)品形態(tài)也覆蓋了從桌面型到機(jī)柜型，設(shè)計(jì)容量可擴(kuò)展可至20億門。OmniArk芯神鼎還用到了AI技術(shù)（即Smart P&R），可以智能參數(shù)優(yōu)化，大大提升PR的成功率。除此以外，該硬件系統(tǒng)還包含一套便捷易用的軟件系統(tǒng)，支持GUI圖形界面和TCL腳本命令，集成編譯、運(yùn)行、調(diào)試的完整流程。圖5 ：OmniArk芯神鼎的軟件介紹據(jù)思爾芯介紹，OmniArk芯神鼎還擁有實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)計(jì)快速移植和部署、全自動(dòng)編譯流程、MHz級(jí)仿真加速、強(qiáng)大的調(diào)試糾錯(cuò)能力、多種仿真驗(yàn)證模式和豐富的VIP庫(kù)等特點(diǎn)。尤其是其全自動(dòng)編譯流程方面的設(shè)計(jì)，能夠在較少需要用戶干預(yù)的情況下，通過多種核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速編譯與自由設(shè)計(jì)。圖6：OmniArk芯神鼎硬件仿真系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)思爾芯方面強(qiáng)調(diào)，作為一款基于FPGA設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，OmniArk芯神鼎在與EDA三大家同類型產(chǎn)品相比的時(shí)候，凸顯了其成本和芯片設(shè)計(jì)匹配度更高的優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)閾碛腥绱硕鄡?yōu)勢(shì)，OmniArk芯神鼎目前已在多個(gè)芯片設(shè)計(jì)頭部企業(yè)推廣使用，能滿足汽車電子、CPU、AI、5G、云計(jì)算等SoC 設(shè)計(jì)所需的復(fù)雜驗(yàn)證?；仡欉@家EDA企業(yè)過去近二十年的發(fā)展，這款產(chǎn)品攀登高峰道路上的一個(gè)新里程碑。

整合專注，打造國(guó)產(chǎn)數(shù)字EDA全流程

作為一家專注于驗(yàn)證領(lǐng)域的EDA企業(yè)，除了新發(fā)布的硬件仿真系統(tǒng)OmniArk芯神鼎外，思爾芯更早之前還打造了具有架構(gòu)靈活、易于擴(kuò)展、運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì)的原型驗(yàn)證系統(tǒng)和驗(yàn)證云系統(tǒng)，能夠高效構(gòu)造真實(shí)的芯片運(yùn)行場(chǎng)景，為芯片設(shè)計(jì)客戶建立驗(yàn)證模型，以測(cè)試設(shè)計(jì)代碼在真實(shí)場(chǎng)景中的運(yùn)行效果，進(jìn)而加速客戶設(shè)計(jì)的功能驗(yàn)證、系統(tǒng)驗(yàn)證和嵌入式軟件與應(yīng)用的開發(fā)。正是因?yàn)檫@么多極具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，思爾芯的EDA工具獲得了超過600家的客戶使用。特別是在原型驗(yàn)證市場(chǎng)，公司在中國(guó)原型驗(yàn)證市場(chǎng)中銷售額排名第一，在世界原型驗(yàn)證市場(chǎng)中銷售額也位居第二。這主要受惠于公司過去多年研發(fā)投入和迭代，在硬件仿真系統(tǒng)OmniArk芯神鼎上，思爾芯也制定了一個(gè)短期目標(biāo)?；谶@些產(chǎn)品和積累，思爾芯也正在推動(dòng)一個(gè)異構(gòu)驗(yàn)證方法學(xué)，使得多種不同形式的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)建模（Genesis芯神匠），軟件仿真（PegaSim芯神馳），硬件仿真（OmniArk芯神鼎），原型驗(yàn)證（Prodigy芯神瞳）得以協(xié)同仿真和交叉驗(yàn)證，以確保設(shè)計(jì)出正確的芯片。展望未來，思爾芯也將結(jié)合其他產(chǎn)品線，硬件仿真配上軟仿、原型協(xié)同仿真的軟件，以實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同仿真的完美運(yùn)行。進(jìn)而打造出真正的國(guó)產(chǎn)數(shù)字EDA全流程。思爾芯同時(shí)強(qiáng)調(diào)，因?yàn)镋DA點(diǎn)工具數(shù)量多，不可能有一家公司全部自己開發(fā)。而縱觀三大家的發(fā)展史也是一部并購(gòu)史，所以需要有平臺(tái)企業(yè)去整合有潛力且專注于某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的優(yōu)秀的公司。思爾芯在這方面也小試牛刀。據(jù)資料顯示，思爾芯在去年并購(gòu)了國(guó)微晶銳（深圳國(guó)微晶銳技術(shù)有限公司）。之所以這個(gè)并購(gòu)標(biāo)的，按照思爾芯的說法，除了看中其研發(fā)的硬件仿真系統(tǒng)本身就具有過硬技術(shù)實(shí)力以外，還看中了其產(chǎn)品線與思爾芯本身的產(chǎn)品互補(bǔ)。此次推出的企業(yè)級(jí)硬件仿真系統(tǒng)OmniArk 芯神鼎就是思爾芯通過這單并購(gòu)，將后者的硬件仿真技術(shù)融入公司現(xiàn)有產(chǎn)品線，并進(jìn)行核心技術(shù)整合所得。“我們不會(huì)盲目并購(gòu)，而是要根據(jù)自身的戰(zhàn)略規(guī)劃選擇并購(gòu)對(duì)象，最終實(shí)現(xiàn)1+1>2的果?！彼紶栃痉矫鎻?qiáng)調(diào)。他們同時(shí)指出，除了并購(gòu)?fù)?，公司也?huì)去看全球市場(chǎng)上尋找有潛力的EDA點(diǎn)工具，通過授權(quán)進(jìn)行二次開發(fā)和迭代，做成匹配公司本土客戶需求的工具。這也是公司未來發(fā)展的另一個(gè)方式。
文章轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)半導(dǎo)體行業(yè)觀察