EDA發展洞察：敏捷驗證加速系統設計與架構創新

當前集成電路設計日益復雜，系統級、場景級驗證需求不斷增加，創新成本及設計周期壓力驟增。在這樣的背景下，作為集成電路設計工具的EDA，不僅僅局限在滿足功能驗證需求，也更多參與到設計、架構、軟硬協同、功耗等方方面面的優化探索中，在系統級創新及芯片敏捷開發中扮演更重要的角色。因此集成電路產業創新發展，日益呼喚更加敏捷高效的驗證服務。

“面對急劇增加的設計規模與成本，系統芯片在設計過程中除了供應鏈方面的挑戰，也在設計周期、復雜的軟硬件算法、架構設計等維度面臨非常多的創新障礙跟門檻。芯片驗證在整個開發周期中該如何賦能創新，是新時代EDA亟需解決的挑戰。芯華章提出的敏捷驗證，能夠貫穿從驗證到測試的完整閉環，從而加速系統設計與架構創新，從整體上降低芯片開發的成本、風險和難度。”2022年11月10日，在AspenCore主辦的國際集成電路展覽會暨研討會（IIC Shenzhen 2022）同期的全球CEO峰會上，芯華章科技首席市場戰略官謝仲輝談到。

芯華章科技首席市場戰略官謝仲輝先生

過去這十年，SpaceX 作為太空開發創新者，創造了太多航天領域的歷史，從過去的好幾年發射一次火箭，到現在SpaceX平均每一周都可以發射一些火箭，在大大降低發射成本的同時，也極大地提升了發射效率，在架構創新上達到了火箭回收的開發目的。如今的SpaceX技術已處于世界領先地位，在整個產品開發過程中有哪些創新路徑能給半導體開發提供借鑒呢？

謝仲輝認為，SpaceX的成功，很大程度上歸功于其引入了很多新的敏捷開發手段。

譬如SpaceX一方面使用商用芯片，用更主流的材料來降低開發成本；另一方面還大量引用軟件開發里的敏捷開發手段，通過非傳統的工業軟件開發環境，采用更公開且主流的軟件開發環境，比如Linux，從而引進更多相關人才參與，并透過建模，不斷迭代測試，監測、收集和覆蓋分析手段，不斷降低測試成本，加速開發的周期，達到如今能夠在短短十年間就做到了火箭回收的最終目的。

其實，集成電路行業對于敏捷開發的探索也早已經開始了。從70年代溫斯頓·羅伊斯（Winston Royce）提出的文檔驅動的瀑布開發模型，再到現在測試驅動的敏捷開發模型，敏捷開發方法逐漸發展，其核心在于更快、更多、更好地迭代，以更早的集成、測試、交付來發現問題和調整產品。

文檔驅動的瀑布開發模型，在產品每個周期從開發到上市是一環接一環，按順序地開發指導上市，這種開發模式的系統需求明確，有清晰的階段規劃且交付標準高。不過潛在問題在早期無法被發現，開發周期相對很長，對一些市場的要求和架構變化、需求沒辦法及時響應。

到了90年代，測試驅動的敏捷開發模型進入眼簾。這種增量式設計交付時間短，所以需求跟架構就可以快速調整。持續集成、持續測試也能盡早把潛在的問題曝露出來，因此測試驅動的敏捷開發模型，在快速發展的市場驅動芯片需求中被大量采用。

不過這樣的開發模式對驗證及測試的團隊以及成本要求相對很高。在典型的芯片設計流程中，從算法和架構探索、性能驗證、模塊設計、物理設計，每個階段都會發現很多不能在單個階段可以完全解決、完全發現的問題。這非常符合敏捷開發需要解決的問題場景。雖然目前有部分敏捷開發手段已經賦能在芯片開發周期中，然而其中占了芯片設計很大一個環節的驗證模塊并沒有得到很好的解決，所以必須要有更完善的驗證手段，進一步降低成本，并提高驗證效率。

“眾所周知，芯片驗證在一個典型SoC項目中占了大約7成以上的投入，因為目前的芯片驗證已經不僅僅要滿足功能正確性，還必須要包括架構探索、性能驗證甚至功耗系統級驗證等等問題。除了在開發周期中要確保功能正確，達到流片標準，驗證也已經覆蓋到量產測試階段，賦能系統從設計到量產的端到端全鏈條創新。”謝仲輝認為。

基于上面的挑戰，EDA也在很多方面進行自我革新。

作為被主流驗證團隊大量使用的工具，目前動態仿真、邏輯仿真已經非常成熟，但它所消耗的時間也非常長。業界因此提出如果能更多結合形式化驗證的工具，以數學建模的方式，可以更完備、更快速迭代芯片驗證，也能夠提升自動化跟智能化驗證水平，加快迭代的速度。

然而，傳統的形式化驗證工具獲得大范圍應用也面臨一些現實的挑戰。比如其不能支持大模塊的設計要求。伴隨技術創新，這并非是不能解決的問題。如果能透過底層架構創新，借助更智能化的調度器、更多的求解器以及并行化的云部署，就可以大大增加算力跟收斂的速度，解決相關的問題。

另一方面，如果工具間的底層數據框架能夠統一，比如在數據覆蓋率方面、在調試方面，也可以避免重復驗證、重復覆蓋的問題，加快收斂的效率。

“EDA領域需要不斷創新，以滿足復雜的系統級應用需求。通過在底層核心算法及框架上做進一步的優化，我們就能夠更加善用目前云算力的優勢做計算規模化，提高驗證效率。進一步來講，如果底層軟件框架能夠無縫支持異構計算，比如CPU、GPU異構，甚至NPU的異構，我們就能進一步提高算力，賦能自動化及智能化迭代。”謝仲輝表示。

這樣的創新并非遠在天邊，很多設想已經付諸實踐。

“我們需要更快、更好、更低成本的驗證測試方法學、工具，來滿足當前系統級創新的復雜需求。作為敏捷開發的基礎，敏捷驗證就是要解決這方面的重要環節。作為系統級驗證EDA解決方案提供商，芯華章希望通過跟供應鏈伙伴密切合作，解決敏捷開發中的敏捷驗證環節的主要問題，能夠以低成本在各個芯片驗證與測試環境中，進行自動化和智能化的快速迭代，并提早進行系統級驗證，透過統一的數據庫和高效的調試分析，進行驗證與測試目標的高效收斂。”謝仲輝表示，“基于敏捷驗證的開發理念，芯華章以終為始，打造了統一底層架構的智V驗證平臺，通過創新融合的技術底座和協同的驗證工具，以自動化、智能化快速迭代為目標，致力于提早讓用戶進行系統級驗證，通過統一的數據庫及系統調試分析手段形成閉環，賦能敏捷驗證，讓系統公司能夠加快系統架構創新及產品上市速度。”

EDA工具作為集成電路設計鏈的皇冠，一直是少數玩家的領域。其中作為本土企業，芯華章的發展令人矚目。目前，芯華章已發布智V驗證平臺與5款自研數字驗證工具，基本建立了完整的數字驗證全流程服務，大大提高了驗證效率與方案的易用性，并獲得數十家產業一線用戶實際項目部署應用。

在IIC Shenzhen 2022同期舉辦的“全球電子成就獎”上，芯華章憑借系統級驗證EDA領域出色的產品力及技術創新表現，一舉斬獲雙料大獎——芯華章董事長兼CEO王禮賓與Intel中國總經理張瑞同獲“年度創新人物”，統一底層技術框架的智V驗證平臺獲頒“年度EDA產品獎”。

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芯華章聚集全球EDA行業精英和尖端科技領域人才，以智能調試、智能編譯、智能驗證座艙、智能云原生等技術支柱，構建芯華章平臺底座，提供全面覆蓋數字芯片驗證需求的七大產品系列，包括：硬件仿真系統、FPGA原型驗證系統、智能場景驗證、形式驗證、邏輯仿真、系統調試以及驗證云，為合作伙伴提供自主研發、安全可靠的芯片產業解決方案與專家級顧問服務。同時，芯華章致力于面向未來的EDA 2.0智能化電子設計平臺的研究與開發，以技術革新加速電子系統創新效率，讓芯片設計更簡單、更普惠。

目前，芯華章在北京、上海、南京、深圳、廈門、成都等地都建立了研發中心，集結了一支400余人的全球化精英團隊，其中八成為尖端研發人員，碩博比例高達80%，已取得專利授權31件，發布5款具備自主知識產權的數字驗證產品，基本建立了完整的數字驗證全流程服務，并得到中科院半導體所、燧原科技、芯來、鯤云等幾十家業內知名企業實際項目采用，為中國集成電路產業騰飛提供了重要的支撐和保障。