AI聊天機(jī)器人、自動化制造設(shè)備、自動駕駛汽車……各種帶寬密集型應(yīng)用蓬勃發(fā)展，推動芯片設(shè)計從單片式片上系統(tǒng)（SoC）轉(zhuǎn)向Multi-Die系統(tǒng)。通過將多個裸片或小芯片集成到單個封裝中，開發(fā)者可以擴(kuò)展系統(tǒng)功能，降低風(fēng)險并縮短產(chǎn)品上市時間。

但是，Multi-Die系統(tǒng)開發(fā)本身也有挑戰(zhàn)，驗證方面尤其困難重重。驗證過程必須非常詳盡，才能發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重錯誤并實現(xiàn)高性能設(shè)計。因此，2.5D或3D芯片技術(shù)對驗證過程的影響可能超乎人們的想象。

不過，新思科技的VCS功能驗證解決方案的原生框架支持分布式仿真，讓開發(fā)者能夠?qū)⒋笮头抡嫒蝿?wù)分成若干較小任務(wù)運行，從而擺脫容量限制，最大限度減少錯誤，打造更出色的Multi-Die系統(tǒng)。本文將詳細(xì)介紹分布式仿真的相關(guān)內(nèi)容并說明英偉達(dá)如何借此提升仿真性能。

分布式仿真助力功能驗證

仿真是功能驗證的主要方法，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的大多數(shù)錯誤。隨著Multi-Die系統(tǒng)日益成為主流，芯片制造商已研究出了多種方法應(yīng)對開發(fā)過程中的各類挑戰(zhàn)。Multi-Die系統(tǒng)規(guī)模龐大，仿真工作繁多，無法一次完成，因此許多芯片制造商選擇“拆分”運行。但是，這種手動方法需要編寫腳本，還需將多次運行的結(jié)果進(jìn)行整合，非常耗時且容易出錯。此外，該方法通常不支持復(fù)用。

分布式仿真技術(shù)允許多個可執(zhí)行文件并行仿真，且無身份限制。換言之，同一仿真可執(zhí)行文件（simv）可以運行N次，每次與不同的simv一起運行，也可根據(jù)需要組合運行。它同時支持寄存器傳輸級（RTL）互連和測試平臺互連，較采用單一可執(zhí)行文件的方法性能更佳。設(shè)置內(nèi)部解決方案可能需要耗費數(shù)周時間，而分布式仿真只需短短幾天即可完成準(zhǔn)備并開始運行，所需內(nèi)存資源較少，因而可以節(jié)省與大容量主機(jī)和集群計算機(jī)相關(guān)的成本。

分布式仿真的工作方式相當(dāng)簡單。首先，用戶將仿真任務(wù)分為多個可執(zhí)行文件，每個simv均使用一個額外的開關(guān)進(jìn)行編譯。運行時配置文件指定要連接的RTL和測試平臺部分。運行期間：

simv實例實際上就是單片式SoC，可以按任意順序獨立啟動，并將特定選項作為開關(guān)傳遞

主simv使用單獨的開關(guān)，負(fù)責(zé)控制仿真并承擔(dān)主要工作

主simv調(diào)用單獨的服務(wù)器進(jìn)程來控制通信

運行結(jié)束時，所有仿真均生成單獨的可執(zhí)行文件，從而提供單個仿真結(jié)果

分布式仿真的使用模型

在今年春季舉辦的2023年SUNG硅谷大會上，英偉達(dá)介紹了其使用分布式仿真驗證多芯片GPU系統(tǒng)的情況。傳統(tǒng)方法涉及多個步驟，并需要大量時間和內(nèi)存資源。對每個獨立的芯片進(jìn)行仿真本就需要消耗大量資源，而對整個Multi-Die系統(tǒng)進(jìn)行仿真所需的內(nèi)存和運行時間則是預(yù)期的2倍以上。

英偉達(dá)高級驗證開發(fā)者Kartik Mankad在會上的演講中指出：“借助新思科技的分布式仿真技術(shù)，我們可以輕松地對不同類型的Multi-Die系統(tǒng)進(jìn)行仿真，參與團(tuán)隊無需投入更多精力，也無需擔(dān)心集成和復(fù)用問題，并可保留每個單芯片環(huán)境的全部功能。與傳統(tǒng)方法相比，新思科技VCS功能驗證解決方案的分布式仿真功能將仿真速度提高了2倍。”

總結(jié)

隨著AI和高性能計算等應(yīng)用的激增，Multi-Die系統(tǒng)能夠幫助芯片制造商應(yīng)對日益繁重的計算工作負(fù)載難題。在芯片開發(fā)過程中，仿真長期以來一直都是功能驗證的主要方法，可以詳盡檢測出各種錯誤，確保設(shè)計如期進(jìn)行。但Multi-Die系統(tǒng)也帶來了新的挑戰(zhàn)。

Multi-Die系統(tǒng)復(fù)雜且規(guī)模龐大，仿真工作量巨大，無法在一次運行中完成，因此，芯片制造商轉(zhuǎn)而采用內(nèi)部開發(fā)的解決方案來拆分仿真工作，但這種方法需要手動操作，并且非常耗時。目前，市場領(lǐng)先的新思科技VCS功能驗證解決方案提供了全新的技術(shù)，相比傳統(tǒng)方法，可將Multi-Die系統(tǒng)的仿真速度提高2倍。借助分布式仿真，設(shè)計團(tuán)隊可以將大型仿真作業(yè)分成若干部分運行，從而節(jié)省時間，減少工程工作量，并降低與大容量主機(jī)和集群計算機(jī)相關(guān)的成本。Multi-Die系統(tǒng)為半導(dǎo)體創(chuàng)新指明了方向，而分布式仿真等驗證技術(shù)可以幫助芯片制造商優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。