行業(yè)挑戰(zhàn)

半導(dǎo)體行業(yè)正處于關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2025 年，1927 億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資涌入 AI 領(lǐng)域，市場(chǎng)對(duì)匹配 AI 快速創(chuàng)新周期的驗(yàn)證平臺(tái)的需求激增。隨著 AI、Multi-Die 架構(gòu)和邊緣計(jì)算推動(dòng)芯片創(chuàng)新的復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)驗(yàn)證方法難以滿足 AI 工作負(fù)載對(duì) IP、子系統(tǒng)、芯粒以及 Multi-Die 驗(yàn)證的需求。

硬件輔助驗(yàn)證（HAV）對(duì)于確保功能、功耗和性能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須通過(guò)投資具備前瞻性的驗(yàn)證系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化整體成本——既要滿足超大規(guī)模 AI 芯片硬件仿真所需的可擴(kuò)展性需求，又要實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證硬件在仿真和原型驗(yàn)證場(chǎng)景中的復(fù)用。

雖然新型仿真與原型驗(yàn)證硬件對(duì)提升效率至關(guān)重要，但相關(guān)的工作負(fù)載應(yīng)用軟件如今更為關(guān)鍵。新硬件需支持在現(xiàn)有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)持續(xù)擴(kuò)展、提高吞吐量并拓展應(yīng)用場(chǎng)景，從而加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。

正如“軟件定義”的創(chuàng)新曾經(jīng)改變了智能手機(jī)、汽車、數(shù)據(jù)中心以及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我們?nèi)缃褚堰M(jìn)入“軟件定義硬件輔助驗(yàn)證（HAV）”的時(shí)代。

日益復(fù)雜的驗(yàn)證難題

為何這一轉(zhuǎn)變?nèi)绱酥匾?/p>

為了更好地理解當(dāng)今的驗(yàn)證挑戰(zhàn)，下面的圖 1 展示了軟件、硬件、接口以及驗(yàn)證用例層面不斷疊加的復(fù)雜度增長(zhǎng)。

▲圖1：日益復(fù)雜的驗(yàn)證難題

圖片來(lái)源：新思科技、《人工智能與存儲(chǔ)墻：2403.14123》、Baya Systems、Visual Capitalist

我們進(jìn)一步深入分析：

AI 應(yīng)用的核心在于軟件程序（稱為工作負(fù)載）和大語(yǔ)言模型（LLM）。工作負(fù)載的復(fù)雜度通常以代碼行數(shù)來(lái)衡量。盡管軟件應(yīng)用愈發(fā)專業(yè)化，聚焦于特定任務(wù)，例如 AI 訓(xùn)練與推理，或文本、圖像、視頻的生成，但由于終端用戶需求持續(xù)提升，軟件需快速迭代以保持競(jìng)爭(zhēng)力，其復(fù)雜度仍在不斷增長(zhǎng)。此外，我們正面臨一波真正的 AI 大語(yǔ)言模型浪潮，從數(shù)據(jù)中心到邊緣端，全方位滿足生成式 AI 和推理需求，模型規(guī)模每四個(gè)月就會(huì)翻一番。

這也意味著，要在當(dāng)今日益復(fù)雜且高度專業(yè)化的應(yīng)用領(lǐng)域中保持競(jìng)爭(zhēng)力，需要定制化硬件來(lái)滿足功能、功耗和性能等要求。與此同時(shí)，硬件還必須具備足夠的可擴(kuò)展性，以支持應(yīng)用的多樣化，并在未來(lái)幾年內(nèi)保持前瞻性，以適配下一代 AI 算法。

以英偉達(dá)（NVIDIA）為例：

在發(fā)布 Blackwell 架構(gòu)后，英偉達(dá)宣布 Rubin 人工智能平臺(tái)和 Rubin Ultra 系列將分別于 2026 年和 2027 年推出。2025 年 9 月，專為大規(guī)模上下文推理應(yīng)用設(shè)計(jì)的 Rubin CPX 架構(gòu)亮相時(shí)，英偉達(dá)還同步披露了現(xiàn)有硬件產(chǎn)品在軟件驅(qū)動(dòng)下取得的重大性能提升——Blackwell 架構(gòu)自發(fā)布以來(lái)性能提升 2 倍，Hopper 架構(gòu)在生命周期內(nèi)性能提升 4 倍，Dynamo 軟件則實(shí)現(xiàn)了 6 倍的吞吐量提升。

對(duì)終端用戶而言，這意味著系統(tǒng)級(jí)的顯著優(yōu)化：Llama 模型運(yùn)行速度提升了 2-4 倍，首 token 延遲可降低至 1/6，token 輸出速度提升 3 倍。

硬件和軟件的復(fù)雜性不斷增加，并且愈發(fā)專業(yè)化，而軟件定義系統(tǒng)則確保在硬件生命周期內(nèi)可以進(jìn)行軟件升級(jí)。為這些“軟件定義系統(tǒng)”設(shè)計(jì)芯片的難點(diǎn)在于，摩爾定律已面臨物理極限，而實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模設(shè)計(jì)的核心路徑是采用 Multi-Die 系統(tǒng)。單顆芯片的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證類似于 SoC 的流程，但將不同的芯粒組合在一起又帶來(lái)了獨(dú)特挑戰(zhàn)，并且由于“超越摩爾定律”的創(chuàng)新，硬件規(guī)模每 18 個(gè)月仍會(huì)翻倍。更復(fù)雜的是，芯粒供應(yīng)商日益多元化，這要求生態(tài)系統(tǒng)各方在通信協(xié)議和驗(yàn)證方法學(xué)上協(xié)同一致。

因此，實(shí)現(xiàn)這些通信協(xié)議的接口 IP 快速迭代，已成為驗(yàn)證復(fù)雜度攀升的關(guān)鍵因素。為向 AI 算法提供更多數(shù)據(jù)以獲取更智能的洞察或?qū)崿F(xiàn)特定任務(wù)自主執(zhí)行，通信協(xié)議以驚人速度演進(jìn)，帶寬每?jī)赡攴环ㄈ鐖D 3 所示）。

▲圖3：PCIe 與以太網(wǎng)的演進(jìn)

此外，所有數(shù)據(jù)都必須以極快的速度進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取，以減少用戶向 AI 機(jī)器人/代理發(fā)出請(qǐng)求到實(shí)際響應(yīng)之間的延遲。存儲(chǔ)架構(gòu)的創(chuàng)新（如圖 4 所示）在推動(dòng)支持最新 AI 計(jì)算架構(gòu)的能力方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

▲圖4：高帶寬內(nèi)存創(chuàng)新

最后，驗(yàn)證用例定義了驗(yàn)證范圍，而由于必須對(duì)運(yùn)行中的工作負(fù)載進(jìn)行特性分析并優(yōu)化最終產(chǎn)品，新的用例正以前所未有的速度不斷涌現(xiàn)。

如今，軟件復(fù)雜度的增長(zhǎng)速度前所未有，推動(dòng)了對(duì) Multi-Die 系統(tǒng)擴(kuò)展和接口 IP 協(xié)議創(chuàng)新的新需求；同時(shí)，為了在快速演進(jìn)的 AI 領(lǐng)域保持競(jìng)爭(zhēng)力，新一代芯片的推出速度不斷加快。這迫使開(kāi)發(fā)者采用“左移”策略，提前進(jìn)行軟硬件驗(yàn)證工作，以滿足產(chǎn)品上市時(shí)間的緊迫要求并避免芯片重新設(shè)計(jì)的情況。

因此，驗(yàn)證的范圍正在急劇擴(kuò)大，以確保功能、功耗、性能、吞吐量、延遲、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性等關(guān)鍵指標(biāo)都能滿足產(chǎn)品要求。這也催生了新的驗(yàn)證用例需求，將大部分驗(yàn)證任務(wù)提前到硅前階段完成。

硬件輔助驗(yàn)證新時(shí)代

隨著軟件、硬件和接口復(fù)雜性的不斷增加，再加上硅前階段用例的擴(kuò)展，驗(yàn)證需求已飆升至千萬(wàn)億級(jí)時(shí)鐘周期。而且這些驗(yàn)證周期并非完全相同，例如 RTL 驗(yàn)證、軟件驗(yàn)證和性能驗(yàn)證的要求各不相同。這意味著，就像在 AI 領(lǐng)域一樣，我們既需要更專業(yè)的驗(yàn)證硬件以支持更大的容量需求，也需要驗(yàn)證硬件具備更高的靈活性和前瞻性，以應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)和變化的驗(yàn)證需求。

正如軟件驅(qū)動(dòng)的更新不斷提升數(shù)據(jù)中心和汽車的創(chuàng)新，我們?nèi)缃褚堰M(jìn)入“軟件定義的硬件輔助驗(yàn)證”時(shí)代，要求持續(xù)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)并保持靈活性。

作為全球技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)者，新思科技致力于通過(guò)持續(xù)重構(gòu)工程設(shè)計(jì)賦能創(chuàng)新，并以未來(lái)為導(dǎo)向打造硬件輔助驗(yàn)證系統(tǒng)。我們的“軟件定義硬件輔助驗(yàn)證”解決方案助力開(kāi)發(fā)者在不同領(lǐng)域擴(kuò)展驗(yàn)證能力，滿足日益增長(zhǎng)的硅前驗(yàn)證需求。

軟件定義的硬件輔助驗(yàn)證正在重塑芯片和系統(tǒng)驗(yàn)證。新思科技愿與全球合作伙伴攜手共進(jìn)，通過(guò)持續(xù)軟件創(chuàng)新，共創(chuàng)未來(lái)。