如今，構(gòu)建復(fù)雜的芯片和系統(tǒng)需要一些底層支撐。Imagination 和 Cadence 是芯片生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們構(gòu)建了許多技術(shù)，使消費(fèi)者的生活更加高效、舒適和安全。 在我的職業(yè)生涯中，當(dāng)我們都更專注于硬件輔助驗(yàn)證時(shí)，我遇到了 Imagination 驗(yàn)證平臺(tái)副總裁Colin McKellar。

在 Colin 的領(lǐng)導(dǎo)下，Imagination 一直在最先進(jìn)的EDA技術(shù)的應(yīng)用的最前沿，仿真和原型設(shè)計(jì)的組合使用證明了這一點(diǎn)，當(dāng)然，這已經(jīng)成為主流。

放眼全球，Imagination 和 Cadence 通過專注于細(xì)分行業(yè)和技術(shù)被行業(yè)所熟知。我和我的團(tuán)隊(duì)致力于垂直領(lǐng)域的解決方案：消費(fèi)類、超大規(guī)模計(jì)算、移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)、汽車、航空航天/國防、工業(yè)和健康，以及 AI/ML、數(shù)字孿生、安全、3D-IC 和低功耗等技術(shù)點(diǎn)。

我們在汽車、移動(dòng)/消費(fèi)者以及數(shù)據(jù)中心和臺(tái)式機(jī)計(jì)算方面與 Imagination 保持同一步調(diào)。Imagination 側(cè)重跨垂直領(lǐng)域的 AI/ML、CPU 和圖形產(chǎn)品。

當(dāng)然，作為 IP 供應(yīng)商，主流性能與高端性能等問題在移動(dòng)和消費(fèi)市場中相當(dāng)重要。我最近參加了在紐倫堡舉行的嵌入式世界 2022 大會(huì)，Imagination 和 Cadence 都是參展商，Imagination 展臺(tái)展示了汽車、圖形和 AI 三個(gè)關(guān)鍵主題。

數(shù)據(jù)中心、超大規(guī)模計(jì)算和超連接

超大規(guī)模計(jì)算時(shí)代如此熱衷于EDA 和 IP，因?yàn)橛?jì)算需求的多樣性——圖形、加速和專業(yè) AI/ML 增強(qiáng)了“傳統(tǒng)”計(jì)算。鑒于數(shù)據(jù)中心內(nèi)以及進(jìn)出計(jì)算區(qū)域的數(shù)據(jù)遷移受到重大影響，連接性至關(guān)重要。Cadence 為這些極其復(fù)雜的芯片提供了用于大容量實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的工具，Imagination 則從圖形、連接性和用于 AI/ML 計(jì)算的優(yōu)化處理器三個(gè)角度解決了這一問題。

在圖形方面需要滿足的要求包括虛擬化、安全性和基于云游戲的可靠 API 等方面。當(dāng)然，低功耗是關(guān)鍵，Imagination 在這方面一直很強(qiáng)。以太網(wǎng)是值得信賴的首選連接協(xié)議，Imagination 擁有強(qiáng)大的以太網(wǎng)包處理器產(chǎn)品。Imagination 致力于 AI/ML 和具有特定 GPU 和 RISC-V 的通用計(jì)算，在這些領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，尤其是在異構(gòu) GPU/CPU 計(jì)算方面。

在與 Imagination 等公司的討論中，我總是很好奇特定垂直行業(yè)的需求是如何影響對我們所提供工具的要求。對于超大規(guī)模計(jì)算用戶，最佳性能/功耗比與安全性相結(jié)合至關(guān)重要。Colin 在組合中添加了“每平方英尺收益”的觀點(diǎn)，即利用率和所需能源。

至于工作負(fù)載利用率，在以硬件為中心的EDA行業(yè)，通常只關(guān)注仿真和基于 FPGA 的虛擬原型，而Imagination 在虛擬化方面的出色推動(dòng)給我留下了深刻印象。從數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)最佳工作負(fù)載的需求跨越硬件和軟件，算力虛擬化至關(guān)重要。考慮如何通過虛擬化計(jì)算處理用戶的負(fù)載平衡，并結(jié)合反映一天中平衡如何變化的分布信息。當(dāng)我們其他人決定睡覺時(shí)，Z和 Alpha可能開始消耗本地計(jì)算周期。借助虛擬化，可以平衡其他并行工作負(fù)載。該行業(yè)需要在系統(tǒng)級(jí)別應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，其中硬件和軟件是共同優(yōu)化的。

對于低功耗，我們長期以來一直在合作推動(dòng)低功耗設(shè)計(jì)流程的極限，這是 Cadence 正在推動(dòng)的技術(shù)極限之一。我記得我們討論過動(dòng)態(tài)功耗分析，當(dāng) .lib 文件中的實(shí)際工藝信息可以成為等式的一部分時(shí)，它使用仿真生成的行為數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)寄存器傳輸和門級(jí)的低級(jí)實(shí)現(xiàn)分析 (DPA)。像 DPA 這樣的流程越來越多地被主流采用，而像我們這樣的協(xié)作推動(dòng)了開發(fā)底層工具的需求。趨勢類似于向系統(tǒng)級(jí)移動(dòng)時(shí)的利用率，這從低功耗擴(kuò)展的趨勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出芯片熱分析和電磁分析方面。 說到“超越硅”，我們的討論現(xiàn)在轉(zhuǎn)向特定領(lǐng)域、工作負(fù)載優(yōu)化的設(shè)計(jì)。Hennessy 和 Patterson 教授將這一趨勢稱為半導(dǎo)體的“黃金時(shí)代”。

在這種情況下考慮 3D-IC 技術(shù)時(shí)，對于像 Imagination 這樣的 IP 供應(yīng)商，客戶討論包括基于小芯片的設(shè)計(jì)方面。您是否將 IP 作為小芯片交付？需要為芯片到芯片的互連提供哪些接口？在將經(jīng)典 SoC 分解為封裝組裝時(shí)，如何處理諸如“已知良好芯片”之類的因素，因?yàn)閬碜粤悸适〉母怕食朔e是一個(gè)關(guān)鍵問題？我們同意異構(gòu)整合領(lǐng)域是一個(gè)傳統(tǒng)的“需要底部支撐”的情況，沒有一個(gè)玩家可以獨(dú)自處理這一切。它需要一個(gè)強(qiáng)大的工具和 IP 供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，以及組裝和技術(shù)供應(yīng)商。新的合作聯(lián)盟成為必須。

邊緣——平衡消費(fèi)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心之間的計(jì)算

增加數(shù)據(jù)中心的工作負(fù)載和平衡計(jì)算還有更多工作要做。當(dāng)移動(dòng)游戲用戶上線時(shí)，數(shù)據(jù)中心不需要非常強(qiáng)大的 GPU。一個(gè) GPU 有時(shí)可以并行服務(wù)多達(dá) 8 個(gè)用戶，從而優(yōu)化基礎(chǔ)架構(gòu)，以更有效地用單個(gè)GPU同時(shí)為 8 人提供服務(wù)，同時(shí)不會(huì)將成本擴(kuò)大 8 倍。同樣，虛擬化在這里至關(guān)重要。計(jì)算的平衡正在適應(yīng)需求。

有時(shí)，作為終端設(shè)備的手機(jī)有效地充當(dāng)屏幕，在 5G 基站內(nèi)作為邊緣技術(shù)與用戶帳戶相關(guān)聯(lián)的第二層。Colin 列舉了一些增長示例，尤其是在亞洲，需要特別考慮以實(shí)現(xiàn)最佳用戶體驗(yàn)，其中可能包括在正確的時(shí)間提供適當(dāng)?shù)膹V告，需要不同的延遲。行業(yè)根據(jù)場景，根據(jù)體驗(yàn)規(guī)模優(yōu)化消費(fèi)者變現(xiàn)。 Imagination和Cadence的協(xié)作以IP 和工具為重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)鏈中處于相對上游的位置。

我們比較了從客戶那里聽到的一些需求，客戶最終決定在設(shè)備上、遠(yuǎn)、中、近邊緣以及最終在數(shù)據(jù)中心完成哪些計(jì)算部分。需求從系統(tǒng)公司和芯片架構(gòu)師那里反饋給我們，并在 IP 模塊和工具中實(shí)現(xiàn)。 不同地區(qū)的消費(fèi)者也提出了不同的要求。在線率最高的地區(qū)（尤其是亞洲），大部分任務(wù)都是通過手機(jī)執(zhí)行的。不同地區(qū)的增長率平衡一直在發(fā)生變化，并且可能在未來幾年內(nèi)進(jìn)一步發(fā)生變化。

汽車——車輪上的數(shù)據(jù)中心

對于Cadence 和 Imagination 來說汽車都是關(guān)鍵領(lǐng)域。它根據(jù) ISO 26262 對工具“安全使用”提出了精確需求，并推動(dòng)了用工具來驗(yàn)證芯片和系統(tǒng)功能安全性的需求。去年，Cadence 推出了一個(gè)全面的新安全規(guī)劃和驗(yàn)證解決方案，解決了數(shù)字和模擬/混合信號(hào)方面的問題。

Imagination 從圖形進(jìn)入汽車市場，在信息娛樂領(lǐng)域占有重要的市場份額。他們已經(jīng)轉(zhuǎn)向駕駛艙中的人機(jī)界面（HMI），以取代窗口控制按鈕。

自動(dòng)駕駛是下一個(gè)將 CPU 和 GPU 緊密結(jié)合的使用場景。Imagination 傳統(tǒng)上對安全和安保的高度關(guān)注有助于該領(lǐng)域的發(fā)展，以及組合了以太網(wǎng)包處理器IP的產(chǎn)品方案來支持汽車擴(kuò)展。OEM 信任供應(yīng)商的安全和保障，而不是像 ADAS 那樣驅(qū)動(dòng)他們的定制組件。Imagination 在汽車行業(yè)已有超過 15 年的經(jīng)驗(yàn)積累。HMI 領(lǐng)域是非常合適的下一步，可以將安全性提升到信息娛樂之外的下一個(gè)級(jí)別。

在每小時(shí) 200 公里的速度下，人們需要能夠信任所有顯示屏，并且在正確的時(shí)間觸發(fā)喚醒和安全機(jī)制的硬件/軟件堆棧，這需要安全可靠——或者正如 Colin 所說的——“非常純粹。" 看這個(gè)高性能計(jì)算架構(gòu)的通用框圖，很明顯，客戶會(huì)從不同的地方選擇 IP。這是一個(gè)與“指環(huán)王”相反的情況。不可能只有一個(gè) IP 供應(yīng)商提供一切，因此在生態(tài)系統(tǒng)參與者競爭的時(shí)代，IP 的不同組合將會(huì)演變。

盡管如此，對于像我們這樣的公司來說，仍有足夠的互補(bǔ)領(lǐng)域可以進(jìn)行良好的合作。


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我們討論了汽車行業(yè)設(shè)計(jì)鏈的變化，這些變化使 IP 和工具供應(yīng)商更受歡迎。簡而言之，隨著 OEM 扮演更重要的角色并推動(dòng)其獨(dú)特的定制芯片的開發(fā)，新的 OEM 率先進(jìn)入市場，從而產(chǎn)生了新的客戶。反過來，在數(shù)字和模擬混合信號(hào)領(lǐng)域的開發(fā)過程中，安全要求至關(guān)重要，也是 Imagination 和 Cadence 持續(xù)了一段時(shí)間合作的主題。

此外，前端的安全分析必須連接到實(shí)現(xiàn)，以指導(dǎo)哪些方面需要冗余。整體設(shè)計(jì)流程變得更加集成。實(shí)現(xiàn)信息流回到前端進(jìn)行分析，行業(yè)正在朝著將需求自動(dòng)升級(jí)到數(shù)字化的方向發(fā)展。

設(shè)計(jì)鏈中的另一個(gè)挑戰(zhàn)是參與者的互動(dòng)。IP 模型的可用性始終至關(guān)重要的。盡管如此，在集成 SoC 時(shí)，如上所述，早期的軟件開發(fā)依賴于不同供應(yīng)商提供的虛擬協(xié)同工作。SystemC TLM 2.0 已成為遵守的標(biāo)準(zhǔn)，模型已成為任何 IP 產(chǎn)品的預(yù)期部分。

模型保真度和性能的平衡比以往任何時(shí)候都更加關(guān)鍵，因此用戶期望模型用于虛擬原型設(shè)計(jì)和較低的準(zhǔn)確性，但也需要用于基于硬件的原型設(shè)計(jì)和仿真模型。

Colin 為軟件開發(fā)人員提供了一些有趣的例子，他們迫不及待地等待芯片實(shí)現(xiàn)。像 Imagination 這樣的 IP 供應(yīng)商需要考慮客戶的需求，他們擁有許多軟件開發(fā)人員，他們使用虛擬原型，在軟件決策、架構(gòu)分析和軟件啟動(dòng)方面具有適當(dāng)?shù)谋Ｕ娑?性能平衡。并非所有事情都可以通過基于硬件的仿真來完成。

在 RTL 之前做好這件事可以為客戶節(jié)省大量的項(xiàng)目時(shí)間，滿足數(shù)百名開發(fā)人員的需求。對于成熟的 IP模 塊，客戶認(rèn)為 RTL 是“神圣的”。盡管如此，另一個(gè)重要的考慮因素是在開發(fā)環(huán)境之間切換的能力，并且在六個(gè)月前提供一個(gè)代表性模型肯定會(huì)讓切換變得值得。無論底層執(zhí)行引擎和保真度如何，業(yè)界都在迅速尋找統(tǒng)一軟件調(diào)試等體驗(yàn)的方法。

除了上述 SoC 框圖的復(fù)雜性話題，我們想要討論的另一個(gè)主題是互連，片上、片外和芯片之間。業(yè)界圍繞芯片到芯片的接口，以及需要考慮數(shù)據(jù)訪問的緩存一致性等方面的復(fù)雜片上互連，有了很多討論。對于像 Imagination 這樣的 IP 供應(yīng)商來說，一定程度的中立性在這里至關(guān)重要。IP 接口與 AXI 等標(biāo)準(zhǔn)接口兼容。

例如，對于如何連接到 HBM 存儲(chǔ)器的復(fù)雜方案，與最終客戶的密切合作會(huì)快速產(chǎn)生合適的解決方案。 最后，汽車設(shè)計(jì)鏈的變化也增加了對工程人才的需求——這是最近在嵌入式2022 大會(huì)上看到的一個(gè)關(guān)鍵主題。一個(gè)關(guān)鍵的解決方案是使用 AI/ML 提高 EDA 的生產(chǎn)力。用于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的 Cadence Cerebrus技術(shù)在這里提供了可喜的成果。





審核編輯：劉清