AI聊天機(jī)器人、自動(dòng)化制造設(shè)備、自動(dòng)駕駛汽車(chē)……各種帶寬密集型應(yīng)用蓬勃發(fā)展，推動(dòng)芯片設(shè)計(jì)從單片式片上系統(tǒng)（SoC）轉(zhuǎn)向Multi-Die系統(tǒng)。通過(guò)將多個(gè)裸片或小芯片集成到單個(gè)封裝中，開(kāi)發(fā)者可以擴(kuò)展系統(tǒng)功能，降低風(fēng)險(xiǎn)并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

但是，Multi-Die系統(tǒng)開(kāi)發(fā)本身也有挑戰(zhàn)，驗(yàn)證方面尤其困難重重。驗(yàn)證過(guò)程必須非常詳盡，才能發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)。因此，2.5D或3D芯片技術(shù)對(duì)驗(yàn)證過(guò)程的影響可能超乎人們的想象。

不過(guò)，新思科技的VCS功能驗(yàn)證解決方案的原生框架支持分布式仿真，讓開(kāi)發(fā)者能夠?qū)⒋笮头抡嫒蝿?wù)分成若干較小任務(wù)運(yùn)行，從而擺脫容量限制，最大限度減少錯(cuò)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(shuō)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(yàn)證

仿真是功能驗(yàn)證的主要方法，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的大多數(shù)錯(cuò)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(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各類(lèi)挑戰(zhàn)。Multi-Die系統(tǒng)規(guī)模龐大，仿真工作繁多，無(wú)法一次完成，因此許多芯片制造商選擇“拆分”運(yùn)行。但是，這種手動(dòng)方法需要編寫(xiě)腳本，還需將多次運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行整合，非常耗時(shí)且容易出錯(cuò)。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(gè)可執(zhí)行文件并行仿真，且無(wú)身份限制。換言之，同一仿真可執(zhí)行文件（simv）可以運(yùn)行N次，每次與不同的simv一起運(yùn)行，也可根據(jù)需要組合運(yùn)行。它同時(shí)支持寄存器傳輸級(jí)（RTL）互連和測(cè)試平臺(tái)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(fèi)數(shù)周時(shí)間，而分布式仿真只需短短幾天即可完成準(zhǔn)備并開(kāi)始運(yùn)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(jì)算機(jī)相關(guān)的成本。

分布式仿真的工作方式相當(dāng)簡(jiǎn)單。首先，用戶(hù)將仿真任務(wù)分為多個(gè)可執(zhí)行文件，每個(gè)simv均使用一個(gè)額外的開(kāi)關(guān)進(jìn)行編譯。運(yùn)行時(shí)配置文件指定要連接的RTL和測(cè)試平臺(tái)部分。運(yùn)行期間：

simv實(shí)例實(shí)際上就是單片式SoC，可以按任意順序獨(dú)立啟動(dòng)，并將特定選項(xiàng)作為開(kāi)關(guān)傳遞

主simv使用單獨(dú)的開(kāi)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(dú)的服務(wù)器進(jìn)程來(lái)控制通信

運(yùn)行結(jié)束時(shí)，所有仿真均生成單獨(dú)的可執(zhí)行文件，從而提供單個(gè)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(huì)上，英偉達(dá)介紹了其使用分布式仿真驗(yàn)證多芯片GPU系統(tǒng)的情況。傳統(tǒng)方法涉及多個(gè)步驟，并需要大量時(shí)間和內(nèi)存資源。對(duì)每個(gè)獨(dú)立的芯片進(jìn)行仿真本就需要消耗大量資源，而對(duì)整個(gè)Multi-Die系統(tǒng)進(jìn)行仿真所需的內(nèi)存和運(yùn)行時(shí)間則是預(yù)期的2倍以上。

英偉達(dá)高級(jí)驗(yàn)證開(kāi)發(fā)者Kartik Mankad在會(huì)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(duì)不同類(lèi)型的Multi-Die系統(tǒng)進(jìn)行仿真，參與團(tuán)隊(duì)無(wú)需投入更多精力，也無(wú)需擔(dān)心集成和復(fù)用問(wèn)題，并可保留每個(gè)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(yàn)證解決方案的分布式仿真功能將仿真速度提高了2倍?！?/p>

總結(jié)

隨著AI和高性能計(jì)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(duì)日益繁重的計(jì)算工作負(fù)載難題。在芯片開(kāi)發(fā)過(guò)程中，仿真長(zhǎng)期以來(lái)一直都是功能驗(yàn)證的主要方法，可以詳盡檢測(cè)出各種錯(cuò)誤，確保設(shè)計(jì)如期進(jìn)行。但Multi-Die系統(tǒng)也帶來(lái)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(wú)法在一次運(yùn)行中完成，因此，芯片制造商轉(zhuǎn)而采用內(nèi)部開(kāi)發(fā)的解決方案來(lái)拆分仿真工作，但這種方法需要手動(dòng)操作，并且非常耗時(shí)。目前，市場(chǎng)領(lǐng)先的新思科技VCS功能驗(yàn)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(jì)團(tuán)隊(duì)可以將大型仿真作業(yè)分成若干部分運(yùn)行，從而節(jié)省時(shí)間，減少工程工作量，并降低與大容量主機(jī)和集群計(jì)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(yàn)證技術(shù)可以幫助芯片制造商優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。