原型验证系统VS硬件仿真器,哪一个更好?
2022-09-20

1. 使用场景

原型验证系统是一种基于FPGA的芯片验证平台,它是通过将RTL移植到现场可编程门阵列来验证芯片功能。它会帮助工程师在芯片设计过程中搭建软硬件一体的系统验证环境,多用于芯片设计后期的系统级功能和性能验证。

也就是说,有了它,在流片前工程师们就可以在芯片的基本功能验证通过后,立刻开始驱动开发。甚至可以在流片前就给有需求的客户进行芯片演示,进行预售。这就大大缩短了整个验证周期,加速了产品上市时间。

而硬件仿真器却是对完整的芯片设计进行加速仿真并调试,包括芯片设计的系统级功能验证、IP设计验证,多应用于芯片设计前期的RTL功能验证。根据架构可分为FPGA-Based硬件仿真器,以及CPU-Based硬件模拟器,本次主要讲的是FPGA-Based硬件模拟器。

硬件仿真器中含有数量较多的探测仪器、信号记录器等,以记录系统电路运行的每一个时钟周期的数据,以便查找设计错误,因此信号全可视是硬件仿真器的关键特性。通常来说,设计前期大部分都在调试,适合使用硬件仿真器验证,而设计后期大部分都在进行回归测试,此时便适合用高性能原型验证系统验证。

2. 设计容量及技术架构

原型验证系统更适合一些中小规模的设计,容量从千万门到十亿门级别都有,可以满足不同芯片设计规模和设计场景的多样化需求。采用单片或多片FPGA架构,FPGA之间连线不固定,工程师们可针对自己的设计进行灵活配置。

对比原型验证系统,硬件仿真器的设计容量就更大了,可以支持10亿门级以上的超大规模设计容量,通过级联甚至可以扩展到上百亿门级别。采用的是FPGA阵列架构,FPGA之间连线固定,是不需要工程师们干预的。

3. 工程构建

硬件仿真器有着全自动化的软件设置实现流程,基本无需修改硬件连接配置,以及灵活多样的全系统仿真调试能力,包括:信号的追踪深度更深(达数十亿仿真周期)、信号的条件触发、动态探针插入、离线调试等。通常跑完大型项目只需几周。

而原型验证系统由于系统自动化程度较低,对于一个设计验证项目,完成工程构建及硬件环境搭建通常需要数周以上。

4. 调试能力

在调试能力方面,硬件仿真器支持TBA模式和ICE模式,具有很强的信号调试能力,支持静态探针、动态探针、信号全可视等。

而原型验证系统配备专用DDR内存,支持多FPGA的调试能力,实现与逻辑分析仪相当的高效调试。主要支持静态探针,仅少数产品支持动态探针和全信号可见等功能。此外,原型验证系统还配有通过专用协议接口,比如JTAG、Ethernet、PCle或者其他高速接口。

5. 运行速度

不过,原型验证系统所具有的运行速度是硬件仿真器无法匹敌的。在验证时,运行的测试程序越多,对设计可靠性越有保障。原型验证系统可以在短时间内运行大量的测试向量,轻松可达10MHz-100MHz级别,而硬件仿真器运行速度稍低,500KHz~5MHz级别。

6. 软件工具

虽然,中小规模的芯片设计,原型验证系统的运行速度可以说比硬件仿真器快了整整一个数量级。但一碰到10亿门级以上的超大规模设计,若原型验证系统依然想要保持原有的速度,必然对其软件工具和硬件设计提起了更高的要求。

而原型验证系统配备专用DDR内存,支持多FPGA的调试能力,实现与逻辑分析仪相当的高效调试。主要支持静态探针,仅少数产品支持动态探针和全信号可见等功能。此外,原型验证系统还配有通过专用协议接口,比如JTAG、Ethernet、PCle或者其他高速接口。原型验证系统想要不影响整个性能和速度的全系统验证,会选择使用多片FPGA芯片。但多片FPGA互联产生的问题又随之而来,比如低延迟并行I/O接口、高带宽Serdes接口、自动化分割、多片FPGA的信号调试、各种软硬件接口扩展方案,等等。这些都决定了原型验证系统需要更专门的设计,特别需要配套相应的自动化工具。

因为对于两三片FPGA以上的中大型设计,手工分割和优化的投入太大,还会存在潜在的人为错误。这就好比有自动挡的汽车不开,非得用手动挡的。对工程师来说既耗时又耗力,还需要相当的经验,相当划不来。目前市场上,像思尔芯的芯神瞳原型验证解决方案,兼具网表级和RTL级自动分割能力,可以很好地帮到工程师解决此类问题。甚至配备完整原型工具链,可与其他点工具如逻辑综合器结合做优化,实现更好的优化策略。

7. 物理接口

物理接口的可扩展性通常是工程师们较为关心的问题。原型验证系统一般配有专用接口,可扩展各种功能子卡,构建一个更真实的环境,帮助找到软件仿真/硬件仿真器无法探测到的BUG。而由于运行性能较高,它还能支持1Gbps-26Gbps左右的高速物理接口,部分支持降速桥。硬件仿真器则受限于运行的性能,无法直接支持高速的物理接口。大部分情况下会通过速度匹配桥设备或虚拟设备模型来实现。

8. 成本价格

相比于原型验证系统,硬件仿真器的价格就相对没有那么竞争力。因为它的结构非常复杂,容量也非常大,硬件成本较高,配套软件也非常复杂,产品价格也因此相对高昂。

其实,这两者从不是二选一的抉择。原型验证系统的本质是进行源代码验证和软件开发的功能模拟器,而硬件仿真器的本质是系统级源代码错误捕捉工具。更多时候,在芯片设计的不同节点,工程师所用的工具是不一样的。大家可以根据自己的实际情况,在正确的时间,在正确的使用场景中使用正确的工具!

获取原型验证方案

您在设计什么类型的芯片?
设计中含的ASIC门容量为?
500万 - 2千万
2千万 - 5千万
5千万 - 1亿
1亿 - 10亿
大于10亿
您倾向于使用哪款FPGA?
赛灵思 VU440
赛灵思 KU115
赛灵思 VU19P
赛灵思 VU13P
赛灵思 VU9P
英特尔 S10-10M
英特尔 S10-2800
不太确定,需要专业建议
您需要什么样的FPGA配置?
单颗FPGA
双颗FPGA
四颗FPGA
八颗FPGA
不太确定,需要专业建议
您需要什么样的外设接口?
您需要多少数量的原型验证平台?
您是否需要以下工具?
分割工具
多FPGA调试工具
协同建模工具(允许大量数据在 FPGA 与 PC 主机之间进行交互)
您什么时间内需要使用到我们产品?
0-6个月
6-12个月
大于12个月
不太确定
其他
提交
输入您的电话,我们即刻给您回电
输入您的电话
验证码
您也可直接拨打电话:400 8888 427 或添加企业微信
电话咨询
微信咨询
企业微信咨询
TOP
企业微信咨询