如今，半导体行业的持续增长取决于提供更加复杂的芯片设计，并与专门的系统软件共同验证。在本书中，我们首先探索设计验证技术的演变，然后说明不同设计阶段的 FPGA 原型设计。 本书还包括原型解决方案，以提供有效的资源共享和管理。
在本书中， 我们揭示了基于 FPGA 的原型系统和三个主要系统供应商 - S2C、Cadence 和 Synopsys。首先，我们看到相互验证结合芯片复杂度的需要（其中包含 FPGA 验证），以及使用 ASIC 设计所带来的好处。 本书还包括一份实用的技术指南，有效的帮助指导 FPGA 原型系统流程的实践和技术。 我们将通过 S2C CTO 陈睦仁先生的卓越远见一窥 FPGA 原型的未来。
RISC-V架构以其开放性和高度可定制的特性，正在重塑处理器设计格局。然而，这种灵活性也带来了显著的验证挑战，使其验证复杂度远超传统固定架构处理器。 RISC-V的验证难点主要体现在四个方面：首先，微架构灵活性极大增加了验证复杂性。不同的内存层次设计、流水线结构以及功耗时序约束，使得验证空间呈指数级扩张。其次，自定义指令集显著扩大了验证范围。每条新增指令都需要在各种操作条件下进行全面验证，大幅增加验证工作量。 第三，模块化ISA带来了兼容性挑战。针对特定扩展集编译的程序可能无法在不支持相关扩展的处理器上运行， 这对互操作性验证提出了更高要求。最后，缺乏统一参考模型导致实现不一致性问题，不同团队对规范的理解差异可能产生不同的实现行为。 综上所述，RISC-V验证面临规模、范围和一致性的多重挑战，传统验证方法已难以胜任。迫切需要更先进的验证方法学与平台，这也正是本白皮书后续将要深入探讨的重点。
芯片设计公司长期面临双重挑战：既要研发高性能芯片方案，又得缩短周期抢先推新。当下，系统与软件的复杂度与日俱增，传统软件开发方法在当下复杂形势中弊端渐显，如介入时间靠后增加了开发周期，难满足行业发展，革新势在必行。“Shift Left”——左移开发理念虽并非新兴概念，但其在当下愈发凸显出重要价值。其核心在于尽早进入软件开发环节，利用虚拟平台等与硬件设计并发进行早期软件开发，也可利用软件将验证和测试工作提前至设计初期。毕竟，设计初期发现并解决问题，成本和时间投入远低于项目后期。借助左移开发，芯片设计公司能更主动地把控质量，降低潜在风险及问题定位成本，提升整体开发效率，从而缩短芯片开发周期。
在左移开发理念的推动下，虚拟原型技术崭露头角，为芯片设计和其配套软件的开发带来了全新的思路和方法。虚拟原型中的虚拟平台提供全系统仿真能力，能够在硬件还不具备的情况下提前进行软件开发。且基于虚拟原型开发的软件可在项目开发的后续阶段直接运行在对应的芯片上，这将大大提高项目的开发效率。且虚拟原型与传统物理原型相比，虚拟平台在可扩展性、易用性、调试手段等方面有先天优势。如物理原型，需要高昂的FPGA、子卡等硬件成本，而且在构建验证环境时耗时费力。而虚拟平台则可以轻松地根据设计需求进行灵活调整和扩展，为开发人员提供了更大的自由度和便利性。
但物理原型上运行的是真实的芯片IP设计，在验证精准度、IP复用等方面有虚拟原型不可比拟的优势。虚拟原型考虑到仿真速度等原因，一般在事务级进行建模从而忽略了设计的细节。物理原型仿真的是真实芯片设计，能够精确仿真芯片的运行细节。同时，对于已有IP也可以直接集成到物理原型中，不需要再投入人力对其重新进行建模。
混合仿真解决方案将结合虚拟原型仿真速度、左移开发与物理原型在精确度上的优势带来更高效的验证方案。
随着AI、HPC及超大规模芯片设计需求呈指数级增长原型验证平台已成为芯片设计流程中验证复杂架构、缩短迭 代周期的核心工具。然而，传统原型验证系统受限于单芯片容量（通常<5000万门）、多芯片分割效率及系统级 联能力，难以支撑上亿门级以上设计的全场景验证需求。
为应对这一挑战，行业亟需兼具超大规模容量、高效分割算法与跨芯片级联能力的下一代原型验证。AMD Versal™ Premium VP1902自适应SoC凭借单核等效1亿门容量，成为构建高性能仿真与原型验证系统的理想硬件底座。思尔芯芯神瞳逻辑系统S8-100通过搭载AMD VP1902，并配套自主研发的智能分割工具链，显著提升 超大规模设计的原型验证效率。本文以芯神瞳逻辑系统S8-100与芯神瞳逻辑矩阵LX2（采用VU19P）在多芯片级 联场景下的性能数据对比，揭示S8-100在容量、速度的显著优势。
随着集成电路设计复杂度的不断提升，硬件仿真系统在现代芯片设计流程中扮演着越来越重要的角色。基于FPGA （现场可编程门阵列）的商用硬件仿真系统因其灵活性、全自动化、高性能和可重构性，成为验证大规模集成电路设计的重要工具。然而，随着设计规模的扩大和复杂度的增加，硬件仿真系统的编译过程面临着诸多挑战。
本文旨在探讨基于FPGA的硬件仿真系统在编译过程中所遇到的关键问题，并提出相应的优化策略。 硬件仿真的编译流程涉及多个步骤，从硬件描述语言（HDL）的编译到最终生成FPGA比特流，每个步骤都对最终仿真的性能和编译时间有着重要影响。本文将详细分析这些步骤中的优化挑战，并提出一些可能的解决方案，以帮助设计者在保证仿真性能的同时，最大限度地减少编译时间。
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