我們正處在數(shù)據(jù)大爆炸的時代。數(shù)據(jù)不僅是云端網(wǎng)絡(luò)生活的核心動力，還能讓我們深入了解公共健康、天氣事件等領(lǐng)域。實(shí)際上，全球90%的數(shù)據(jù)是在過去兩年內(nèi)產(chǎn)生的！微處理器強(qiáng)大的計(jì)算能力支撐著數(shù)據(jù)存儲，保障數(shù)字世界高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

但隨著數(shù)據(jù)環(huán)境變復(fù)雜，相關(guān)技術(shù)也跟著復(fù)雜起來。這給高性能計(jì)算（HPC）和數(shù)據(jù)中心SoC設(shè)計(jì)帶來了很多挑戰(zhàn)。為避免走彎路、錯失市場機(jī)遇、承擔(dān)過高的制造成本或設(shè)備故障，開發(fā)者們必須制定可靠的驗(yàn)證策略。

想成功設(shè)計(jì)芯片，就得在SoC架構(gòu)設(shè)計(jì)初期就用上芯片驗(yàn)證和虛擬原型技術(shù)，并一直用到最后。接下來，讓我們了解SoC驗(yàn)證和虛擬原型的關(guān)鍵知識，保證首次設(shè)計(jì)就能做出好芯片。

降低功耗，從架構(gòu)開始

盡管吞吐量和性能持續(xù)提升，但這導(dǎo)致功耗預(yù)算不斷增加。數(shù)據(jù)中心對電費(fèi)極為敏感，僅為了維持系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的冷卻，就占據(jù)了運(yùn)營成本的很大一部分。由于高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心均為高能耗設(shè)施，目前的趨勢已從基于CISC的指令集架構(gòu)（如x86）轉(zhuǎn)向基于RISC的架構(gòu)以及新興的開源RISC-V架構(gòu)。

然而，x86架構(gòu)依然強(qiáng)勁，在大型HPC和數(shù)據(jù)中心客戶市場中占有重要地位。正如Semiconductor Engineering所報(bào)道：“可以肯定的是，高性能計(jì)算不會僅依賴于一種處理器。RISC-V可以作為工具箱中的另一種選擇。”

當(dāng)前市場因這些新興架構(gòu)參與者的加入而得到擴(kuò)展。趨勢在于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心探索如何利用RISC和RISC-V架構(gòu)來降低功耗，并實(shí)現(xiàn)更高程度的定制化。

優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵：提出正確的問題

在超多核設(shè)計(jì)中，探尋各種場景以實(shí)現(xiàn)每瓦特性能最大化至關(guān)重要——這包括確定所需內(nèi)存量、內(nèi)存布局位置，以及在軟件與硬件結(jié)合方面可拓展的最大限度。對于高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心而言，相較于將任務(wù)外包給ASIC，自主開發(fā)芯片設(shè)計(jì)不僅有助于優(yōu)化功耗、提升靈活性，還可助開發(fā)者打造獨(dú)特的競爭優(yōu)勢。

與此同時，這些優(yōu)化措施也引出了一系列定制工作負(fù)載相關(guān)的問題：

定制工作負(fù)載將如何影響子系統(tǒng)的內(nèi)存和互連？

從架構(gòu)設(shè)計(jì)到RTL層級，各層次的精確功耗、性能和吞吐量分別是多少？

緩存實(shí)現(xiàn)將如何與子集群、緩存一致性網(wǎng)絡(luò)以及更大芯片內(nèi)的集群相互作用

優(yōu)化建模的方法對成功起著決定性作用。開發(fā)者們必須準(zhǔn)確把握這些問題的答案，并在芯片交付前精確測量和預(yù)測所有參數(shù)，以免在芯片回來后感到意外。為滿足HPC和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的需求，開發(fā)者們必須在流片前至少對完整的RTL進(jìn)行一次建模，這就要求其仿真能力具備足夠的冗余空間。

驗(yàn)證設(shè)計(jì)的最佳路徑是什么？

要進(jìn)行SoC驗(yàn)證，就得提前開始驗(yàn)證流程，而不是等到設(shè)計(jì)后期。因?yàn)槠胶夤暮托阅芴嵘龓砹诵绿魬?zhàn)。

要做到這一點(diǎn)，選擇合適的工具和專業(yè)技能很關(guān)鍵。它們能幫開發(fā)者同時優(yōu)化軟件和硬件，讓開發(fā)者知道何時做設(shè)計(jì)上的權(quán)衡。驗(yàn)證工具應(yīng)該陪開發(fā)者走過整個設(shè)計(jì)過程，從架構(gòu)設(shè)計(jì)到軟件虛擬化，再到仿真完成。

仿真系統(tǒng)的大小也很重要。如果開發(fā)者不能把整個HPC或數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)都仿真出來，那就風(fēng)險(xiǎn)很大了。

設(shè)計(jì)錯了可能會導(dǎo)致性能不達(dá)標(biāo)、超支功耗預(yù)算，甚至需要重頭再來，代價(jià)很高。所以，開發(fā)者需要一個能夠隨時介入設(shè)計(jì)各個階段、解決問題、調(diào)整優(yōu)化的端到端驗(yàn)證和虛擬原型方案。如果設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題，開發(fā)者可以回到早期階段去修正。越早發(fā)現(xiàn)問題，越好解決。

端到端的高性能計(jì)算SoC驗(yàn)證和虛擬原型工具

新思科技的驗(yàn)證和仿真工具是目前唯一能提供端到端解決方案的工具集。主要亮點(diǎn)如下：

架構(gòu)探索領(lǐng)先行業(yè)。新思科技Platform Architect能早期探索和分析架構(gòu)，尤其適合新HPC設(shè)計(jì)，能與最新內(nèi)存和互連接口模型集成。

新思科技Virtualizer是市場上最成熟的硬件/軟件設(shè)計(jì)虛擬原型工具，能讓系統(tǒng)輕松組裝，直接運(yùn)行仿真就行。

新思科技ZeBu仿真系統(tǒng)擁有最大的仿真容量，足以匹配快速、大型且復(fù)雜的 HPC 和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用設(shè)計(jì)。

虛擬原型、混合仿真與全仿真之間的連續(xù)性：新思科技為仿真需求提供一站式解決方案。開發(fā)者可在仿真環(huán)境中處理設(shè)計(jì)的極小部分，其余部分則置于虛擬原型中，隨后依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)展逐步將設(shè)計(jì)遷移至仿真階段及完整的RTL實(shí)現(xiàn)。

此外，新思科技匯聚行業(yè)頂尖專家，緊跟技術(shù)潮流，不斷革新工具，始終走在最新技術(shù)應(yīng)用的前沿。我們在豐富的生態(tài)系統(tǒng)中保持深厚且值得信賴的關(guān)系，并擁有長期的合作伙伴關(guān)系，以提供卓越的產(chǎn)品和服務(wù)。

HPC和數(shù)據(jù)中心芯片設(shè)計(jì)的未來趨勢是什么？

為了滿足HPC工作負(fù)載對性能和功耗的高要求，多芯片系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相應(yīng)的驗(yàn)證和早期架構(gòu)探索解決方案也已經(jīng)調(diào)整，以適應(yīng)這些設(shè)計(jì)中獨(dú)特的相互依賴關(guān)系。那么，如何進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、平衡功耗并提升性能呢？答案是盡早啟動驗(yàn)證流程。此外，HPC和數(shù)據(jù)中心的技術(shù)日新月異，敬請持續(xù)關(guān)注更多最新動態(tài)。