摘要

Questa One Sim平臺(tái)的SmartCompile日漸成為戰(zhàn)略性解決方案，可顯著縮短從初始編譯到最終仿真的整體驗(yàn)證周期，提供一整套高效工具，大幅縮短驗(yàn)證周期。通過整合高級(jí)功能并優(yōu)化編碼風(fēng)格，SmartCompile實(shí)現(xiàn)了更高效的設(shè)計(jì)流程，能夠直接應(yīng)對(duì)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)開發(fā)所面臨的挑戰(zhàn)。

議程

序言

傳統(tǒng)仿真流程

SmartCompile概述

-主要功能

SmartCompile功能集：解決現(xiàn)代設(shè)計(jì)驗(yàn)證挑戰(zhàn)

1.增量編譯與優(yōu)化

2.獨(dú)立測(cè)試加載

3.AutoPDU（自動(dòng)預(yù)優(yōu)化設(shè)計(jì)單元）

4.緩存庫流程

5.動(dòng)態(tài)重配置

6.基于網(wǎng)格的分布式優(yōu)化

7.獨(dú)立設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件生成

結(jié)語

序言

在如今的半導(dǎo)體行業(yè)中，設(shè)計(jì)工程師面臨著越來越大的壓力：既要交付日益復(fù)雜的數(shù)字設(shè)計(jì)，又要滿足嚴(yán)苛的上市時(shí)間要求。隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的編譯與仿真工作流程往往成為影響開發(fā)進(jìn)度的瓶頸。大家普遍認(rèn)為，這些瓶頸是由每次迭代的仿真運(yùn)行時(shí)間所導(dǎo)致的。然而，對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真運(yùn)行配置所花費(fèi)的時(shí)間增加，也是一個(gè)重要因素。配置時(shí)間乘以驗(yàn)證迭代次數(shù)，在整個(gè)驗(yàn)證流程中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。

雖然仿真運(yùn)行占據(jù)了驗(yàn)證過程的大部分時(shí)間，但每次設(shè)計(jì)編譯與展開過程累積起來，同樣在整個(gè)驗(yàn)證周期中占據(jù)了相當(dāng)可觀的比重。任何能夠減輕這一開銷的方法，累加到整個(gè)驗(yàn)證周期中，都能顯著地節(jié)省時(shí)間和計(jì)算資源。

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，SmartCompile引入了一套創(chuàng)新工具來解決這一關(guān)鍵問題，將新功能與優(yōu)化的編碼風(fēng)格改進(jìn)相結(jié)合。這一綜合解決方案簡(jiǎn)化了從編譯、優(yōu)化到仿真的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，使工程團(tuán)隊(duì)能夠在保持設(shè)計(jì)完整性的同時(shí)大幅縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間。SmartCompile改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)編譯與仿真方法，幫助數(shù)字設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工程師加速開發(fā)周期，在當(dāng)今快節(jié)奏的數(shù)字市場(chǎng)中獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)仿真流程

在常規(guī)的驗(yàn)證環(huán)境中，每當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)或驗(yàn)證環(huán)境進(jìn)行修改時(shí)，就需要對(duì)修改過的文件進(jìn)行重新編譯。幸運(yùn)的是，大多數(shù)工具已經(jīng)具備了一些功能，可以只編譯修改過的文件，而無需重新編譯未修改的文件。但在傳統(tǒng)流程中，優(yōu)化和展開階段卻無法做到這一點(diǎn)。即使只對(duì)設(shè)計(jì)或測(cè)試平臺(tái)做了很小的改動(dòng)，也必須對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新優(yōu)化和展開。對(duì)于小型設(shè)計(jì)而言，這可能不是什么大問題；但隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性持續(xù)增加，仿真啟動(dòng)前的準(zhǔn)備時(shí)間正在成為許多設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工程師的瓶頸。如果每次編譯-優(yōu)化-展開周期都要花半天時(shí)間，那么每天只能做兩三次設(shè)計(jì)更改。大部分時(shí)間都花在仿真前的準(zhǔn)備工作上，之后才能進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)調(diào)試。在持續(xù)集成(CI)和持續(xù)部署(CD)流程中，這一問題更加嚴(yán)重，因?yàn)榇a提交的頻率更高，每次提交都可能會(huì)觸發(fā)整個(gè)流程的重新運(yùn)行。在這種情況，不僅需要花時(shí)間等待編譯過程完成，還會(huì)消耗大量計(jì)算資源——無論是本地資源還是云端資源，這都會(huì)顯著增加整個(gè)驗(yàn)證周期的成本。

SmartCompile概述

SmartCompile是Questa One Sim用于加速硬件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作流程的解決方案。與傳統(tǒng)方法不同，SmartCompile通過一系列完善的功能特性改變?cè)O(shè)計(jì)流程，從而提高測(cè)試平臺(tái)和RTL的開發(fā)與調(diào)試效率。

主要功能

1.面向開發(fā)的架構(gòu)

–優(yōu)化每日多輪編譯-優(yōu)化-仿真循環(huán)

–實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的快速迭代

–支持仿真定位到特定事件（斷點(diǎn)、事務(wù)）

2.高級(jí)功能集成

–增量編譯與優(yōu)化

–獨(dú)立測(cè)試加載

–AutoPDU

–面向大型設(shè)計(jì)的緩存庫流程

–動(dòng)態(tài)重配置

–基于網(wǎng)格的分布式優(yōu)化

–生成獨(dú)立設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件

3.效率提升

–利用緩存縮短初始構(gòu)建時(shí)間

–支持編譯任務(wù)的并行處理

–提供后續(xù)構(gòu)建增量編譯

–支持按測(cè)試靈活切換設(shè)計(jì)模塊

4.資源優(yōu)化

–拆分單次編譯為多個(gè)并行進(jìn)程

–按需生成調(diào)試數(shù)據(jù)

–復(fù)用設(shè)計(jì)展開文件

–動(dòng)態(tài)切換RTL和門級(jí)仿真模塊

SmartCompile功能集：

解決現(xiàn)代設(shè)計(jì)驗(yàn)證挑戰(zhàn)

首先，讓我們探討SmartCompile在編譯過程各階段所提供的幫助。

使用SmartCompile分而治之

現(xiàn)在，我們逐一了解每項(xiàng)SmartCompile功能如何解決特定問題及其適用場(chǎng)景。

1.增量編譯與優(yōu)化

問題：

當(dāng)設(shè)計(jì)局部修改時(shí)，需要增量編譯和優(yōu)化機(jī)制，以避免全量重新編譯和優(yōu)化

解決方案：

利用基于時(shí)間戳的增量編譯流程

功能特性包括：

–智能文件變更檢測(cè)

–頭部注釋改動(dòng)容錯(cuò)機(jī)制

–文件路徑管理

技術(shù)細(xì)節(jié)：

使用vlog/vcom命令加上-tsincr選項(xiàng)即可啟用此功能。若使用qrun命令，該功能自動(dòng)啟用，無需額外開關(guān)

2.獨(dú)立測(cè)試加載

問題：

每當(dāng)添加新測(cè)試用例時(shí)，用戶必須重新編譯整個(gè)測(cè)試平臺(tái)，并重新執(zhí)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)展開流程

解決方案：

僅對(duì)新測(cè)試用例進(jìn)行編譯和優(yōu)化

復(fù)用基礎(chǔ)的編譯、優(yōu)化和設(shè)計(jì)展開文件

顯著縮短測(cè)試開發(fā)和調(diào)試時(shí)間

技術(shù)細(xì)節(jié)：

獨(dú)立測(cè)試加載的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在編譯、優(yōu)化和設(shè)計(jì)展開階段

以下介紹在運(yùn)行多個(gè)測(cè)試用例下的傳統(tǒng)流程。每個(gè)測(cè)試用例都需要完整的編譯、優(yōu)化和展開過程（如下所示）：

在獨(dú)立測(cè)試加載流程中，用戶只需編譯、優(yōu)化和展開一個(gè)可復(fù)用的基礎(chǔ)測(cè)試用例：

基礎(chǔ)測(cè)試創(chuàng)建完成后，就可以編譯和優(yōu)化新測(cè)試，并復(fù)用基礎(chǔ)測(cè)試（如下所示）：

3.AutoPDU（自動(dòng)預(yù)優(yōu)化設(shè)計(jì)單元）

問題：

隨著設(shè)計(jì)規(guī)模增大，優(yōu)化所需時(shí)間更長(zhǎng)

對(duì)于這些大規(guī)模設(shè)計(jì)，單一優(yōu)化流程效率低下，因?yàn)榧词箤?duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行微小改動(dòng)也需要重新優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)

解決方案：

自動(dòng)將設(shè)計(jì)劃分為多個(gè)PDU（預(yù)優(yōu)化設(shè)計(jì)單元）；僅編譯和優(yōu)化被修改的部分，而非整個(gè)設(shè)計(jì)

支持網(wǎng)格化分布處理，用于編譯與優(yōu)化流程

優(yōu)勢(shì)：

–并行處理設(shè)計(jì)單元

–縮短優(yōu)化時(shí)間

–高效處理大規(guī)模設(shè)計(jì)

技術(shù)細(xì)節(jié)：

AutoPDU的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在優(yōu)化階段，可減少整體優(yōu)化與加載時(shí)間，提升吞吐量

AutoPDU流程：

–初始構(gòu)建：創(chuàng)建PDU并在網(wǎng)格上運(yùn)行優(yōu)化

–增量構(gòu)建：加載未修改PDU，僅重新優(yōu)化有代碼變更的PDU

采用AutoPDU進(jìn)行初始構(gòu)建

后續(xù)構(gòu)建（代碼修改后）：僅進(jìn)行增量編譯和優(yōu)化

AutoPDU網(wǎng)格化支持

–使用網(wǎng)格支持，可在初始構(gòu)建階段實(shí)現(xiàn)PDU的網(wǎng)格并行優(yōu)化

4.緩存庫流程

問題：

當(dāng)使用代碼倉(cāng)庫工作時(shí)，新建工作區(qū)需要大量構(gòu)建時(shí)間

在使用虛擬機(jī)(VM)進(jìn)行調(diào)試或采用CI/CD流程時(shí)尤為明顯——每次新建VM或CI/CD提交都會(huì)觸發(fā)完整流程的重新運(yùn)行

解決方案：

創(chuàng)建已編譯PDU庫的“緩存”，用戶可將其復(fù)制到工作區(qū)，而無需重新運(yùn)行整個(gè)編譯與優(yōu)化階段

優(yōu)勢(shì)：

–消除漫長(zhǎng)的初始構(gòu)建時(shí)間

–提供后續(xù)構(gòu)建增量編譯

–特別適用于SoC或其他大規(guī)模設(shè)計(jì)

技術(shù)細(xì)節(jié)：

緩存庫流程在編譯與優(yōu)化階段帶來收益（如下所示）：

持續(xù)集成與緩存庫流程：

–緩存庫流程支持持續(xù)集成。持續(xù)集成流程可自動(dòng)創(chuàng)建并維護(hù)包含最新代碼變更的PDU庫

–用戶可直接將預(yù)編譯的PDU拉入本地工作區(qū)，避免對(duì)新工作區(qū)進(jìn)行不必要的代碼編譯與優(yōu)化步驟

–系統(tǒng)智能更新PDU文件路徑至用戶本地區(qū)域，確保僅需編譯新變更的代碼

5.動(dòng)態(tài)重配置

問題：

用戶根據(jù)仿真類型和仿真層次的不同，需要對(duì)同一設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行不同的配置

當(dāng)針對(duì)某種配置替換相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊時(shí)，需要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新編譯和重新優(yōu)化

解決方案：

提供一種機(jī)制，可在運(yùn)行時(shí)“動(dòng)態(tài)”插入/移除模塊；用戶可以編譯和優(yōu)化同一模塊的不同版本，然后在設(shè)計(jì)展開階段選擇正確的配置

效果：

–用戶可以靈活地為每個(gè)測(cè)試切換模塊

–提升性能，減少資源占用

技術(shù)細(xì)節(jié)：

動(dòng)態(tài)重配置在設(shè)計(jì)展開與仿真階段帶來收益：

–可按測(cè)試需求輕松切換模塊

–提升性能，減少資源占用

用戶可在仿真時(shí)選擇配置

6.基于網(wǎng)格的分布式優(yōu)化

問題：

大型設(shè)計(jì)需要大量的優(yōu)化時(shí)間

任何能加速該過程的技術(shù)都極具價(jià)值

解決方案：

將單個(gè)優(yōu)化任務(wù)拆分為多個(gè)PDU

利用網(wǎng)格計(jì)算并行運(yùn)行優(yōu)化過程

效果：

–初始構(gòu)建：網(wǎng)格式運(yùn)行AutoPDU，縮短整體初始構(gòu)建時(shí)間

–增量構(gòu)建：僅對(duì)代碼變更的PDU運(yùn)行優(yōu)化過程

技術(shù)細(xì)節(jié)：

分布式優(yōu)化流程的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在代碼生成階段。它將qopt代碼生成分布到多臺(tái)網(wǎng)格機(jī)器上，既提高了并行度又不超出單機(jī)內(nèi)存和核數(shù)限制，加快運(yùn)行速度

7.生成獨(dú)立設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件

問題：

調(diào)試數(shù)據(jù)生成與優(yōu)化階段耦合

這導(dǎo)致調(diào)試數(shù)據(jù)處理效率低下

解決方案：

將調(diào)試數(shù)據(jù)生成過程從優(yōu)化階段剝離，以減少優(yōu)化時(shí)間

優(yōu)勢(shì)：

–按需生成調(diào)試數(shù)據(jù)

–調(diào)試流程更高效

–減少資源占用

技術(shù)細(xì)節(jié)：

該流程的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件生成階段：它將qopt與設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件生成器分離，僅在必要時(shí)生成設(shè)計(jì)二進(jìn)制文件（或與qopt并行運(yùn)行），提升qopt吞吐量

完整SmartCompile解決方案采用“分而治之”策略，能夠減少整體仿真設(shè)置時(shí)間。各階段減少時(shí)間的方式如下所示：

結(jié)語

SmartCompile作為一項(xiàng)變革性解決方案應(yīng)運(yùn)而生，可直接應(yīng)對(duì)現(xiàn)代硬件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作流程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。該技術(shù)在改善總周轉(zhuǎn)時(shí)間和整體效率方面取得了多項(xiàng)突破性成果：

1.優(yōu)秀的編譯架構(gòu)

針對(duì)單日內(nèi)多次編譯-優(yōu)化-仿真循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化

通過創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)迭代

支持增量編譯功能，提高后續(xù)構(gòu)建效率

2.性能優(yōu)化

通過智能緩存庫機(jī)制消除長(zhǎng)時(shí)間初始構(gòu)建瓶頸

利用網(wǎng)格計(jì)算實(shí)現(xiàn)并行處理和分布式優(yōu)化

對(duì)復(fù)雜SoC和大規(guī)模設(shè)計(jì)尤為有效

3.資源管理

在提升性能的同時(shí)減少資源使用

智能文件變更檢測(cè)和代碼變更處理

集成調(diào)試數(shù)據(jù)生成與優(yōu)化階段，提升效率

4.業(yè)務(wù)影響

在測(cè)試開發(fā)與調(diào)試階段實(shí)現(xiàn)顯著的時(shí)間節(jié)省

為需要大量?jī)?yōu)化的設(shè)計(jì)提供可擴(kuò)展解決方案

提供全面的效率改進(jìn)，直接影響開發(fā)周期

SmartCompile代表了數(shù)字設(shè)計(jì)開發(fā)工具的重大進(jìn)步，提供了一個(gè)兼具速度、效率與可擴(kuò)展性的強(qiáng)大解決方案。其創(chuàng)新功能與架構(gòu)改進(jìn)，對(duì)于那些希望在設(shè)計(jì)過程中保持高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)加速開發(fā)周期的企業(yè)而言，可謂彌足珍貴。