加速AI/5G晶片早期軟體開發 Cadence 推動 FPGA原型驗證的典範移轉

作者 : Cadence

隨著AIoT、5G、行動等高階晶片的複雜度越來越高,據統計,軟體開發已佔整個ASIC驗證所需時間的40%。所以,若能盡早開發軟體,不僅能縮短產品上市時程,還能夠搶得進入市場的先機,這正是業者建構競爭優勢的重要關鍵。

隨著軟體佔晶片開發週期的比例日益攀升,並已成為電子產品重要的差異化特色,如何在晶片設計期間盡早進行軟體開發,以確保設計品質並加速產品上市時程,是晶片業者亟需解決的議題。有鑑於此,Cadence推出首款企業級、資料中心最佳化的Protium X1,這是全新架構的FPGA原型驗證系統(FPGA-based Prototyping),能夠支援AI、5G、繪圖等高階複雜晶片的早期軟體開發與除錯;同時,也展現了Cadence力圖擴大FPGA原型市場佔有率的企圖心。

FPGA原型驗證為產品開發帶來的效益

Cadence產品行銷資深經理Zaid Rodriguez表示,由於能在晶片實際生產之前,協助工程師把晶片設計轉換到FPGA上執行,以便能提早進行韌體/軟體開發與硬體驗證,使FPGA原型技術已經獲得業界的廣泛採用。

而隨著AIoT、5G、行動等高階晶片的複雜度越來越高,據統計,軟體開發已佔整個ASIC驗證所需時間的40%。所以,若能盡早開發軟體,不僅能縮短產品上市時程,還能夠搶得進入市場的先機,這正是業者建構競爭優勢的重要關鍵。

除了加速開發週期、提升產品品質之外,Rodriguez強調,「創造額外營收是FPGA原型驗證帶來的更直接效益。例如,若一項新產品預計每年可創造1億美元的營收,這相當於一天30萬美元的收入。如果,我們能把軟體開發時間從75天縮短到15天,60天提早上市,意味著,可多增加1800萬美元的收入!」

Cadence產品管理總監Juergen Jaeger補充說,對硬體工程師來說,FPGA原型可用來執行重複的回歸測試,以提升驗證產出量,而且軟/硬體團隊還能在晶片實際生產的幾個月前,就開始進行硬體/軟體/韌體的整合與驗證工作,其效益不僅限於軟體的早期開發而已。

全新架構 克服傳統FPGA原型驗證的挑戰

Rodriguez表示,由於現今高階晶片的複雜度高,包含了大量的邏輯閘、記憶體、介面,而且軟體比例又高,已使傳統的FPGA原型系統面臨極大的挑戰,需耗費幾個月的時間才能把晶片設計轉換到原型系統上執行,而且無法連接到實際的周邊介面進行驗證,除錯功能非常有限。

「透過全新架構的Protium X1,以我們獨特的編譯流程,僅需微幅或甚至不用修改,就能把ASIC RTL轉換到FPGA上執行,並且完全自動化地進行多重FPGA分割,把上線(bring-up)時間縮短到幾天而已,這是FPGA原型驗證的一大突破。」

至於與周邊介面的連結,Cadence的SpeedBridge配接器能與Protium X1連結,以全速執行包括PCIe、乙太網路、USB等介面。若不採用硬體配接器,亦能透過全速的原生介面,或C模型的虛擬介面方式來執行。

在除錯方面,Protium X1提供與模擬類似的除錯功能,能夠動態存取所有的訊號,並內建高效能資料擷取卡,能即時在十秒內擷取數百萬週期的數千個訊號,協助工程師運用更多訊息進行除錯。

此外,為滿足高階晶片的容量需求,Jaeger表示,Protium X1採先進的刀鋒架構,使用者能擴充到32個機架以及1536顆FPGA,以支援AI、5G等數十億邏輯閘的設計。在效能方面,十億閘級設計最高可達到5MHz執行速度,單FPGA設計則可達100MHz。

Protium X1提供的另一個重要特性是,它與Cadence的硬體模擬平台Palladium Z1之間建立了共通流程,讓工程師可以在硬體模擬與原型驗證之間快速移植,因此晶片與架構驗證的硬體模擬可與早期軟體開發及效能測試同步進行,大幅縮短了整體設計驗證的時Protium X1提供的另一個重要特性是,它與Cadence的硬體模擬平台Palladium Z1之間建立了一致性流程(congruency flow),讓工程師可以在硬體模擬與原型驗證之間快速移植,因此晶片與架構驗證的硬體模擬可與早期軟體開發及效能測試同步進行,大幅縮短了整體設計驗證的時程。

Rodriguez引述獨立媒體DeepChip中,使用者實際測試不同FPGA原型驗證系統的結果指出,Protium僅耗時1.2~2.1天就能重新編譯,相較之下,競爭對手的方案需要3.9~6.1天。此外,使用者除了讚許Protium能夠快速上線之外,它與Palladium之間的連結更有助於他們快速除錯,這使Protium被使用者票選為2019年最佳EDA產品。

Jaeger指出,FPGA原型驗證技術的發展已經過一段時間,但為因應現今新的設計驗證需求,業界需要新的典範移轉,才能突破傳統方案的瓶頸,為客戶帶來更高的價值。Protium X1便是基於此思維全新開發的。我們認為,FPGA原型驗證需要改變,而Cadence將藉由Protium X1產品的推出,在FPGA原型驗證市場中扮演更重要的角色。

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