智能化加速標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的更新并推動(dòng)驗(yàn)證IP（VIP）在芯片設(shè)計(jì)中的更廣泛應(yīng)用

隨著AI技術(shù)向邊緣和端側(cè)設(shè)備廣泛滲透，芯片設(shè)計(jì)師不僅需要考慮在其設(shè)計(jì)中引入加速器，也在考慮采用速度更快和帶寬更高的總線和接口來傳送數(shù)據(jù)。在2025年初于拉斯維加斯舉行的消費(fèi)電子展（CES）上，相關(guān)行業(yè)組織宣布了兩項(xiàng)顯示接口技術(shù)的重大進(jìn)展，即HDMI 2.2和DisplayPort 2.1b；此外，加上去年下半年剛剛推出的藍(lán)牙6.0和Wi-Fi 7等協(xié)議，讓許多無晶圓廠半導(dǎo)體公司忙于將這些標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議集成到他們的芯片中。

針對這些新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以及他們相對更早的版本，驗(yàn)證IP（VIP）已被證明是一種能夠更快和更好地驗(yàn)證芯片設(shè)計(jì)的方法。對于一個(gè)精明的芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證工程師來說，VIP遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅是一個(gè)朗朗上口的縮略詞，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員都知道驗(yàn)證IP是帶有可重用驗(yàn)證組件庫和預(yù)定義功能單元的驗(yàn)證流的支柱，用以加速驗(yàn)證工作的核簽。

隨著需要處理和傳送大量數(shù)據(jù)的智能設(shè)備快速廣泛普及，各種總線、接口、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)都在快速進(jìn)步，促使芯片設(shè)計(jì)人員去找到高效驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的方法。現(xiàn)在是時(shí)候把驗(yàn)證IP（VIP）放在其工具箱的最上層了。本文詮釋了為什么在今天的電子行業(yè)中更加需要使用VIP在驗(yàn)證環(huán)境中來改進(jìn)調(diào)試、覆蓋收斂和提升質(zhì)量，以加快項(xiàng)目交付和增加投資回報(bào)，并減少芯片重新流片的風(fēng)險(xiǎn)。

1. 驗(yàn)證IP是驗(yàn)證流程的重要部分

驗(yàn)證一款布滿了集成IP單元模塊的復(fù)雜片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)的功能正確性是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，其中許多模塊都基于復(fù)雜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。這就是為什么驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)在他們的驗(yàn)證策略中導(dǎo)入驗(yàn)證IP，并將其視為驗(yàn)證流程的關(guān)鍵組件的原因。它確保了在調(diào)試、收斂覆蓋和驗(yàn)證質(zhì)量方面的改進(jìn)，并減少了項(xiàng)目進(jìn)度中的復(fù)雜環(huán)節(jié)。它為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口和對互連協(xié)議的支持創(chuàng)建了基礎(chǔ)設(shè)施，并為測試/驗(yàn)證（DUT）項(xiàng)下的設(shè)計(jì)提供了可進(jìn)行比較的已知參考。

無論使用什么工具，驗(yàn)證都是復(fù)雜的，并且估計(jì)會(huì)消耗項(xiàng)目資源的60-80%。用于復(fù)雜SoC的測試臺(tái)需要各種驗(yàn)證IP來驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)功能，并通過生成特定于應(yīng)用的數(shù)據(jù)流量和檢查器來確認(rèn)目標(biāo)性能。

使用高質(zhì)量的VIP可以使設(shè)計(jì)師不必成為多種協(xié)議的專家。VIP負(fù)責(zé)根據(jù)協(xié)議規(guī)范的細(xì)節(jié)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)，這是很“繁重的工作”。它生成全面的測試方案，去刺激和驗(yàn)證不同的接口和標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，縮短了SoC的驗(yàn)證流程并增加測試覆蓋率。它包括事務(wù)/序列、驅(qū)動(dòng)、配置組件和特定接口的測試計(jì)劃，以及連接到測試臺(tái)上的DUT測試套件，以模擬或模擬IP或SoC設(shè)計(jì)。

VIP是符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的即插即用模塊，通過生成特定于應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)流來驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)功能和目標(biāo)性能。

2. 驗(yàn)證IP怎樣工作？

VIP不是一種驗(yàn)證方法。它與通用驗(yàn)證方法（UVM）和開放驗(yàn)證方法（OVM）不同，UVM是一種用于構(gòu)建測試平臺(tái)的Accellera互操作性標(biāo)準(zhǔn)，OVM是一種方法和功能單元庫。驗(yàn)證IP是在可用的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證方法（如UVM）中實(shí)現(xiàn)的有價(jià)值的組件。

VIP由可重用的驗(yàn)證組件庫和預(yù)定義的功能單元組成，它們創(chuàng)建了一種基礎(chǔ)設(shè)施來支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口、SystemVerilog和SystemC硬件驗(yàn)證語言（HVL），以及像UVM這樣的方法。高質(zhì)量的VIP是獨(dú)立于平臺(tái)，可以跨所有方法和語言工作。

當(dāng)然，一些VIP針對的是某一個(gè)模擬和/或仿真平臺(tái)，而不是所有的商業(yè)平臺(tái)。從模擬到仿真的轉(zhuǎn)換可能是確有困難、耗費(fèi)時(shí)日和大量資源。然而，一些供應(yīng)商提供了與平臺(tái)無關(guān)的VIP，它可以跨不同平臺(tái)無縫地使用覆蓋驅(qū)動(dòng)的驗(yàn)證流，包括模擬、仿真、FPGA原型和形式驗(yàn)證。

用于仿真和FFGA原型的驗(yàn)證IP單元模塊是具有完全API兼容性的、可進(jìn)行邏輯綜合的寄存器傳輸級(jí)（RTL）代碼，可以將設(shè)計(jì)從模擬轉(zhuǎn)移到仿真。這些VIP模塊是內(nèi)置的智能調(diào)試器，提供快速編譯和系統(tǒng)級(jí)模擬運(yùn)行時(shí)間，以及快速固件/軟件開發(fā)。其基礎(chǔ)設(shè)施框架或測試臺(tái)附帶刺激生成器、監(jiān)視器、計(jì)分板/檢查器和功能覆蓋模型。

3. 很難為新的或修改的協(xié)議找到驗(yàn)證IP嗎？

正如我們在本文一開始就提到了，近年來各個(gè)行業(yè)組織和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)為了在智能化時(shí)代搶占有利位置，都在加速推出或者修訂新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。立即找到支持這些新的或修訂的協(xié)議或開放標(biāo)準(zhǔn)，或處理整個(gè)驗(yàn)證流程的VIP可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。開發(fā)新的或定制的VIP需要時(shí)間，并且可能無法在驗(yàn)證平臺(tái)之間進(jìn)行移植。通過開發(fā)專門的編譯器，可以快速創(chuàng)建新的VIP或基于現(xiàn)有的VIP進(jìn)行定制，幫助減少推出新的VIP或?qū)ΜF(xiàn)有的VIP針對新功能進(jìn)行定制所需的時(shí)間。

一款先進(jìn)的編譯器可以為業(yè)界帶來諸多好處。例如，作為全球領(lǐng)先的設(shè)計(jì)IP和驗(yàn)證IP提供商，SmartDV開發(fā)了一種高度創(chuàng)新和極為高效的編譯器“SmartCompiler”。該編譯器通過與SmartDV的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議專家配合，就可以為新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)快速生成設(shè)計(jì)IP和驗(yàn)證IP，不僅速度大大快于人工開發(fā)模式，而且還避免了由人工開發(fā)引入的錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然，一些（但不是所有）VIP的編譯速度可能很慢，而另一些可能只針對特定的驗(yàn)證語言和方法，而與其他語言和方法不兼容。平臺(tái)獨(dú)立性和可重用性也是需要考慮的問題；一個(gè)常見的抱怨是驗(yàn)證工程師難以分析和調(diào)試結(jié)果；此外，人工開發(fā)的VIP可能無法保持同等水平的性能、生產(chǎn)效率、易于調(diào)試的能力和可讀性。

圖片說明：一家第三方VIP供應(yīng)商可以使用智能編譯器來為一系列驗(yàn)證任務(wù)創(chuàng)建VIP，包括形式驗(yàn)證和可進(jìn)行邏輯綜合的事務(wù)處理器、流片后測試IP和設(shè)計(jì)IP，以及圖中未包含的測試套件和文檔。（來源:SmartDV）

在更高抽象層上編寫的驗(yàn)證IP，即使用諸如SmartDV的SmartCompiler這種先進(jìn)的智能編譯器/生成器（見圖）來生成的VIP的最終可部署版本，可以幫助開發(fā)者不必遇到這些抱怨。SmartCompiler這樣的機(jī)器生成的VIP可以將代碼質(zhì)量和測試結(jié)果保持在事先確定的水平上，以有效地進(jìn)行編譯和執(zhí)行。這樣的VIP可以快速跟隨和補(bǔ)充當(dāng)今不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議、以及硬件設(shè)計(jì)方法，該方法從更高層次的抽象編碼設(shè)計(jì)規(guī)范生成RTL代碼。

4. 一家驗(yàn)證IP伙伴具有極高的價(jià)值

VIP通常由第三方供應(yīng)商提供，這些供應(yīng)商活躍于網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、汽車、總線、MIPI和顯示協(xié)議等領(lǐng)域內(nèi)的接口標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織。他們比內(nèi)部資源更有優(yōu)勢，因?yàn)樗麄兡軌蝌?yàn)證功能的正確性以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的符合性。除了這些能力，像SmartDV團(tuán)隊(duì)中的這些標(biāo)準(zhǔn)專家都具有標(biāo)準(zhǔn)和芯片設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的專業(yè)知識(shí)。

但是，驗(yàn)證工程師必須對第三方供應(yīng)商的VIP進(jìn)行研究和評(píng)估。如果需要，他們需要了解為VIP使用和定制提供的技術(shù)支持。對于不同的情況，支持可能不完全一樣，定制可能既昂貴又耗時(shí)。評(píng)估過程的另一個(gè)重要方面是確保第三方VIP解決方案與標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，并覆蓋整個(gè)驗(yàn)證流程。

在實(shí)際應(yīng)用中，沒有一種統(tǒng)一的驗(yàn)證IP解決方案可以去覆蓋整個(gè)驗(yàn)證流程。實(shí)際上，該過程的不同步驟需要不同的驗(yàn)證IP；在VIP提供的驗(yàn)證覆蓋類型中通常存在空白。例如，用于模擬的VIP可能并不是用于仿真、形式驗(yàn)證和/或甚至流片后驗(yàn)證的良好解決方案。而專業(yè)的VIP供應(yīng)商可以填補(bǔ)相關(guān)空白。

一個(gè)曾經(jīng)流行的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，VIP的最佳來源是來自提供驗(yàn)證和仿真平臺(tái)的同一供應(yīng)商。這過去可能是真的，現(xiàn)在也可能不是真的。在一個(gè)競爭異常激烈的市場中，這些供應(yīng)商的主要業(yè)務(wù)通常集中在構(gòu)建驗(yàn)證環(huán)境所需的軟件和硬件的開發(fā)和銷售上，這并不是一個(gè)很容易的細(xì)分市場。所以雖然他們也提供VIP，但這并不是其技術(shù)和業(yè)務(wù)的核心焦點(diǎn)。相反，這是一項(xiàng)用于幫助和支持銷售更昂貴的軟件和硬件平臺(tái)的投資。專注于開發(fā)和授權(quán)VIP的供應(yīng)商通常提供更廣泛的產(chǎn)品和更好的支持，諸如SmartDV這樣的領(lǐng)先設(shè)計(jì)IP和驗(yàn)證IP提供商的產(chǎn)品組合中都有數(shù)百種IP產(chǎn)品。

由于各項(xiàng)測試需要覆蓋一系列場景并生成相當(dāng)數(shù)量的測試，創(chuàng)建測試套件以覆蓋100%的協(xié)議可能是一項(xiàng)艱巨的工作。對于主要業(yè)務(wù)不是創(chuàng)建VIP，而是為其EDA等工具創(chuàng)建支持解決方案的VIP提供商來說，這樣的任務(wù)可能是一種負(fù)擔(dān)。對于專門生產(chǎn)VIP的公司來說，情況并非如此。他們是專家，并在生產(chǎn)過程采用了先進(jìn)的工具，以產(chǎn)生所需的測試套件，以實(shí)現(xiàn)100%的協(xié)議覆蓋率，并與所需的文檔配對。

全球電子行業(yè)將在2025和未來的幾年看到各種新標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的更快推出，因此現(xiàn)在是與那些擁有先進(jìn)的VIP開發(fā)工具，并擁有熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的專家VIP提供商深入合作的時(shí)候了。