ASIC原型構(gòu)建：是做還是買(mǎi)？

隨著數(shù)字集成電路（IC）的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，驗(yàn)證其功能的工作也越來(lái)越復(fù)雜了。在能被設(shè)計(jì)的門(mén)電路數(shù)量和能在合理時(shí)間內(nèi)被驗(yàn)證的門(mén)電路數(shù)量之間一直存在差距，而這些年來(lái)，EDA廠(chǎng)商們?cè)诳s小這種差距方面幾乎無(wú)所作為。
要點(diǎn)
●加快的速度是RTL仿真的10至50倍。
●新仿真方法的速度是RTL仿真的1000至5000倍。
●FPGA原型的速度可以達(dá)到RTL仿真的10,000倍。
●EDA廠(chǎng)商目前提供可簡(jiǎn)化構(gòu)建原型的分區(qū)軟件。
●多家廠(chǎng)商提供FPGA原型構(gòu)建電路板，價(jià)格比自建的更便宜。


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僅就驗(yàn)證設(shè)計(jì)而言，通常要占用集成電路（IC）設(shè)計(jì)師們多達(dá)60%至80%的工作時(shí)間，而且這個(gè)比例還在不斷上升。為了幫助完成驗(yàn)證，很多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)已轉(zhuǎn)向硬件輔助驗(yàn)證來(lái)構(gòu)建設(shè)計(jì)原型。電路試驗(yàn)板是第一種硬件原型制作形式，并且在復(fù)雜化和流行程度方面一直在提高。CollettInternational(www.collett.com)和Deepchip.com(www.deepchip.com)的調(diào)查表明：30%至40%的ASIC項(xiàng)目涉及原型制作。現(xiàn)在可以利用現(xiàn)成的FPGA來(lái)構(gòu)建自己的包含數(shù)百萬(wàn)門(mén)電路的原型，然而對(duì)于大型設(shè)計(jì)或復(fù)雜設(shè)計(jì)，也許就需要購(gòu)買(mǎi)預(yù)先設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)，或者，在經(jīng)費(fèi)允許的情況下，租借或購(gòu)買(mǎi)仿真加速器或電路內(nèi)置仿真器。構(gòu)建、租借或購(gòu)買(mǎi)的決定取決于若干因素，其中包括所要求的時(shí)鐘速度、容量、功能、成本、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技能以及必須驗(yàn)證設(shè)計(jì)的時(shí)間（參考文獻(xiàn)1）。
原型構(gòu)建系統(tǒng)

設(shè)計(jì)師和廠(chǎng)商們表示，制作ASIC和SoC（單片系統(tǒng)）原型在本質(zhì)上是向后邁出的一步——一些人半開(kāi)玩笑地稱(chēng)之為將SoC變成了SoB（單板系統(tǒng)）。在構(gòu)建原型系統(tǒng)的過(guò)程中，一些設(shè)計(jì)師利用各種分立元件、既有的ASIC和提供新功能的FPGA的組合來(lái)重建其ASIC的功能。而另一些設(shè)計(jì)師則構(gòu)建甚至購(gòu)買(mǎi)將設(shè)計(jì)方案編程到主板中的快速原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。主板上容納了一組FPGA和子板，用來(lái)連接成獨(dú)特的功能或更大的系統(tǒng)。

工程師們可以設(shè)計(jì)或購(gòu)買(mǎi)運(yùn)行速度接近250MHz的ASIC原型構(gòu)件系統(tǒng)，這個(gè)性能水平在某些情況下接近最終芯片的運(yùn)行速度。這類(lèi)原型系統(tǒng)比那些最高頻率為2MHz的商用仿真器快得多，比RTL仿真器快110倍。利用快速ASIC原型構(gòu)件系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師可以在系統(tǒng)環(huán)境中測(cè)試設(shè)計(jì)的功能，或者也可以進(jìn)一步進(jìn)行嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)。

當(dāng)然，由于設(shè)計(jì)師們很難在這樣的系統(tǒng)中查明系統(tǒng)缺陷的確切位置，ASIC原型的缺點(diǎn)是難以調(diào)試。各設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)把基于仿真的廣泛驗(yàn)證作為原型的基礎(chǔ)。MIPSTechnologies公司利用幾乎各種基于硬件的加速來(lái)驗(yàn)證新型微處理器內(nèi)核設(shè)計(jì)，同時(shí)幫助客戶(hù)集成內(nèi)核（見(jiàn)附文《MIPS無(wú)所不用》）。

自建原型系統(tǒng)

目前，從頭構(gòu)建原型系統(tǒng)在某些方面比過(guò)去更容易了，而在另一些方面則更難了。當(dāng)今FPGA的巨大容量和速度等級(jí)使得用戶(hù)能夠制作數(shù)百萬(wàn)門(mén)ASIC設(shè)計(jì)方案的原型。近年來(lái)，通過(guò)提供工具幫助工程師分割A(yù)SIC設(shè)計(jì)并將分割的模塊編排到FPGA陣列中，Synplicity和Synopsys等EDA公司已使原型設(shè)計(jì)工作變得容易了。目前，ASIC原型構(gòu)建軟件的商品化已經(jīng)刺激了快速原型業(yè)務(wù)，并使其成為了CadenceDesignSystems和MentorGraphics等傳統(tǒng)仿真廠(chǎng)商的更強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。各廠(chǎng)商，特別是那些提供現(xiàn)成原型系統(tǒng)的廠(chǎng)商表示：那些考慮制造或購(gòu)買(mǎi)原型的單位面臨的一個(gè)大問(wèn)題是——是否有時(shí)間、額外的擁有印制電路板設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)技能的工程人員以及預(yù)算來(lái)自行構(gòu)建原型系統(tǒng)？

DiniGroup的ASIC原型構(gòu)建公司總裁MikeDini強(qiáng)烈建議：購(gòu)買(mǎi)快速原型產(chǎn)品比從頭構(gòu)建更便宜。Dini在10年前是一名ASIC和FPGA設(shè)計(jì)顧問(wèn)，由于當(dāng)時(shí)需要一些驗(yàn)證工具，因此他開(kāi)始構(gòu)建原型電路板。他目前已經(jīng)放棄了設(shè)計(jì)服務(wù)，轉(zhuǎn)向了ASIC原型構(gòu)建領(lǐng)域中一項(xiàng)蓬勃發(fā)展的業(yè)務(wù)。多家廠(chǎng)商目前都提供這類(lèi)原型系統(tǒng)（表1）。Dini說(shuō)：“我們?cè)诜抡骖I(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手說(shuō)我們只是提供一堆FPGA而已。我并不把它當(dāng)作是一種侮辱。這就是我做的事情。我把數(shù)量極大的一堆FPGA放在電路板上，把它們組裝在一起并進(jìn)行調(diào)試，并把它們以比你自己制造更便宜的價(jià)格賣(mài)給你?！彼硎荆涸蜆?gòu)件的價(jià)值可能無(wú)法衡量，但是，組裝一塊你在項(xiàng)目結(jié)束后可能會(huì)丟棄的專(zhuān)用電路板，可能會(huì)很浪費(fèi)。他建議用戶(hù)創(chuàng)建專(zhuān)門(mén)功能的子板，并從快速原型構(gòu)建廠(chǎng)商那里購(gòu)買(mǎi)原型系統(tǒng)的FPGA部件（見(jiàn)附文《購(gòu)買(mǎi)理由》）。

表一,快速原型系統(tǒng),加速器,仿真器,供應(yīng)商:



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Dini等人表示：即使借助Synplicity和Synopsys等公司的自動(dòng)分區(qū)軟件，自己構(gòu)建一個(gè)配備3塊以上FPGA的系統(tǒng)也可能很快變成一個(gè)噩夢(mèng)，特別是如果你不熟悉印制電路板設(shè)計(jì)（盡管EDA廠(chǎng)商聲稱(chēng)印制電路板設(shè)計(jì)不難，但它依然是一項(xiàng)艱巨任務(wù)）時(shí)，情況更是如此。Dini說(shuō)：“原型是一個(gè)關(guān)于‘是做還是買(mǎi)’的決定。如果采用擁有700根引腳的較大封裝，那么在一塊板上放置一片VirtexFPGA沒(méi)什么問(wèn)題，但是如果要放置2、3或16片的話(huà)，在設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試上就會(huì)有很大的困難。例如，兩片700引腳FPGA對(duì)于印制電路板自動(dòng)布線(xiàn)器來(lái)說(shuō)就太多了，因此必須做很多手工工作。使基于FPGA的自制ASIC原型變得復(fù)雜的困難臨界值大約是3。兩片還不算困難，但是當(dāng)你開(kāi)始實(shí)施3片F(xiàn)PGA時(shí)，你就必須開(kāi)始檢查層數(shù)，檢查各種部件在印制電路板中如何連接?！彼赋觯含F(xiàn)代的FPGA非常適合于自動(dòng)分區(qū)軟件，并且多數(shù)快速原型構(gòu)建廠(chǎng)商都定制各自的系統(tǒng)，以便配合Synplicity公司的Certify等產(chǎn)品。