智能化加速標準和協(xié)議的更新并推動驗證IP（VIP）在芯片設計中的更廣泛應用

隨著AI技術向邊緣和端側(cè)設備廣泛滲透，芯片設計師不僅需要考慮在其設計中引入加速器，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電子展（CES）上，相關行業(yè)組織宣布了兩項顯示接口技術的重大進展，即HDMI 2.2和DisplayPort 2.1b；此外，加上去年下半年剛剛推出的藍牙6.0和Wi-Fi 7等協(xié)議，讓許多無晶圓廠半導體公司忙于將這些標準和協(xié)議集成到他們的芯片中。

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

隨著需要處理和傳送大量數(shù)據(jù)的智能設備快速廣泛普及，各種總線、接口、協(xié)議和標準都在快速進步，促使芯片設計人員去找到高效驗證其設計的方法?，F(xiàn)在是時候把驗證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在驗證環(huán)境中來改進調(diào)試、覆蓋收斂和提升質(zhì)量，以加快項目交付和增加投資回報，并減少芯片重新流片的風險。

1.驗證IP是驗證流程的重要部分

驗證一款布滿了集成IP單元模塊的復雜片上系統(tǒng)（SoC）設計的功能正確性是一項艱巨的任務，其中許多模塊都基于復雜的行業(yè)標準接口協(xié)議。這就是為什么驗證團隊在他們的驗證策略中導入驗證IP，并將其視為驗證流程的關鍵組件的原因。它確保了在調(diào)試、收斂覆蓋和驗證質(zhì)量方面的改進，并減少了項目進度中的復雜環(huán)節(jié)。它為行業(yè)標準接口和對互連協(xié)議的支持創(chuàng)建了基礎設施，并為測試/驗證（DUT）項下的設計提供了可進行比較的已知參考。

無論使用什么工具，驗證都是復雜的，并且估計會消耗項目資源的60-80%。用于復雜SoC的測試臺需要各種驗證IP來驗證系統(tǒng)級功能，并通過生成特定于應用的數(shù)據(jù)流量和檢查器來確認目標性能。

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

VIP是符合行業(yè)標準的即插即用模塊，通過生成特定于應用程序的數(shù)據(jù)流來驗證系統(tǒng)級功能和目標性能。

2.驗證IP怎樣工作？

VIP不是一種驗證方法。它與通用驗證方法（UVM）和開放驗證方法（OVM）不同，UVM是一種用于構建測試平臺的Accellera互操作性標準，OVM是一種方法和功能單元庫。驗證IP是在可用的標準驗證方法（如UVM）中實現(xiàn)的有價值的組件。

VIP由可重用的驗證組件庫和預定義的功能單元組成，它們創(chuàng)建了一種基礎設施來支持行業(yè)標準接口、SystemVerilog和SystemC硬件驗證語言（HVL），以及像UVM這樣的方法。高質(zhì)量的VIP是獨立于平臺，可以跨所有方法和語言工作。

當然，一些VIP針對的是某一個模擬和/或仿真平臺，而不是所有的商業(yè)平臺。從模擬到仿真的轉(zhuǎn)換可能是確有困難、耗費時日和大量資源。然而，一些供應商提供了與平臺無關的VIP，它可以跨不同平臺無縫地使用覆蓋驅(qū)動的驗證流，包括模擬、仿真、FPGA原型和形式驗證。

用于仿真和FFGA原型的驗證IP單元模塊是具有完全API兼容性的、可進行邏輯綜合的寄存器傳輸級（RTL）代碼，可以將設計從模擬轉(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)級模擬運行時間，以及快速固件/軟件開發(fā)。其基礎設施框架或測試臺附帶刺激生成器、監(jiān)視器、計分板/檢查器和功能覆蓋模型。

3.很難為新的或修改的協(xié)議找到驗證IP嗎？

正如我們在本文一開始就提到了，近年來各個行業(yè)組織和標準機構為了在智能化時代搶占有利位置，都在加速推出或者修訂新的協(xié)議和標準。立即找到支持這些新的或修訂的協(xié)議或開放標準，或處理整個驗證流程的VIP可能是一個挑戰(zhàn)。開發(fā)新的或定制的VIP需要時間，并且可能無法在驗證平臺之間進行移植。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針對新功能進行定制所需的時間。

一款先進的編譯器可以為業(yè)界帶來諸多好處。例如，作為全球領先的設計IP和驗證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的標準和協(xié)議專家配合，就可以為新的協(xié)議和標準快速生成設計IP和驗證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)引入的錯誤和風險。

當然，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證語言和方法，而與其他語言和方法不兼容。平臺獨立性和可重用性也是需要考慮的問題；一個常見的抱怨是驗證工程師難以分析和調(diào)試結果；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供應商可以使用智能編譯器來為一系列驗證任務創(chuàng)建VIP，包括形式驗證和可進行邏輯綜合的事務處理器、流片后測試IP和設計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證IP，即使用諸如SmartDV的SmartCompiler這種先進的智能編譯器/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這樣的機器生成的VIP可以將代碼質(zhì)量和測試結果保持在事先確定的水平上，以有效地進行編譯和執(zhí)行。這樣的VIP可以快速跟隨和補充當今不斷發(fā)展的標準與協(xié)議、以及硬件設計方法，該方法從更高層次的抽象編碼設計規(guī)范生成RTL代碼。

4.一家驗證IP伙伴具有極高的價值

VIP通常由第三方供應商提供，這些供應商活躍于網(wǎng)絡、存儲、汽車、總線、MIPI和顯示協(xié)議等領域內(nèi)的接口標準開發(fā)組織。他們比內(nèi)部資源更有優(yōu)勢，因為他們能夠驗證功能的正確性以及行業(yè)標準的符合性。除了這些能力，像SmartDV團隊中的這些標準專家都具有標準和芯片設計兩個方面的專業(yè)知識。

但是，驗證工程師必須對第三方供應商的VIP進行研究和評估。如果需要，他們需要了解為VIP使用和定制提供的技術支持。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。評估過程的另一個重要方面是確保第三方VIP解決方案與標準完全兼容，并覆蓋整個驗證流程。

在實際應用中，沒有一種統(tǒng)一的驗證IP解決方案可以去覆蓋整個驗證流程。實際上，該過程的不同步驟需要不同的驗證IP；在VIP提供的驗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、形式驗證和/或甚至流片后驗證的良好解決方案。而專業(yè)的VIP供應商可以填補相關空白。

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

由于各項測試需要覆蓋一系列場景并生成相當數(shù)量的測試，創(chuàng)建測試套件以覆蓋100%的協(xié)議可能是一項艱巨的工作。對于主要業(yè)務不是創(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，這樣的任務可能是一種負擔。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)過程采用了先進的工具，以產(chǎn)生所需的測試套件，以實現(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準和協(xié)議的更快推出，因此現(xiàn)在是與那些擁有先進的VIP開發(fā)工具，并擁有熟悉這些標準和協(xié)議的專家VIP提供商深入合作的時候了。