EDA创新：硬件仿真系统的下一个十年

关于“原型验证系统和硬件仿真器，哪一个更好？”的争论，不是从今天开始的，也不会在明天就结束。

整个验证里边实际上是有三个主要的核心产品，包括逻辑仿真、硬件仿真、原型验证。但整个验证过程是一个非常漫长且复杂的过程，工程师往往需要使用不同的工具以完成不同的验证目标。

这实在是因为现在的芯片规模太大、太复杂了。众所周知，在芯片的设计过程中，“验证”是芯片最不可或缺的守护神。有了它，我们才能在正式流片之前确保芯片正常高效地工作，且能大幅降低芯片的开发成本和周期。在整个芯片设计流程中，没有一个芯片工程师可以绕开验证这个环节。而针对大规模的SoC设计，被提及最多的便是原型验证系统和硬件仿真器。

通常来讲，原型验证系统多用于芯片设计后期的系统级功能和性能验证，相对软件仿真以及Emulator而言，速度更快，比较适合一些耗时较多的场景case；然而FPGA原型平台在验证规模到达一定级别，FPGA数量太多的情况下，也会带来新的分割问题并且会失去原有的性能优势。硬件仿真器的优势主要在于它独有的、超大规模的硬件结构，尽可能地保证了RTL设计的完整性，侧重对完整的芯片设计进行加速仿真及调试。

两种工具可谓各有“胜场”，因此并不像大家想象中一样“壁垒森严”。特别是不断发展的SoC和Chiplet芯片创新，使芯片规模不断扩大，系统验证时间不断增加，对高性能硬件验证系统提出了更多的需求，包括虚拟或物理验证、深度调试、提前软件开发等，这些需求往往需要切换多种EDA工具配合完成。因此，在不同的验证阶段，如何选择合适的验证工具，并将碎片化的数据进行重用，一直是困扰验证工程师的一大难题。

“常见的硬件仿真和原型验证系统产品的系统和使用互相割裂，让用户面临多种挑战。”芯华章科技硬件验证平台部研发副总裁陈兰兵解释说。

陈兰兵现担任芯华章硬件验证平台部研发副总裁，拥有超过30年的电子行业、国际领先EDA企业硬件系统研发及项目管理经验，曾在Cadence担任系统产品线中国研发中心负责人，领导团队为全球一流半导体设计公司提供解决方案与定制化服务。

据他介绍，这一方面因为两者拥有不统一的核心芯片或硬件平台，用户需要双重投入；另一方面，两者拥有不统一的软件工具和编译流程，用户需要付出额外的调试努力和时间；第三，原型系统和硬件仿真二者的验证方案不一致，灵活性和扩展性不足；最后，不同EDA厂商的硬件验证平台和调试工具不能无缝配合。

“要解决这些挑战，必须要有从软件、硬件到调试的整体解决方案，让硬件仿真和原型验证两种验证系统能紧密集成，无缝切换。”陈兰兵告诉记者。

其实，这也是 EDA 发展历史的结果，由于芯片产业的技术和需求不断演进，加之目前的 EDA 巨头都收购了不少 EDA 点工具的公司，所以在验证环节形成了硬件仿真、原型验证两个不同但都很重要的产品线。

然而融合验证 EDA，从技术的维度看，并非不可逾越的难题，至少芯华章高性能FPGA硬件验证系统桦捷 HuaPro P2E 的推出已经证明了解决这一挑战的可行性。

相比传统的原型验证工具，HuaPro P2E集成原型验证和硬件仿真双模式，有效支持上百颗FPGA的超大型硬件验证系统，也可支持高达数十亿门设计容量，在超大规模SoC设计中实现高达10M的仿真速率。依托自主研发的一体化HPE Compiler，该工具可以支持芯片设计的自动综合、智能分割、优化实现和深度调试。它基于统一芯片、统一硬件和统一软件，真正实现了全新的硬件仿真和原型验证双模工作模式。在综合、编译、验证方案构建、用户脚本、调试等阶段，能最大程度地复用各种技术模块和中间结果，并使用统一用户界面，从而实现原型验证和硬件仿真的无缝集成，在节约用户成本的同时，大大提高验证效率。

在芯华章科技首席市场战略官谢仲辉看来，桦捷HuaPro P2E的面世是国产EDA创新发展的一个非常重要的里程碑。因为该款产品是从原型验证到硬件仿真的延伸、融合的产品，也填补了国产EDA在工具链上的空白。“这应该是一个要往未来10年看的产品。因为在10年之后，你会发现整个验证的所有的工具都会不一样。”芯华章科技首席技术官傅勇补充说。

从芯华章提供的数据可以看到，HuaPro P2E提供的自研智能HPE Compiler支持用户一键实现FPGA原型验证，并搭载芯华章自研的三大模块工具（vSyn、vCom和vDbg），也是目前国内全套独立自主开发的硬件验证EDA解决方案。

HPE Compiler为HuaPro P2E融合多种验证场景打造了坚实的技术基础，在实际测试中，可通过一键式流程缩短30%-50%的验证周期，从而大大降低开发成本，助力大规模系统级芯片设计效率提升。

双模解决方案是面对硬件仿真与原型验证工具兼容性最好的解决方案吗？笔者也无法回答这个问题，甚至这个问题的答案可能随着时代与技术的进步，在不同阶段也是不一样的。这背后真正令人看重的，是国产EDA公司在面对技术的历史包袱时，迎难而上，勇于创新的精神内核和提出切实解决方案的落地执行能力。未来，当国产EDA彻底完成“国产替代”的远大目标时，靠的也一定不仅仅是国际竞争的壁垒与爱国情怀，而是真正为用户解决痛点的核心产品力。

“桦捷HuaPro P2E解决了原型验证与硬件仿真的融合难题，帮助开发团队突破了传统软硬件验证工具的割裂限制问题。这个产品的研发过程中，包括从前期的论证，整体构架，包括软件和硬件的切分，是接近200多个优秀工程师两年大力投入研发出来的成果。它具有一定的划时代价值。”傅勇表示。

傅勇告诉记者，在桦捷HuaPro P2E的研发前期，包括芯华章的首席科学家以及公司里很多资深工程人员都做了大量的包括架构创新在内的工作，这种工作是基于他们对于原来传统方法学的非常深厚的积累和洞察，再加上公司大量工程师的努力，大量创新的一个结果。

谢仲辉也告诉记者，“着眼于未来，芯华章在今年成立了聚焦前沿技术的芯华章研究院。我们正在积极地做很多前沿领域的研究，如和曦智科技合作，借助光计算，用异构、新的算力来赋能EDA，赋能公司的产品；芯华章也在做一些新的语言研究，希望能通过引进一些新语言、新编译工具，从而吸纳更多的软件专家，而不是只能用一些专属的开发环境，只能找专门的工程师去做。”

“我们的短期目的一定是把我们自身的数字前端做好、做强、做夯实，让我们的用户，让我们的其他合作伙伴能够知道我们在这个领域中是佼佼者，能够真地赋能。从中长期来说，我们当然会开放地去考虑各种的合作可能性，包括技术的整合、产品的整合等形式。”谢仲辉接着说。在他看来，把所有的小游艇并在一起，不会自动变成一个航空母舰。我们一定要坚持自主创新，通过更好的工具间的融合，解决用户的痛点。

傅勇也认同，如果能坚持创新，不亦步亦趋，国产EDA一定能够实现弯道超车。

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