即便如今的驗(yàn)證任務(wù)量大得似乎有些可怕，但是其中絕大部分都是必需的，以確保芯片在較大的系統(tǒng)中能正常運(yùn)行。今天只展開討論功耗驗(yàn)證，讓我們看看它所面對的混雜問題和挑戰(zhàn)吧。有一個好消息是，我們并不缺少幫助解決這些任務(wù)的工具和方法。而壞消息是，即使是最好的工具也不會讓挑戰(zhàn)消失。低功耗驗(yàn)證，歷經(jīng)多年零碎的解決方案后，已經(jīng)趨于成熟。這意味著采用的工具和流程是穩(wěn)定可用的，并且隨著功耗驗(yàn)證重要性的提升以及功能驗(yàn)證對其的應(yīng)用，它們逐漸被采納。

MentorGraphics仿真部門的產(chǎn)品營銷經(jīng)理VijayChobisa表示：“如果你設(shè)計了芯片并具有一些功能，但功能可能不能達(dá)到100％，你如今有一些選擇來解決這個問題。比如軟件，你可以在軟件中隱藏該硬件錯誤，以便你的芯片可以適用于某特定的應(yīng)用程序?；蛘咝酒赡軣o法按照既定高速頻率運(yùn)行，也許速度放慢，功能仍然有可能正常。然而，有了功耗，我們假設(shè)你設(shè)計的芯片具有一定的功耗，而你的芯片在特定的設(shè)備（無論是平板電腦還是智能手機(jī)）上都占用了兩倍或三倍的平均功耗，你就不能使用該芯片了，因?yàn)樗皇菫樵撛O(shè)備的功耗設(shè)計的，它不適合該應(yīng)用程序。我的理解是，在未來功耗驗(yàn)證將比功能驗(yàn)證更重要?！?/P>

Ansys-Apache的RTL電力業(yè)務(wù)高級副總裁兼總經(jīng)理VicKulkarni認(rèn)同并指出，這就是為什么功耗驗(yàn)證技術(shù)相繼出現(xiàn)在多域島（multi-domainislands），DVFS技術(shù)，或是像在電視領(lǐng)域依靠對像素進(jìn)行功耗控制的技術(shù)?！皩τ谛酒?，封裝收斂成為一個問題，不幸的是，它產(chǎn)生的熱量是再生效應(yīng)，會導(dǎo)致更多的動態(tài)電壓問題?！?/P>

由于有了功耗驗(yàn)證，我們很少會錯過市場窗口。功耗在上市時間方面是一個相對較新的點(diǎn)，因?yàn)檫^去功耗經(jīng)常是在后續(xù)的芯片迭代中處理。如今這不可能了。

Chobisa說：“對于功能問題，您可能有一個軟件來修復(fù)。但對于功耗，你并沒有軟件來修復(fù)。你必須回到計劃階段，也許會因此錯過整個市場窗口。這就是主要問題所在?！?/P>

對于高級設(shè)計，特別是在移動市場中，從過去的幾個節(jié)點(diǎn)來看，功耗已經(jīng)成為一個急切需要考慮的問題。

Synopsys低功耗驗(yàn)證研發(fā)部門總監(jiān)SrikanthJadcherla表示：“我還沒有看到有人長時間不去做低功耗設(shè)計或功耗驗(yàn)證的工作。幾乎所有的芯片目前都在運(yùn)用低功耗驗(yàn)證方法，除了由外部管理功耗的小型ASIC。他們?nèi)匀恍枰獙ν獠抗氖录龀龇磻?yīng)，但是他們本身可能太小了而不能很好地自己管理功耗，這種情況也逐漸在減少。通用SoC則是另外一回事兒，它必須進(jìn)行功耗驗(yàn)證?！?/P>

早在20世紀(jì)90年代中期，設(shè)計師就專注于經(jīng)典的低功耗設(shè)計，大概有像乘法器和各種長度的指令解碼器這樣的功能。Jadcherla說：“一個功能需要X瓦功耗，你想要減少到一半的功耗。這基本上就是所謂的電容下降了。”再談?wù)勛詣訒r鐘門控技術(shù)，這幫助很多工具的電容大幅降低。Jadcherla指出“我們也從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到時間限制或時間依賴的功耗降低上。”

二十一世紀(jì)初，情況發(fā)生了轉(zhuǎn)變。Jadcherla創(chuàng)立的ArchPro等公司曾經(jīng)訪問了一些工程團(tuán)隊，并建議他們驗(yàn)證自己的低功耗芯片，包括硬件和軟件?！笆聦?shí)上，當(dāng)時很少有人相信我們。后來我們一直在提及它。我在2008年寫了一本關(guān)于如何構(gòu)建低功耗驗(yàn)證，如何量化覆蓋率的書。在2015年，我們看到功耗管理驗(yàn)證的處理已經(jīng)相當(dāng)成熟了。再次強(qiáng)調(diào)，你必須把低功耗從功耗管理中分離來看。如今，功耗管理主要涉及需要驗(yàn)證的復(fù)雜的軟硬件交互。大多數(shù)SoC遵循兩個或三個原則。首先，最重要的是，在硬件/軟件/電壓的所有交互中實(shí)現(xiàn)的任何低功耗特性，都必須被證明在系統(tǒng)級別是有益的。相信我，這比聽起來要難得多，因?yàn)榈凸脑O(shè)計容易產(chǎn)生事與愿違的結(jié)果。其次，布爾代數(shù)是不同的。你在學(xué)校學(xué)到的，與實(shí)際上發(fā)生的常常相對。我們盡管花了大約10年的時間，才形成了UPF標(biāo)準(zhǔn)和成熟的設(shè)計方法，但我們也一直在取得進(jìn)展?！?/P>

Cadence的產(chǎn)品驗(yàn)證管理總監(jiān)AdamSherer指出，驗(yàn)證的挑戰(zhàn)之一，是在設(shè)計的不同操作條件下測量動態(tài)功耗?！拔覀円恢背珜?dǎo)以度量為導(dǎo)向的驗(yàn)證，從功耗角度來生成驗(yàn)證計劃。例如，我們的一個客戶，進(jìn)行著功耗測量，在運(yùn)行所有的回歸，針對給定的SoC進(jìn)行了7000多次仿真。它不是一個單獨(dú)的測試或一組特定的測試，而是客戶希望在所有功能驗(yàn)證中始終測量功耗。”

他補(bǔ)充說，功耗日漸成為功能驗(yàn)證中不可或缺的要素，不能是事后才有的想法?！八仨毷羌傻模悄愕墓δ茯?yàn)證程序的一部分。我上面給出的例子，他們的整個回歸測試都包括了功能驗(yàn)證和功耗驗(yàn)證，因?yàn)樗麄兊脑O(shè)計依賴于功耗。如果你有一個依賴功耗的設(shè)計，那么你必須進(jìn)行功耗驗(yàn)證，而不是當(dāng)作一個事后的考慮或只占有5％的測試，尤其是當(dāng)你在使用一個UVM隨機(jī)化的環(huán)境。當(dāng)你有機(jī)會觸發(fā)功耗的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，例如上電或者掉電，你最好在低功耗驗(yàn)證的條件下進(jìn)行，否則你無法模擬設(shè)計的實(shí)際運(yùn)行，這是至關(guān)重要的地方。這意味著它同樣屬于正常的功能驗(yàn)證流程，并保證低功耗驗(yàn)證計劃。你必須能夠?qū)ζ溥M(jìn)行規(guī)劃，以涵蓋設(shè)計中適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)更改，你也需要確保它是完整的。我們有客戶，將功耗驗(yàn)證流程從RTL仿真一致貫穿到后端仿真（包括pad功耗信息），即使在純數(shù)字芯片中，我們?nèi)匀恍枰M電源信號參與到管腳選通，這也需要功耗驗(yàn)證的考慮”

雖然這些問題看似已經(jīng)很好理解，但這并不意味著在頂級半導(dǎo)體公司以外的每個設(shè)計團(tuán)隊都會使用低功耗功能驗(yàn)證。

Cadence低功耗產(chǎn)品營銷總監(jiān)KrishnaBalachandran說:“很多驗(yàn)證團(tuán)隊只在一些大型公司中可以建立起來。如果你談到方法論，即使是中國的一些新興小公司，或是亞洲很多地區(qū)，他們都不遵循驗(yàn)證方法。他們做基本的功能驗(yàn)證，總是會忘記功耗。所以他們并不會做一個徹底的工作，試圖弄清楚如何用功耗來驗(yàn)證它，即使他們在實(shí)施方面采取了功耗驅(qū)動的設(shè)計實(shí)現(xiàn)流程。在采用低功耗設(shè)計方面，可行性考慮在前。為了能夠?qū)嵤?，他們必須滿足功耗。如今，某些情況下，一些小公司的驗(yàn)證是由設(shè)計師而不是驗(yàn)證工程師完成的，所以他們沒有方法論。但是他們意識到如果他們不這樣做，他們會有一些錯誤，那些錯誤可以直接對設(shè)計造成惡劣影響。因此，即使是較小的公司，也開始考慮采用包含功耗的驗(yàn)證方法?！?/P>

Balachandran指出，在更高層次上，考慮到芯片驗(yàn)證在設(shè)計的功能和功耗方面已經(jīng)變得非常復(fù)雜，一些與功耗相關(guān)的錯誤真的很難找到，這使得事情更具挑戰(zhàn)性。他接著說到：“這些與功耗相關(guān)的設(shè)計缺陷往往是一些邊界情況，即使驗(yàn)證工程師在驗(yàn)證時已經(jīng)有意考慮到功耗驗(yàn)證的問題，這些缺陷還是很難捕捉到，這是一個很難解決的難題。許多很聰明的公司都表示，我們不能只用一把“錘子”來干活。那個錘子往往是仿真手段?，F(xiàn)在他們正在嘗試用更多的“錘子”，譬如形式驗(yàn)證。這也是為什么一些低功耗的形式化技術(shù)變得非常重要了。形式化工具會掃描狀態(tài)機(jī)的功耗和設(shè)計，理解這些信號之間的相互作用，然后去自動生成斷言，并嘗試形式驗(yàn)證。事實(shí)證明，信號與功耗狀態(tài)是相互對應(yīng)的，設(shè)計也會處在對應(yīng)的特定狀態(tài)。否則，根據(jù)設(shè)計描述和功耗要求，你的設(shè)計實(shí)現(xiàn)就是有缺陷的。這樣的事情越來越多，聰明的公司正在應(yīng)用這種工具?！?/P>

他表示，有趣的是，在過去的兩三年里，至少在較大的公司，模擬技術(shù)（emulation）越來越多地用于功耗驗(yàn)證?！澳氵€有一個可怕的工具——軟件，通過軟件可以控制一些功耗。所以，為了趕得上工期和項(xiàng)目要求，已經(jīng)無法單獨(dú)依靠仿真來完成功耗驗(yàn)證了。”

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