ASIC原型構建：是做還是買(mǎi)？
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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原型的速度可以達到 RTL仿真的10,000倍。
●EDA廠(chǎng)商目前提供可簡(jiǎn)化構建原型的分區軟件。
●多家廠(chǎng)商提供FPGA原型構建電路板，價(jià)格比自建的更便宜。
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僅就驗證設計而言，通常要占用集成電路（IC）設計師們多達 60% 至 80% 的工作時(shí)間，而且這個(gè)比例還在不斷上升。為了幫助完成驗證，很多設計機構已轉向硬件輔助驗證來(lái)構建設計原型。電路試驗板是第一種硬件原型制作形式，并且在復雜化和流行程度方面一直在提高。Collett International (www.collett.com) 和 Deepchip.com (www.deepchip.com) 的調查表明：30% 至 40% 的 ASIC 項目涉及原型制作?，F在可以利用現成的 FPGA 來(lái)構建自己的包含數百萬(wàn)門(mén)電路的原型，然而對于大型設計或復雜設計，也許就需要購買(mǎi)預先設計的原型系統，或者，在經(jīng)費允許的情況下，租借或購買(mǎi)仿真加速器或電路內置仿真器。構建、租借或購買(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、系統設計技能以及必須驗證設計的時(shí)間（參考文獻 1）。
原型構建系統
設計師和廠(chǎng)商們表示，制作 ASIC 和 SoC（單片系統）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）。在構建原型系統的過(guò)程中，一些設計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。而另一些設計師則構建甚至購買(mǎi)將設計方案編程到主板中的快速原型設計系統。主板上容納了一組 FPGA 和子板，用來(lái)連接成獨特的功能或更大的系統。
工程師們可以設計或購買(mǎi)運行速度接近 250 MHz的 ASIC 原型構件系統，這個(gè)性能水平在某些情況下接近最終芯片的運行速度。這類(lèi)原型系統比那些最高頻率為 2 MHz 的商用仿真器快得多，比 RTL 仿真器快 110 倍。利用快速 ASIC 原型構件系統，設計師可以在系統環(huán)境中測試設計的功能，或者也可以進(jìn)一步進(jìn)行嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)。
當然，由于設計師們很難在這樣的系統中查明系統缺陷的確切位置，ASIC原型的缺點(diǎn)是難以調試。各設計機構把基于仿真的廣泛驗證作為原型的基礎。MIPS Technologies 公司利用幾乎各種基于硬件的加速來(lái)驗證新型微處理器內核設計，同時(shí)幫助客戶(hù)集成內核（見(jiàn)附文《MIPS 無(wú)所不用》）。
自建原型系統
目前，從頭構建原型系統在某些方面比過(guò)去更容易了，而在另一些方面則更難了。當今 FPGA 的巨大容量和速度等級使得用戶(hù)能夠制作數百萬(wàn)門(mén) ASIC 設計方案的原型。近年來(lái)，通過(guò)提供工具幫助工程師分割ASIC設計并將分割的模塊編排到FPGA陣列中，Synplicity 和 Synopsys 等 EDA 公司已使原型設計工作變得容易了。目前，ASIC 原型構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 Cadence Design Systems 和Mentor Graphics等傳統仿真廠(chǎng)商的更強大的競爭對手。各廠(chǎng)商，特別是那些提供現成原型系統的廠(chǎng)商表示：那些考慮制造或購買(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計和系統設計技能的工程人員以及預算來(lái)自行構建原型系統？
Dini Group 的 ASIC 原型構建公司總裁 Mike Dini 強烈建議：購買(mǎi)快速原型產(chǎn)品比從頭構建更便宜。Dini 在 10 年前是一名 ASIC 和 FPGA 設計顧問(wèn)，由于當時(shí)需要一些驗證工具，因此他開(kāi)始構建原型電路板。他目前已經(jīng)放棄了設計服務(wù)，轉向了 ASIC 原型構建領(lǐng)域中一項蓬勃發(fā)展的業(yè)務(wù)。多家廠(chǎng)商目前都提供這類(lèi)原型系統（表 1）。Dini 說(shuō)：“我們在仿真領(lǐng)域的競爭對手說(shuō)我們只是提供一堆FPGA 而已。我并不把它當作是一種侮辱。這就是我做的事情。我把數量極大的一堆 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?！彼硎荆涸蜆嫾膬r(jià)值可能無(wú)法衡量，但是，組裝一塊你在項目結束后可能會(huì )丟棄的專(zhuān)用電路板，可能會(huì )很浪費。他建議用戶(hù)創(chuàng )建專(zhuān)門(mén)功能的子板，并從快速原型構建廠(chǎng)商那里購買(mǎi)原型系統的 FPGA 部件（見(jiàn)附文《購買(mǎi)理由》）。
表一,快速原型系統,加速器,仿真器,供應商:
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Dini 等人表示：即使借助 Synplicity 和 Synopsys 等公司的自動(dòng)分區軟件，自己構建一個(gè)配備3 塊以上 FPGA 的系統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計（盡管 EDA 廠(chǎng)商聲稱(chēng)印制電路板設計不難，但它依然是一項艱巨任務(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 Virtex FPGA 沒(méi)什么問(wèn)題，但是如果要放置 2、3 或 16 片的話(huà)，在設計、構建和測試上就會(huì )有很大的困難。例如，兩片 700 引腳 FPGA 對于印制電路板自動(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 原型變得復雜的困難臨界值大約是 3。兩片還不算困難，但是當你開(kāi)始實(shí)施 3 片 FPGA 時(shí)，你就必須開(kāi)始檢查層數，檢查各種部件在印制電路板中如何連接?！彼赋觯含F代的 FPGA 非常適合于自動(dòng)分區軟件，并且多數快速原型構建廠(chǎng)商都定制各自的系統，以便配合 Synplicity 公司的 Certify 等產(chǎn)品。
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