所能預見(jiàn)的硬件仿真未來(lái)

高性能硬件與“智能”應用程序的結合使得硬件仿真器更強大，能夠解決復雜的系統級設計驗證難題。

經(jīng)過(guò)三十年緩慢但穩定的硬件仿真技術(shù)發(fā)展之后，就進(jìn)步加速和預期的新發(fā)展而言，其前景一片光明。在過(guò)去的 30 年中，硬件仿真器在硬件和支持的軟件方面都有所演進(jìn)?？焖贋g覽 20 世紀 80 年代后期典型硬件仿真器與當今一流硬件仿真器的硬件規格比較，可以發(fā)現一些特性已經(jīng)達到大約 1,000 倍的改進(jìn)。

圖1：近 30 年的硬件仿真技術(shù)比較(來(lái)源：Lauro Rizzatti)。

我們可以從兩個(gè)角度來(lái)看待支持的軟件 - 編譯器角度和運行時(shí)可執行文件角度。

衡量編譯器技術(shù)進(jìn)展的一種方法是，比較早期與當今被測設計 (DUT) 的平均建立時(shí)間。首次引入硬件仿真器時(shí)，硬件仿真器需要六個(gè)月甚至更長(cháng)時(shí)間將DUT從軟件仿真的環(huán)境Porting到硬件加速器的仿真環(huán)境?！，F在，只需要不到一周的時(shí)間。雖然這并未達到 1,000 倍的改進(jìn)，但是比原來(lái)快了將近 50 至 100 倍，這依然是非常顯著(zhù)的。

量化運行時(shí)軟件方面的改進(jìn)是更為困難或復雜的。但是，快速瀏覽一下相同時(shí)間段內硬件仿真器的功能差異后，可以發(fā)現增強還是十分顯著(zhù)的。

圖2：近 30 年內的典型硬件仿真部署比較(來(lái)源：Lauro Rizzatti)。

那么，我們對未來(lái)發(fā)展有何期待呢?同樣，硬件與軟件需要區分。從硬件角度而言，硬件仿真供應商將推出更大容量、更快執行速度和更快編譯速度的新一代驗證引擎。事實(shí)上，已經(jīng)有硬件仿真供應商發(fā)布了這些新一代的硬件仿真器。

要是能夠看看三大硬件仿真供應商提議的三種基本架構將如何維持和發(fā)展，必定會(huì )很有趣。然而，在撰寫(xiě)本文時(shí)，這樣的比較還不可能完成。

圖3：新一代硬件仿真器的硬件趨勢(來(lái)源：Lauro Rizzatti)。

從軟件角度而言，我們將看到新的部署模式，首先將硬件加速引擎嵌入到連續的驗證引擎中，所有引擎共享一個(gè)通用設計數據庫、一個(gè)通用用戶(hù)界面 (GUI) 和一個(gè)通用編譯器前端。需要指出的是，編譯器前端包括硬件描述語(yǔ)言 (HDL) 解析器和闡述器以及生成 DUT 門(mén)級網(wǎng)表的綜合。將僅共享前兩個(gè)階段;而不共享合成綜合部分，因為這僅適用于基于硬件的驗證引擎，如硬件仿真器和基于 FPGA 的原型。

同樣，編譯器后端的分割和布局布線(xiàn)部分將僅在硬件引擎(硬件仿真器和基于 FPGA 的原型)之間共享。它們不適用于基于軟件的驗證算法，如 HDL 軟件仿真器、電子系統級 (ESL) 軟件仿真器和形式分析。

新的應用將被引入。例如，支持可測試性設計(DFT)，即能夠驗證門(mén)級 DFT 構造，以及驗證測試向量及內置自測試 (BIST) 向量。使用硬件仿真對新設計進(jìn)行性能硬件加速將成為主流，且將會(huì )推出新的方法來(lái)驗證嵌入式軟件。

圖4：新一代硬件仿真器的軟件驅動(dòng)功能摘要(來(lái)源：Lauro Rizzatti)。

其中一個(gè)供應商已經(jīng)實(shí)現了一個(gè)有趣的轉變。它將運行時(shí)軟件設計為開(kāi)源系統以容納應用程序(“App”)，這類(lèi)似于智能手機采取的做法。此外，幾年前開(kāi)始的將大型硬件仿真系統移至數據中心的趨勢將加快。所有供應商都將提供多用戶(hù)功能，以提高設備的投資回報 (ROI)。

未來(lái)的硬件仿真趨勢是將高性能硬件與“智能”應用程序結合，以創(chuàng )建強大的硬件仿真器，來(lái)解決復雜的系統級設計驗證難題。