從芯來(lái)到“香山”，芯華章助力國產(chǎn)RISC-V生態(tài)做了哪些事？

4月18日，芯華章聯(lián)合芯測、賽昉科技等7家公司舉辦聯(lián)合技術(shù)論壇，吸引了來(lái)自阿里巴巴達摩院、新華三、寒武紀、芯來(lái)科技、華大半導體、藍芯算力的幾十位驗證工程師參與。

在現場(chǎng)，我們的分享從 RISC-V架構的特點(diǎn)講起，再到由此帶來(lái)的驗證挑戰，以及針對這些挑戰，芯華章驗證工具做了哪些不一樣的技術(shù)設計，獲得了客戶(hù)什么樣的部署效果。

RISC-V生態(tài)：大家好才是真的好

2018年，ARM以“設計系統芯片之前需要考慮的五件事”為主題，從成本、生態(tài)系統、碎片化風(fēng)險、安全性和設計保證方面指出RISC-V還有很多不足。

但6年過(guò)去，生態(tài)系統不斷完善的RISC-V，因其開(kāi)源、簡(jiǎn)潔、靈活等特性，采用率也正在快速增長(cháng)，特別是在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算和汽車(chē)電子等新興領(lǐng)域。市場(chǎng)研究機構Semico Research預測，到2025年，RISC-V處理器核心將接近800億個(gè)，成為X86、ARM之外的第三大架構生態(tài)。

作為一種新興指令集，RISC-V的驗證工作就尤為重要，因為比起成熟的架構，RISC-V充滿(mǎn)了更多的開(kāi)放性和不確定性。只有借助更充分、更完備的驗證，才能保障基于RISC-V架構相關(guān)產(chǎn)品的穩定性，從而助力其獲得大規模的商業(yè)部署。

特別是考慮到從架構到IP再到系統級應用，RISC-V都有自己區別于傳統架構的獨特挑戰。我們認為其中有五個(gè)方面的內容比較典型，也是本次現場(chǎng)分享的重點(diǎn)：

? RISC-V 高性能處理器（CPU、GPU、AI等）的架構方案少、成熟度低，處理器設計團隊需要在RISC-V芯片的應用場(chǎng)景上進(jìn)行架構驗證

? CPU定制程度更高，實(shí)現碎片化，需要更強更完備的驗證，比如既需要單指令運行合規性驗證；又需要完備的多指令運行驗證：發(fā)現Data forwarding、Dead Lock等深層次的邏輯實(shí)現錯誤；浮點(diǎn)單元、AI加速單元等用戶(hù)實(shí)現模塊的精度高，驗證難度大

? 從IP到SoC的實(shí)現過(guò)程需要大量的仿真和調試，高性能物理驗證平臺和高可調試的硬件仿真平臺資源都不夠用；PCIE/DDR/HBM等高性能外設需要系統級仿真驗證方案

? 更多軟件生態(tài)需要移植到RISC-V處理器，但由此帶來(lái)的bug是軟件問(wèn)題還是硬件問(wèn)題？定位和調試困難，需要更強大的軟件代碼-硬件電路聯(lián)合調試手段

? 芯片的后端實(shí)現過(guò)程中，需要高效驗證每個(gè)步驟變換的等價(jià)性

100億顆RISC-V處理器一半來(lái)自中企

在驗證領(lǐng)域，“初生牛犢”的芯華章，和“年輕的”RISC-V其實(shí)容易碰撞出更多火花。因為我們可以不受以前的技術(shù)包袱拖累，從底層架構創(chuàng )新做起，快速適應新的指令集擴展，同時(shí)提供靈活的腳本接口，允許工程師自定義驗證環(huán)境，以適應不斷變化的RISC-V生態(tài)系統。

在和國內領(lǐng)先的RISC-V處理器IP供應商芯來(lái)科技合作中，芯華章GalaxPSS智能驗證工具，在多核CPU研發(fā)項目的cache一致性驗證中就獲得了客戶(hù)的實(shí)名點(diǎn)贊。

其中一個(gè)關(guān)鍵，是芯華章基于自主研發(fā)，已經(jīng)打造了成熟的多核一致性模型。

借助這一模型，GalaxPSS可以方便地生成大量針對Cache Coherency的C testcase。C case中，我們也進(jìn)行了expected result的計算，可以將讀出的數據與Expected data進(jìn)行比對，并將比對結果打印成log，方便客戶(hù)高效完成后續調試。

此外，GalaxSim通過(guò)對SystemVerilog和UVM標準的支持，能夠為RISC-V CPU的研發(fā)提供仿真支持，同時(shí)其獨有的Turbo模式更能成倍加速多核RV處理器的仿真驗證效率。

目前，GalaxSim在多個(gè)客戶(hù)測試用例上已經(jīng)取得了2-3倍的仿真性能提升，大幅降低了仿真回歸測試的時(shí)間，提升驗證效率。

另一個(gè)不得不提的是“香山”項目?！跋闵健盧ISC-V，作為一個(gè)由中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所孕育出的開(kāi)源RISC-V處理器項目，在很多方面都極其有代表性。

比如高速子卡接口驗證，以及通過(guò)高速PCIe接口將設計連接至真實(shí)的主機實(shí)現混合仿真，從而實(shí)現更好的軟硬件協(xié)同驗證等等。在這些方面，芯華章HuaPro P2E都發(fā)揮了很關(guān)鍵的作用。

因為不同于傳統的原型驗證或硬件仿真，HuaPro P2E基于統一的軟件平臺和統一硬件平臺，實(shí)現了有效的創(chuàng )新雙模工作形式：

?  硬件仿真模式下支持高達7千多個(gè)全信號互連，全信號不限深度的調試，以及各種虛擬驗證方案

? 在原型驗證模式下，通過(guò)一鍵式原型驗證流程可以大大縮短驗證時(shí)間，在超大規模SOC設計可以實(shí)現高達10M的仿真速率，以滿(mǎn)足軟件開(kāi)發(fā)調試需求，同時(shí)還有豐富的接口解決方案

不僅僅是這些，芯華章Fusion Debug還針對RISC-V處理器提供定制調試服務(wù)，包括：

? 為客戶(hù)的RISC-V core定制Fusion Debug CPU core模型

? 為客戶(hù)的多核RISC-V CPU定制多核CPU模型

? 為客戶(hù)的軟件調試工具定制“硬件仿真-軟件運行聯(lián)合調試方案“，支持硬件電路和C代碼的聯(lián)合調試

同時(shí)，在芯片后端實(shí)現過(guò)程中，芯華章的GalaxEC也能夠高效地驗證每個(gè)步驟變換的等價(jià)性，確保設計在整個(gè)實(shí)現過(guò)程中的一致性和正確性。

一枝獨放不是春，百花齊放春滿(mǎn)園。根據RISC-V基金會(huì )的數據，截至2022年底，全球RISC-V處理器的出貨量已達到100億顆，其中近一半來(lái)自中國。

隨著(zhù)RISC-V技術(shù)的不斷成熟和應用領(lǐng)域的擴大，芯華章將繼續推動(dòng)EDA工具的發(fā)展，助力RISC-V產(chǎn)業(yè)邁向新的高度。