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半导体产业越来越依赖软件工程师?

导读: 回溯半导体产业软件建模的演变,可以追溯到上世纪90年代的软硬件联合设计,当时的大型芯片制造商和系统公司采取了这种方案。

为了降低晶体管尺寸,提高性能,降低功耗和提供安全,芯片制造商越来越重视软件建模。

回溯半导体产业软件建模的演变,可以追溯到上世纪90年代的软硬件联合设计,当时的大型芯片制造商和系统公司采取了这种方案。尤其是随着客户对芯片需求的日益增加,这些日益复杂的SoC就必须内置驱动和嵌入式代码,引致软件的流行。

而随着晶体管尺寸的变小,带来了芯片功耗和热量的问题,除了大公司,很多小公司也开始将目光投向了半导体产业的软件建模。

有几个因素引致了技术“方程”的转变:

(1)主流的工艺节点已经集中在65nm以下,这就让漏电电流成为产业关注的首要问题;

(2)越来越多依赖于电池供电的移动设备,让芯片功耗成为关注重点;

(3)很多芯片采用了异构系统设计,让其整体的功耗预算比过往更紧张,而新时代的设备需要频繁的与外界通信,传输数据,这无疑加剧了功耗问题。

最初,我们解决问题的方式增加芯片的核心数,但这会引致一个新的问题,那就是对大多数应用来说,究竟多少个核心才是正确的选择?在很多的应用方案里,即使在现在强调多线程和并行计算的大潮流下,两个或者四个核心是最优的选择。

从某个方面看,根据硬件内部“交流”方式的不同,可以引致软件的改变。例如可以在一个处理器周期内,通过软件让芯片执行更多的工作。同时它也能有两个核心,有可能多大八个核心。尤其当其中的一些工作能够被解析成不同的操作,这就方案就更有效了。

同时软件还能提供更高的弹性和可靠性,在设计周期早期阶段介入,给设计提供帮助,并在产品上市之前清理掉这些代码,而不是通过通过后期添加补丁的方式实现。

Cadence的Frank Schirrmeister表示,软件建模的目的是构造软件和硬件互相影响的新模式。例如包含了重组序列,减少缓存的重载。而这会对功耗造成很大的影响。

软件建模也会对设计流程产生重要的影响。软件的改善能够影响芯片设计过程中的资源的选择。这包括了存储类型、处理器类型和硬件加速器。这种模型同样能够使得软件和硬件之间的“交流”变得更加高效。

而根据eSilicon Mike Gianfagna的观点,当中的关键就是系统级别的软硬件平衡。

“功耗将会是大家持续关注的问题,他们在上面做了很多的分析和改变。而在关于软件如何影响硬件上面,也有很多不同的做法和观点,所以说仿真在最近几年才变得越来越重要。”Mike接着说。

Mike认为,这将会是非常有用的。

相比于过去,现在的“消防演习”将会越来越少,尤其是在大型设计里面,客户的要求越来越复杂,且他们对于系统的需求也很具体,对于晶圆级别的功耗也有很明确的要求。这就推动了复杂的软硬件联合设计的发展。

对系统的重新思考

在这种软件潮流背后,是一股转向更多系统级设计的趋势,而这种趋势已经在软件和硬件领域持续已久。但在很多例子中,软硬件的并向进步比两者的联合解决更受欢迎。但物联网的出现,推动了新的转变。

在物联网中,由于大多数情况下资源都是有限的,同时对这些设备来说,cost down的需求是很重要的。解决这些问题的一个重要方式就是提供系统本身的效率,这样就可以让架构师去设计更低成本的微处理器,转变存储的混合类型。

Mentor Graphics的Darrell Teegarden表示,这种转来的不是说有更多更酷、更快的处理器,更重要的是这种方式对行业造成的影响。

现在有越来越多的高级别平台,这些平台通常都包括了计算硬件、传感器、执行硬件、控制传感器和执行器的软件,平台的战争也即将点燃。因此你需要对这些有一个大概的了解,为自己寻找最合适的解决方案。

Cadence的Schirrmeister也认同这种观点。他认为这种方式对某些应用来说非常有效。但对另一部分的应用,这可能就没那么强大了。假设你关注边缘计算,这就需要一个软件模型,一个营建模型,或者一个软硬件结合的模型。

这种软硬件模型的分析和探索已经存在一段时间了,但直到最近才流行起来的。

“有很多公司已经打造了应用负载模式,利用其去实现应用处理和通信需求”,Synopsys的Pat Sheridan说。当中包含了相关性、每个任务有不同处理器的处理器周期,还有对不同区域的执行读或写的内存访问等并行任务。

这类工具的一个好处就是它能够提高抽象层的级别,这些的话在功能测试的时候就不需要针对软件建模。当中的关键就是能将应用负载需求和resources分离开。你可以将任务映射到resources上,同时你也可以联合不同的CPU和加速器。

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