提升IP整合水平

IP块数量和复杂性的增加，加上不断变化的架构和设计问题，正在推动对新工具的需求，这些工具可以在先进的芯片和包中实现、自动化和优化集成。

电力、安全、验证和其他一系列问题都是跨领域的关注点，它们使得纯分层方法变得困难。的出现增加了未来的复杂性chiplets，带来了一个新的知识产权和重用的概念，这可能需要一个全新的模型、分析和工具。

的概念知识产权重用并不是什么新鲜事。从20世纪90年代开始，它已经发展到包括大多数半导体90%以上的内容。但在那个时期，情况肯定没有保持不变，如今这种整合变得更加困难。

“我们正在迅速接近，或可能已经通过，限制因素不是我们可以制造的设备的大小，而是我们可以理解的设备的大小，”马特格雷厄姆说，产品工程组主管节奏．“我们已经非常擅长做可重用IP，并将所有这些可重用IP进行分块和集成，以至于没有专家——甚至是整个组织中的小专家团队——有足够的知识广度来完全理解系统中的所有内容。理解能力和实际能力之间的差距，将限制建筑、创造和设计方面的生产力。”

问题并不是一成不变的。Real Intent总裁兼首席执行官Prakash Narain表示:“复杂性或设计尺寸的急剧增加增加了复杂性，从而导致了新的失败模式。“例如,时钟域交叉(CDC)是一种出现在逻辑层面的故障模式，但其根源在物理空间。疾控中心的人说我们赶不上时间，这就导致meta-stability，导致设计中出现不可预测的行为。我们需要使用设计方法来防止这些问题。”

所有层次的复杂性都在增加。Cadence的杰出工程师和SoC验证架构师Nick Heaton说:“摩尔定律的终结意味着设计不再只包含一个或两个大型处理引擎、一个大内存以及一些其他连接它的东西。”“如今，我们拥有许多不同的核心。可能会有特定领域的引擎用于ML、图形等。此外，你现在正在用一个规模复杂得令人难以置信的IP把它们连接在一起。这也为替代架构提供了巨大的机会。也许记忆变成了中心，而处理是在芯片中进行的。有很多不同的方法。如今人们用小芯片做的事情相当有限，但谁知道它会走向何方呢?”

因此，就计算的处理器领域而言，存在异构集成，现在业界即将在物理层面上添加异构集成，即在一个包中连接多个芯片，使用2.5D或3D集成技术。

“Multi-die将会是多节点的，”Michael Posner说，他是公司的die-to-die连接高级总监Synopsys对此．“困难并不在于分析。它将会是结束，特别是对于有机底物，或者由于角的关系而产生的高级中间物。如果你考虑一个单一的整体模具，你可以描述你的角。当你使用两个模具时，你必须做交叉角来进行全边际分析。死了三个人，你就开始进入恐怖的领域了。技术的混合是一个众所周知的问题，已经在单个模具的基础上解决了，但角方差问题是一个新问题。”

这也会增加新的物理问题，反过来又会产生其他问题。“我们发现的一个新现象是，当你开始堆积芯片时，会产生压力。西门子EDA．“它不是统一的。使用HBM记忆，由于压力，人们开始注意到一些表现和一些死亡的小片段。如果我们将这种堆叠扩展到SoC中，SoC不是一个重复的结构，情况会更糟，因为它不是重复的。它更随机。所以压力是另一个生理影响也是一个重要因素。你如何模拟压力?如果我从你那里得到一个叠叠的骰子或一个叠叠的花冠，我怎么知道一切都是令人满意的，我不必担心压力?”

所有这些都需要得到更好的理解。“打包需求将引入其他架构限制，”Real Intent的Narain说。“边界是一些物理需求将被抽象出来的地方，它们需要满足一些设计规则和指导方针。如果您不符合这些规则和指导方针，它们将导致新的失败模式。这需要验证，因此需要对失效模式进行建模和分析，以确保它们不存在。”

简单地说，有很多未知数。Synopsys的高级营销总监谢卡尔•卡普尔(Shekhar Kapoor)表示:“芯片没有通用标准。”“业界必须将芯片的电气、物理和热模型等分类，纳入系统分析流程。处理问题的方法与我们的分层方法相同，但所使用的工具之间的模型可能不同。在客户和EDA工具提供者之间，您决定哪些模型将充分定义他们正在处理的问题集。这就是它是如何发生的，这是一个标准化的成熟领域。我们还没到那一步。”

接口
在IP重用的早期，虚拟套接字接口联盟(VSIA)等组织试图创建标准协议，以便将来自不同供应商的IP汇集在一起。随着时间的推移，这些虚拟连接的范围和复杂性都有所增加。纳拉因说:“通过拥有更多标准化的组件，它使自己更易于抽象。“对于模拟，我们可以得到它的抽象模型。但是这些结构化的技术是有成本的，你必须做一个成本/收益分析。考虑到设计的复杂性和设计时间，为了得到可靠的设计，越来越多的简化，而不是采用三阶优化原则。”

当然，为了创建标准接口，正在进行大量工作。“UCIe是一个转折点，”Synopsys的波斯纳说。“这是一种新的界面。虽然它是一个模对模的接口，但它也可能是一个芯片对芯片的接口。在它还没有成为蛮荒西部之前——‘它是XSR、OpenHBI、专有NVLink还是Ultra Fusion?“UCIe在界面上带来了巨大的融合。但这还不够。每次我们与不同的铸造厂合作时，我们都必须根据他们的技术定制流程。这些技术之间有一些标准化，但它们都有各自的特点和区别。从根本上说，你已经有了有机衬底，再分配层(RDL)在它上面，新的热点是硅桥，他们在硅桥上嵌入了一个中间体。它是有机基板之间的交叉，在那里你被限制在凹凸音高，但你可以在其中嵌入一个硅中间体桥，以实现非常高性能的连接。”

虽然有些人认为UCIe是一个非常重量级的接口，但这可能是必要的——至少在最初阶段是必要的。“基板上的噪声重要吗?凯蒂丝饰演的希顿问道。“这会影响误码率，而像UCIe这样的协议有支持这一点的机制。仅仅是到达芯片的边缘，穿过缺口，回到下一个芯片，就有大量的复杂性。对于某些应用程序来说，UCIe可能感觉有点像大锤敲坚果，但如果你使用一些更简单的东西，比如Bunch of Wires (BoW)，你必须自己担心这个问题。当你序列化它的时候，训练序列之类的，然后反序列化，会有难以置信的延迟。所以消费者必须自己决定。对于一些延迟很关键的应用程序，特别是通信，或者内存位置比内存数量更重要的情况，你可能需要以不同的方式构建东西。”

迁移工具
目前使用的许多工具都是为单片模具设计的，并可能针对一种技术进行优化。当出现多个芯片时，集成的挑战就越来越大。

“如果你看一下核心引擎，就会发现它们决定了你如何进行分析，如何捕捉基本物理信息，”微软的总监兼产品专家马利克•瓦西里卡拉(Malik Vasirikala)表示有限元分析软件．“我们能够重复使用引擎，但你必须将它们产品化以进行异构集成的方式完全不同。对于热，当只有一个模具时，你所需要建模的只是包装和包装表面的温度。一旦你有了一个多模系统，你就有了多个散热源，以及散热的封装。你创造解决方案的方式，让设计师可以使用，变得有点不同。”

这增加了一个新的建模挑战。“你需要模拟这些不同技术之间的电子流，这是一个很大的挑战，”西门子的巴拉苏布拉曼尼亚说。“有不同的处理方法，人们也有不同的变通办法。电压是不同的。你可能有一口更大的井。你需要保护环。对于异构集成，可能会出现各种各样的新问题。如果我们开始将180nm的电源电压高得多，插入到旁边的5nm，并且电源线足够近，就可能会出现问题。”

在功能级别上，每个块都需要多个抽象。波斯纳说:“我们通常尝试使用协同设计技术开发模型。”“如果它是一个RTL控制器，抽象模型是并行制作的。它不是完全并行的，因为您希望首先完成RTL开发或完成模型开发。这样你就有了测试的对象。这与仿真模型、phy的情况类似——所有的新一代，7nm及以下。”

其中一个希望是，一些较新的模型可以自动创建。Ansys的Vasirikala说:“当你分析一个块或模具时，我们有能力从中创建一个抽象模型。“如果我分析一个芯片，观察芯片内部结构，我也知道它在接口点的表现。我可以创建一个模型，就好像我从外围看到整个部件，或者在芯片与外部世界的边界或接口点。一旦我知道了这种行为，我就可以根据它创建一个模型。当我分析另一个芯片时，我不需要芯片的细节。我只是把这种行为模型代入分析。”

抽象是必要的，但也是有限制的。纳拉因说:“你需要在抽象中拥有的细节级别是由特定的技术或手头应用程序的实现细节以及所需的准确性所决定的。”“如果你看看时钟域交叉方法，他们今天使用了一种分层方法。它从一个低精度开始，基本上创建了一个抽象的模型，当然是关于芯片的I/O引脚的属性，或者就此而言，无论被抽象的设计块是什么。有了这些，你就能在分析中获得一定程度的准确性。但如果你关心的是特定的失效模式，比如收敛，你就不能用那种抽象的模型来做。你可以通过采用更精确的方法来克服这个问题，这种方法保留了更多关于设计的信息，但现在抽象模型变得更大了。”

重要的是要注意，创建抽象的原因是因为包含所有信息的统一模型不能被抽象。抽象只能在应用程序上下文中进行，这意味着多个模型和多个抽象。

“对于小芯片，我们有不同的模型，”Vasirikala说。“对于电源完整性模型，我们有我们所谓的芯片电源模型(CPM)。对于热，我们有芯片热模型，它还告诉你金属密度，热量如何消散，以及芯片不同区域产生了多少热量。信号完整性也是如此。我们有芯片信号模型。对于每一种物理，我们都创建了一些芯片模型，这些模型用于适当的系统级分析。”

结论
随着越来越多的复杂IP块被组合在一起，使用越来越先进的制造方法，新的故障模式正在出现。今天，业界才刚刚开始了解其中的一些问题，在充分理解它们以正确建模和分析之前，它们可能会导致问题。必须确定这些模型的正确抽象，如果可能的话，这些模型需要从更完整的模型中合成，这样才能保证它们的保真度。

编者注:下个月，我们将探讨虚拟样机作为集成和分析平台的作用，包括它必须包含的新类型的信息。