使用模拟器对权力/性能权衡

仿真已经成为权力和性能权衡选择的工具,扩展到无限的能力对于复杂的芯片用于数据中心,AI /毫升系统和智能手机。

而模拟一直被视为一个重要但昂贵的资产对于芯片制造商试图验证和调试的芯片,现在被视为一个重要的组件的优化设计和分析在设计过程中更早。定期在整个模拟器今天SoC价值的RTL,这是远远超过标准的模拟器。

“power-to-performance权衡的分析在设计的早期发生在系统层面上,“安德烈亚斯Bruning说,高效电子部门的主管弗劳恩霍夫IIS /东亚峰会。“但模拟器的基础上,分析不视为有的放矢。系统的实现对目标系统的模拟器具有完全不同的特征由于其灵活的结构,在功耗和性能”。

事实上,这种硬件加速技术被利用在设计过程的早期与这些设计的复杂性。

“世界绝对是变化,流动对权力很有趣和改变,”Frank Schirrmeister说,高级组的产品管理和营销总监节奏。”关键是要准备好数据模拟器的更精确的数据创建在下游电力消费分析、完整性和优化工具。你如何做数据,如何选择正确的数据集,因为即使是一个模拟器从架构的角度看设计吗?它给你数据,您需要创建大量的数据实际上成为相关在足够长的时间周期来找到正确的位置。方法之一就是与细化,比如哪些领域与最初的切换数据看。然后,一旦工程团队磨练到窗口他们想看更详细的,他们得到更精确的数据。因此,转换格式是用于驱动活动到后端工具,那么你的窗户最活动的磨练。仿真数据连接从一个抽象级别到实现的数据流与权力和完整性分析工具,使用相同的引擎后用来做电力数据。这涉及到诸如用户获得信息的速度从工具”。

在这种情况下数据生成可运行,保存,和移动到下一个步骤。但由于庞大的数据量,这是不实际的,因为它花费的时间太长了。

“你有片,而不是等待拯救一切,你转移小片更早。用户将看到数据,同时你还在模拟器上运行,这样你得到的数据快速、管道这些东西,”Schirrmeister说。

活动的数量,以及数据是如何产生的,是今天比过去大不相同。

“过去,人们会运行软件模拟,但现在他们已经演变成方法,使用模拟器,“Preeti Gupta说,产品经理RTL权力分析工具有限元分析软件。“模拟器给他们一个更现实的活动结束应用程序。同时,它给工程团队很多活动结束应用程序,不仅的快照。”

模拟器的挑战是他们生成活动数据的数量,以及消费活动的工具处理数据量。这个活动有一个一阶对功率的影响。

“网的数量是确定切换设计将消耗了多少电能,”Gupta说。“如果有更少的网切换,那么电力消耗低于当有很多网内开关设计。考虑设计目标和目标是什么,你可能想看看模拟器活动在很多不同的方式。例如,你可能是一个包装设计师,你可能是一个电网设计师,或者你可能会成为一个工程师担心热方面的芯片和系统。你可能感兴趣的是如何减少电力消耗。你可能是一位软件工程师想了解你写的软件影响功耗的硬件。有丰富的角色和功能,可以通过模拟器功率流都从中受益。”

仿真需要由用户可以有很大区别,应用程序和项目。例如,半导体制造电力权衡芯片设计的手机市场有着非常不同的需求比CPU开发人员做电力/性能权衡在迁移从一代到另一个。

“CPU的公司,包括他们的需求有非常早——提前两年之前他们的芯片是录音——的理解活动趋势的力量,在性能方面循环,真正的应用程序运行时,和他们想要的活动趋势准确力量的趋势,“Vijay Chobisa说,产品营销总监在模拟部门导师,西门子业务。“他们使用RTL的早期版本的芯片的行为,当他们需要和什么样的架构调整在硬件或软件。”

对于这个公司,有两个关键问题。“一个方面是对细节的设计活动在图形视图中,因此他们可以很快看到在硬件领域的关注,“Chobisa说。“如果他们看到一个高峰值的设计,他们想很快看到的芯片是导致部分活动。但不仅如此,他们想回去和关联的软件并确定什么样的调整可以使软件或硬件以保证芯片的功率预算同时提供所需的性能。”

在这个芯片,有几个核心与不同级别的性能。“他们想用最好和最快的核心应用程序尽快出现,”他说。“为了达到这个目的,他们使用最好的核心启动该应用程序,但是,一旦应用程序启动,只是填充数据和提供的信息并不需要一个高性能的核心。他们想要验证这个场景,并确保他们能够打开时停止处理高性能核心大型应用程序。”

另一重要方面是捕获整个设计详细设计活动,Chobisa说,为此模拟器引擎需要能够捕获设计活动在每一个时钟,和转让活动的模拟器主机进行处理并生成用户友好的图形。

分析能力
所有这一切的背后是需要电力设备中,也有很大的影响,从整体系统性能可靠性。仿真器帮助在这方面,因为他们可以形象真实的应用场景和一个视图的功耗。

“这是一个基本的功能,但也有好处,”Gupta说。“如果我做一个操作系统的引导,权力上,什么时候什么时候功率下降,当它保持不变吗?当它是一个持续的坏的权力?如果你有高功率消耗很长一段时间,或者你有一个高功耗的周期,这是非常不同的权力现象。工程团队想要理解这个权力现象对于实际应用场景,因为一旦他们知道哪块的设计是消费更多的权力,他们能够优化它。但你首先要知道,为什么当来修复它。看着这些现实的活动场景帮助。”

另一个关键的考虑使权力是识别power-critical windows /性能的权衡。“如果我的设计非常高的功率消耗1周期与4周期与10周期,它是如何强调我的电网吗?如果我有一个设计,有一个巨大的块,我打开钟突然,而时钟去成千上万的数以百万计的网络力量突然开枪,突然增加的功耗可以造成大量的压降,从而可能导致时间失败,”Gupta解释道。“理解这些峰值功率场景(Di / Dt),或者只是功耗高,甚至比说,“什么是峰值和平均功率是多少,“这些都是警示指标如何定义的问题。”

的3次方/性能权衡受益于仿真涉及的能力非常快的权力分析的向量优化软件操作。

“想象一下,一个软件的人坐在自己的世界写算法应用手机上运行可能,”她说。“他们是如何知道多大的权力时硬件的应用程序将使用硬件独立建?情况是这些软件开发人员实际上不关心5%精度的差异,这样的事情我们担心进行结果分析。他们只是想知道如果他们代码算法以某种方式是否消耗更多的电力或更少的电力。这样的观众,就能够有一个可视化的权力配置文件在早期是一个巨大的好处。”

但这仍然留下一个挑战筛选所有的数据生成的仿真和理解它。

“你可以加载一个模拟器,点燃你的设计硬件,把向量,加载软件、硬件/软件调试,检查你的软件堆栈和一切,“说Shailander Sachdeva,电力产品应用工程师验证小组Synopsys对此。“谈到权力,模拟器的好事和坏事是可以生成大量的数据。但实际上你必须分析它,你必须储存它。十秒运行可以生成10 tb的数据,但实际上不是很多公司有必要提供10 gb的数据通过网络或存储,然后分析它。所以它变得棘手。通常用仿真器,当你运行它,你必须优化数据,这是模拟器的原因有两个。一个,你写的数据模拟器,它减缓了模拟器,因为每次模拟器必须停止和刷新数据,然后恢复操作。这减缓了模拟器,意味着你的模拟器成本上升——和模拟器的带宽是一个昂贵的东西。”

对于功能调试,有集方法允许更细粒度的模拟器的使用。但是当涉及到权力,两个基本被测量的东西——峰值功率和平均功率。“平均功率消耗的力量在我的设计中,“Sachdeva说。“帮助设计师或建筑师设计一个移动设备的电池容量,例如。平均需要100毫瓦的电力,所以我可以相应的电池技术和电池容量。峰值功率意味着平均服用100毫瓦,但当有交通或操作系统加载和固件了,功耗芽也许500毫瓦。500毫瓦特数也非常重要,因为这将帮助你决定哪些冲水流和如何设计电源。芯片上的电源/电池容量应该能够处理大电流。峰值功率和平均功率都是重要的考虑因素。”

峰值功率需要持续的监控系统来决定多少功率的消耗。

“这里,需要更多的侵入性的分析,模拟可以帮助做到这一点更侵入地在更大的时间,”他说。“但如果我们运行峰值功率在很短的窗口,你会运行一个非常合成小测试用例了解峰值功率是什么。传统设计师然后做的就是拿起高流量的情况下,创建一个测试用例并告诉验证的家伙,他们创建了一个测试用例,所有的传输和接收活动正在发生,和所有的端口被激活。然后他们测量功耗。这工作得很好,但仍有可能,当你运行你的软件堆栈和电源管理的软件,这是工作,这是启用禁用的不同部分芯片,可能推出一个非常不同的场景。你实际运行仿真,仿真运行期间你实际测量的力量没有倾销的数据。你必须优化它。你测量的力量。所以你会得到一个峰值功率概要图。然后你可以识别感兴趣的地区力量在哪里捡。”

实现最优性能
在所有这一切的关键是不断的改进和集成。

“性能时,你希望能够做出改变,”Schirrmeister说。“我们建议使用不准确但更快的数据创建切换项早期全面运行。找到最高的区域活动,然后创建更精确的活动数据的下游工具下面的评估能力;或者你在大门口级别,直接。”

总是一个有趣的挑战是如何改变如果事情不成功。“你可以修改区域,你可以更改的水平时钟门控,但最大的影响来自移动的东西,像之间的硬件和软件。当你在这一点上很晚RTL运行,所以你要连接前端流动。二十年前我们认为一切都是抽象的,你去和从抽象到改进和一切将自顶向下。现实,特别是当它涉及互连等等,这些工具自动生成互连所以你可以只是蛮力而不是模拟在一个更高的水平。您可以使用更大的运行在大铁,在RTL级运行它。过去,我们从来没有想到可能因为你需要实现它第一,但鉴于互连的实现自动化和很多项目你做事情在DDR等等配置的一部分,它们的东西不需要完全重新实现。”