详解芯华章全新架构数字仿真器

在芯片前端设计工程师的日常工作中，需要用硬件描述语言Verilog HDL将各种算法/协议等实现后，再进行RTL的功能仿真，以便在软件环境中，验证电路的行为和设想中的是否一致。这也意味在流片前，工程师需要花大量时间利用数字仿真器来验证芯片，保证其功能的正确。

作为芯片验证必不可少的一个环节，仿真技术是保证芯片功能正常的关键签核(sign-off)技术，通过计算机结合测试激励来模拟芯片在真实环境下的运行状况，帮助工程师通过各种调试手段来判断运行结果是否符合预期。数字仿真器主要是针对数字电路的仿真，设计工程师需要应用硬件描述语言来设计电路，而验证工程师也需要用抽象层的HDL来搭建测试环境;仿真工具需要解释编译这些HDL代码，并计算出仿真结果，以便工程师检查结果。

伴随设计验证语言和方法学不断推陈出新，各种应用平台也层出不穷。这一系列的技术发展都给数字仿真器带来了前所未有的挑战。设计具有竞争力的片上系统(SoC)需要合理地利用各种高精尖的技术。对于数字仿真器来说，它面临的挑战不仅仅是芯片规模上的增长，还有伴随而来的一系列问题，包括：算力受限、调试效率低下、平台单一化等。

多年来，业内人士通常认为一款好的数字仿真器，应该具备以下条件：

保障仿真结果的正确性和一致性，满足sign-off (签核)的要求

具备对IEEE1364和IEEE1800标准语法的支持，具有语法点、功能点的合规性

仿真器核心可以实现高效的调度器，灵活强大的随机求解器

在调试方面，工具应当紧密融合各种调试应用，提高调试有效性

但更进一步，针对产业发展现状的痛点，先进的数字仿真器还应该具备以下特质：

为了进一步利用新的计算架构和平台，除了传统的X86，更能无缝地支持如ARM等其他新型处理器架构及原生云计算架构，并能有效利用并行计算支撑高性能编译与运算

仿真器和其他验证工具具有高度的融合性，及统一覆盖率的数据结构，以保证各种工具覆盖率收集的有效性

芯华章仿真器核心研发团队具备数十年相关领域研发经验，曾在跨国公司成功主导过大型仿真器项目，对验证语言、方法学、仿真器核心构架、算法、优化有着丰富的技术储备。

基于对前沿技术发展趋势的的判断，并结合行业现实的挑战进行深入的研究和探索，芯华章在经过一年多的研发积累，并得到国内多个知名客户配合打磨后，推出一款独立自主、全新架构的国内领先水平仿真器——穹鼎 GalaxSim。该产品创新性地使用新的软件框架，提供多平台支持，并且已在多个基于ARM平台的国产架构上测试通过。

目前，穹鼎GalaxSim支持IEEE1800 SystemVerilog 语法、IEEE1364 Verilog 语法，以及IEEE1800.2 UVM方法学，在语义解析、仿真行为、时序模型上，已达到主流商业仿真器水平。穹鼎GalaxSim仿真器能够提供统一的覆盖率数据库，并兼容芯华章旗下穹瀚GalaxFV等其他验证工具，结合穹景GalaxPSS智能验证系统提供的丰富测试场景，可以加速覆盖率收敛，高效地解决业界其他工具缺乏兼容性的问题，进一步提高验证效率。

使用穹鼎GalaxSim的验证实例

为了验证GalaxSim仿真的功能正确性，调试的易用便捷性，以及性能上是否能够满足客户的需求，我们特地把基于Verilog语言的蜂鸟E203开源 RISC-V CPU设计运行在芯华章的仿真器上，作为一个演示demo。

蜂鸟E203是国内首个开源RISC-V处理器，从2018年发布至今，积累了广泛的用户。E203内核采用2级流水线结构，能够运行RISC-V指令集，支持RV32IMAC等指令子集的配置组合，具备工业级开发标准，符合当前处理器架构往DSA(Domain Specific Architecture)发展的新趋势，因而具有广泛的代表性。

开源蜂鸟E203 SoC整体框图

穹鼎仿真器首先需要读取芯片设计，之后经过解析和抽象，转换为仿真器内部紧凑高效的数据结构，并基于新一代编译技术，快速生成原生平台仿真程序。同时，我们打开波形调试工具，IC工程师即可以运行仿真程序来进行验证。

编译完成后，我们执行仿真程序。程序在运行后，同时进行信号波形的文件转储，以供调试。本次验证实例中的环境技术包含多款国产化产品，涉及芯片设计、处理器、服务器、操作系统等环节。

穹鼎 GalaxSim基于芯华章FusionVerify 智V验证平台，支持自主研发的新波形格式及波形调试工具，用户能够方便地查看信号波形，快速定位到缺陷的时间片和异常信号，从而进行修复。

同时，我们还用同样的设计放在第三方仿真器上运行。这样，一方面对比仿真结果以探索功能的正确与否，另一方面可以对比仿真的效率，便于对比工具的性能指标。

经过实测和比较，GalaxSim运行结果完全和商业仿真器一致，性能也达到预期的要求。多个客户试用在GalaxSim上运行蜂鸟的demo后，表达了对产品的高度认可：调试工具使用流畅，用户界面操作友好易用，且支持不同处理器架构。

产品亮点

国内率先提出多架构支持的仿真器，具备：

灵活的可移植性，友好的软硬件生态支持

支持不同的处理器计算架构，包括X86、ARM、MIPS、RISC-V、NPU、GPGPU等

传统的EDA工具大多数和单一CPU构架耦合度高，例如某些EDA工具仅支持X86的平台。一旦需要迁移到另一种平台上，所需要的研发工作量是巨大的。如今，处理器生态越来越多样化，未来的平台不再是某个单一处理器的平台，降低EDA工具对底层CPU构架的耦合度，可以让用户更加有效地把工具部署在任何平台上，也让产品有更多应用空间。

全面支持多种HDL语法，语义解析一致性强

兼容Verilog标准IEEE1364

全面支持SystemVerilog、UVM标准(IEEE1800，IEEE1800.2)

原生支持，不需要修改客户源代码

仿真器对语法正确解析决定了它能否正确理解设计意图，同时也可以避免相同的编码在不同的仿真器下产生不同仿真结果。Verilog标准(IEEE1364)和SystemVerilog标准(IEEE1800)定义的这两种语言的语义非常的复杂，关键字众多，各种组合情况近乎无穷。穹鼎GalaxSim可以在构建仿真器的测试用例时考虑语法的各个方面，以及各种边界场景，做到全面完整的测试。

调试功能卓越，可观测性表现形式丰富

支持VCD和FSDB 波形导出(配合第三方库)

支持芯华章自研波形格式XEDB

支持快速的代码覆盖率(Code coverage)

调试的重点在于可观测性和可控制性。穹鼎GalaxSim针对不同的场景提供各种有效的数据表现形式，并在不同数据形式间可以同步数据标注(annotation)。此外，穹鼎GalaxSim降低了工具的使用门槛，可以让初级用户也非常快速地掌握调试技术，并且提供通用语言的二次开发的接口。

穹鼎GalaxSim的优异性能得到了生态伙伴的高度认可。

陈 刚

中科院半导体所副研究员

利用芯华章仿真工具GalaxSim，我们在两周内就将设计调通。和其他商用仿真器对比结果显示，芯华章GalaxSim对RTL行为仿真行为正确，在性能上，很多场景和其他商用工具已经基本一致。我们期待和芯华章的进一步合作。

黄 武

芯华章科技产品和业务规划总监

为了保证语法的合规性和仿真精确度，我们对产品进行了严苛的各种测试，包括对IEEE1364、IEEE1800各个语法点的分析，和结合主流商业仿真器的对比测试，确保工具在语义解析、仿真行为、时序模型上保持一致，从而有效帮助用户提高验证效率，加快验证收敛速度。

原文标题：全新架构数字仿真器——穹鼎Galaxsim

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审核编辑：汤梓红