EDA巨头们鏖战原型验证

随着人工智能和5G技术的蓬勃发展，互联设备的兴起正在重塑日常生活并推动各行各业的创新。这种快速发展加速了芯片行业的转型，对SoC设计提出了更高的要求。摩尔定律表明，虽然芯片尺寸缩小，但晶体管数量却迅速增加。如果没有先进的EDA工具，很难想象实现如此高度集成的大规模设计。

流片是芯片设计中一个关键且高风险的环节，哪怕是很小的一个错误，都可能导致重大的经济损失，错失市场机会。逻辑或功能错误占流片失败的近50%，而设计错误又占到这些功能缺陷的50%-70%。因此，SoC设计的验证是流片成功的关键。SoC验证过程复杂度极高，约占整个周期的70%。为了加快上市时间，系统软件开发和流片前验证必须同时进行，这凸显了原型设计的巨大优势。

对于大规模SoC设计，传统的软件仿真往往因执行速度慢而无法达到要求，因此原型设计和硬件仿真成为主要的验证方法，其中高性能原型设计占据主导地位。原型设计（尤其是基于FPGA的原型设计）可以比软件仿真快数千倍甚至数百万倍，比硬件仿真更具成本效益且速度更快，是复杂SoC验证中不可或缺的方法。然而，在多FPGA和复杂的设计环境中，手动构建的原型设计平台难以维护和扩展。这种方法耗时长且容易出错，导致项目延期和成本超支的风险增加。因此，商业原型设计解决方案应运而生，以应对这些挑战。

商业原型设计的诞生

1992年，原型设计领域的先驱Aptix推出了System Explorer系统，利用FPGA和定制互连芯片实现了商业原型设计。随后几年，多伦多大学的Transmogrifier-l、北卡罗来纳州立大学的AnyBoard、斯坦福大学的Protozone和加州大学圣克鲁兹分校的BORG等项目探索了在原型板上实现HDL芯片设计的方法。尽管这些项目尚未准备好进行大规模商业化，但Aptix的成功激发了其他供应商对该领域的兴趣。尽管后来被合并，但Aptix对芯片验证方法的开创性贡献仍然具有历史意义。

2003年，Toshio Nakama（林俊雄）离开Aptix后，在加州圣何塞创立了S2C。在2005年的DAC上，S2C推出了其首款原型产品IP Porter，并很快推出了商业上取得成功的Prodigy系列。这标志着公司进入了一个新时代，使S2C成为快速SoC原型解决方案的领导者。与此同时，美国Dini Group发布了其首款商用FPGA原型系统DN250k10，该系统基于六片Xilinx XC4085 FPGA，为设计团队提供了灵活且经济高效的解决方案。大约在同一时期，瑞典的HARDI Electronics AB使用Xilinx Virtex FPGA推出了其首款基于FPGA的原型系统HAPS。

竞争推动快速增长

2008年，Synopsys以2.27亿美元收购Synplicity，进入原型设计市场，标志着原型设计快速发展和竞争时代的开始。Synopsys花了近四年时间整合该技术，最终推出了全自动原型设计产品HAPS-70系列。此次收购大大促进了原型设计市场的发展，而此前该市场主要由软件和硬件仿真工具主导。

Cadence很快也效仿了这一做法。Cadence过去一直专注于设计其FPGA电路板，因此一直面临挑战，直到2010年3月收购Taray。Taray开创性的路由感知引脚分配技术通过电路板优化了FPGA设计，有助于开发强大的原型平台。Cadence后来与Dini Group合作开发了Protium原型产品。然而，Dini Group于2019年12月5日被Synopsys收购。如今，Cadence专注于简化其原型设计和硬件仿真产品之间的集成，确保无缝连接。

西门子EDA（前身为Mentor Graphics，2016年被收购）在原型设计领域有着动荡的历史。20世纪90年代末，西门子EDA从Aptix获得了仿真技术许可，但面临着诸多挑战。为了增强其时序驱动和多FPGA分区能力，西门子EDA收购了Auspy和Flexras Technologies，后者以其“Wasga”自动分区软件而闻名。2021年6月，西门子EDA通过收购PRO DESIGN的proFPGA产品系列进一步增强了其原型设计产品组合。

这些大公司的加入，以及S2C等供应商的加入，推动了从软硬件模拟到自动化原型解决方案的转变，提高了SoC设计的效率和准确性，为整个EDA行业的进一步创新铺平了道路。

原型设计中的主要挑战和解决方案

创新原型设计解决方案的出现推动了SoC设计的复杂性，并提高了对严格原型设计的需求。这些解决方案需要专业知识来管理设计分区、映射、与外部环境的接口和通信、调试和性能优化。因此，原型设计已成为一个高门槛领域，只有少数EDA公司保持领先地位。一些公司甚至依靠不断的合并来加强其市场地位。

作为原型设计领域的领导者，S2C通过时序驱动的RTL分区算法和内置增量编译算法解决了多FPGA RTL逻辑分区、互连拓扑、IO分配和高速接口方面的挑战。S2C不断更新硬件配置以支持更多FPGA并提供更高性能的连接器，确保其技术始终处于行业前沿。