什么是芯片设计与验证中的仿真？

本文介绍了电子设计和芯片验证中的仿真技术。关于工程和多物理场仿真，请参阅 Ansys 上的《什么是仿真？》。

仿真技术是当代工程和产品开发 的基础。其主要作用之一在于，使团队能够在投入实体原型制作之前，对概念进行测试、对设计进行验证并探索替代方案。这种早期洞察之所以极其宝贵，原因有以下几点：

• 降低风险：通过在硬件制造之前识别设计缺陷或低效之处，仿真有助于避免在开发 周期后期可能出现的代价高昂的错误。
• 加快创新步伐：仿真技术可加速设计流程，在更短的时间内实现更多迭代和优化。这在半导体和电子等发展迅速的行业中尤为关键开发 。
• 增强的复杂性管理：现代系统（如SoC）极其复杂。在投入生产之前，仿真提供了验证数千或数百万个组件之间相互作用的唯一可行方法。

基于这些原因，仿真不仅仅是在设计过程中的一步，而是一种持续、迭代的工具，能够在项目整个生命周期内推动创新和提升质量。

仿真通过构建一个能够模拟目标系统基本特征和行为的数学或逻辑模型来实现。随后，该模型在受控的虚拟环境中运行，使用户能够在不涉及物理风险或成本的情况下，操作变量、设置场景并观察结果。

在电子设计中，仿真工作流程包括：

1. 模型创建：工程师开发系统各组件及其相互作用的模型，涵盖从逻辑门到处理器和内存模块等各个方面。
2. 输入刺激：测试平台会生成代表实际运行条件或边界情况的输入信号或场景。
3. 执行与观察：仿真引擎处理模型和刺激信号，生成波形或日志等输出结果，工程师可据此分析正确性 、性能和功耗。
4. 分析与迭代 ：对结果进行审查，以发现缺陷或效率低下之处。对设计进行优化，并重新运行仿真（通常需要多次），直到满足需求为止。

科技行业利用多种类型的仿真技术来应对现代系统设计中的多方面挑战。其中最常见的包括：

• 功能仿真：在设计过程的早期阶段使用，用于验证数字逻辑和整体系统行为是否符合规格要求。
• 时序仿真：确保所有操作和信号跳变均满足严格的时序要求，这对高速或同步系统至关重要。
• 故障 仿真：对于安全关键型应用而言，此类仿真至关重要，它会向模型中注入诸如卡死或瞬态错误等故障，以测试系统如何检测和管理错误。
• 功耗仿真：评估系统的能耗，使设计人员能够优化能效。
• 热仿真：对发热和散热进行建模，这对防止高密度电子设计中出现过热现象至关重要。

通过结合这些方法，工程师可以对设计的各个方面进行验证，从功能正确性 和速度到安全性和可靠性。

仿真具有诸多优势，使其成为现代工程和设计流程的基石：

• 早期缺陷检测：在制作实体原型之前就识别并解决设计缺陷，从而减少耗资巨大的修改和上市时间 延误。
• 成本节约：最大限度地减少对昂贵硬件原型和物理测试的需求。
• 加速开发 开发周期：实现快速迭代 和测试，使团队能够在更短的时间内探索更多设计方案。
• 提高设计质量：通过在各种场景下验证功能、时序和安全性，从而提升可靠性和性能。
• 风险缓解：在不危及实际资产的情况下，安全地测试系统对极端或罕见事件的响应。
• 可扩展性：可对复杂程度各异的系统进行仿真，从单个组件到整个网络。
• 法规符合性 ：协助符合性 符合行业标准和法规，例如适用于汽车行业的ISO 26262 以及适用于工业安全的 IEC 61508。
• 知识转移：为培训、故障排除以及未来的设计改进提供有价值的见解和文档。

仿真技术使企业能够充满信心地进行创新，确保产品在竞争激烈的市场中满足性能、安全性和质量方面的预期要求。

新思科技 是电子设计自动化领域的全球领导者，提供行业领先的领先的 仿真技术，该技术构成了数字设计验证的基础。其核心是新思科技 VCS® 功能验证（Functional Verification），这是逻辑仿真的首选解决方案。VCS 可对使用硬件描述语言（如Verilog 、SystemVerilog 和 VHDL）描述的设计进行快速、精确的仿真。它支持包括 UVM 和断言驱动验证在内的先进验证方法，帮助团队加速 发现缺陷并实现覆盖率收敛 。

除了VCS之外， 新思科技 还提供配套的仿真技术：

• VC 回放：用于优化功耗的门级功耗分析。
• VC Z01X故障 仿真：针对安全关键型设计提供全面的 故障 注入与分析。
• 测试平台 质量保证:用于衡量和提升测试平台 效果的工具。
• VC 便携式刺激源： 支持在不同平台和抽象层级上实现可复用的高质量测试场景。

这些仿真解决方案共同提供了无与伦比的性能、精度和可扩展性，使工程团队能够验证复杂的SoC，满足安全与功耗要求，并实现首次通过流片成功 。