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定義
驗證是硬體與軟體工程中至關重要的流程，旨在確保系統、元件或產品符合其指定要求，並能正確執行預定功能。在半導體設計與電子工程領域中，驗證旨在於製造或部署前，確認設計實現是否符合原始設計意圖。此流程涵蓋多種技術，包括模擬、形式分析、仿真、原型製作及靜態檢查，以在開發週期的早期階段識別並解決設計錯誤。
在系統單晶片（SoC）及其 積體電路 (IC) 開發領域中，驗證是不可或缺的一環。現代晶片極為複雜，涉及數十億個電晶體，以及硬體與軟體之間錯綜複雜的互動。驗證有助於工程師發現功能性錯誤、效能瓶頸及安全性漏洞，確保唯有穩健且可靠的產品才能進入市場。
驗證的重要性不僅限於功能層面。它有助於確保符合安全標準、能源效率目標及互通性要求，因此對於任何致力於提供高品質電子產品的組織而言，驗證都是一門不可或缺的學科。
驗證機制是如何運作的？
驗證採用多面向的方法，以確保設計能如預期般運作。此流程通常在開發階段初期便開始，並持續至晶圓製程後的驗證階段，涵蓋多種方法：
模擬：
模擬是最廣泛使用的驗證技術。它涉及在軟體環境中，利用模擬真實情境的測試平台來執行被測設計（DUT）。諸如 新思科技 VCS®，可讓工程師觀察 DUT 如何對各種輸入做出反應，從而揭露功能錯誤與意外行為。測試覆蓋率指標有助於衡量設計的測試完整性。
形式驗證：
形式驗證運用數學方法來證明設計屬性的正確性。與僅測試選定情境的模擬不同，形式驗證會對設計中的所有可能狀態與轉換進行徹底分析。諸如 新思科技 VC Formal™ Apps 等工具可自動化此流程，並找出傳統測試可能忽略的邊界案例錯誤。
模擬與原型開發：
隨著設計複雜度不斷提升，僅靠模擬可能因效能限制而無法滿足需求。透過專用硬體平台進行的仿真，可實現被測裝置（DUT）的高速執行，從而促進軟體的早期啟動與系統驗證。 新思科技 提供最快的仿真系統，開發人員可藉此使用真實工作負載來測試完整的系統單晶片 (SoC)。透過 新思科技 HAPS® 系統等，透過在實際硬體上執行設計，進一步加速驗證流程，彌合了模擬與矽晶片之間的差距。
靜態與結構檢查：
靜態驗證工具（例如 VC SpyGlass™ RTL 靜態簽核）會在不執行設計的情況下，對其結構進行深入分析。這些工具會檢查程式碼錯誤、設計規則違規，以及時域交叉或電源管理缺陷等潛在問題，以確保在進行動態測試前，設計的完整性。
除錯與覆蓋率分析：
除錯功能已全面整合至驗證流程中，透過 新思科技 Verdi® 等工具，提供統一且跨領域的除錯功能。基於覆蓋率的驗證可確保設計的所有部分均被測試，而周詳的規劃與管理則使團隊能夠追蹤進度並找出驗證缺口。
| 方法 | 說明 | 範例 新思科技 工具 |
| 模擬 | 在軟體測試平台中執行被測裝置（DUT），以找出功能性錯誤。 | VCS® |
| 形式驗證 | 運用數學方法來證明正確性，並找出邊界情況下的錯誤。 | VC Formal™ 應用程式 |
| 硬體模擬 | 硬體平台以高速執行設計，以進行完整的系統單晶片（SoC）驗證及早期軟體啟動。 | ZeBu® |
| 原型設計 | FPGA基於該平台的原型機可進行實際硬體驗證與軟體開發。 | HAPS® |
| 靜態／結構檢查 | 在不執行 RTL 程式碼的情況下分析其內容，以偵測規則違規及錯誤。 | VC SpyGlass™ |
| 除錯與涵蓋 | 提供橫跨硬體與軟體的可視性，並確保完整的測試覆蓋率。 | Verdi® |
驗證在現代設計中日益重要的地位
隨著技術的進步，系統單晶片（SoC）與電子產品的複雜性已大幅提升。這種複雜性的增加意味著，驗證已不再是開發過程中單純的「勾選項目」，而是已成為整個設計流程的核心環節，協助團隊管理風險、提升可靠性，並確保專案如期推進。
如今，驗證工作已由一系列先進的方法與工具提供支援。自動化、形式驗證技術以及人工智慧（AI）正被運用來處理必須進行測試的龐大設計情境與邊緣案例。諸如 新思科技 VSO.ai 等解決方案，將人工智慧驅動的洞察力引入驗證流程，讓團隊能夠更快地發現問題並優化工作流程。這些創新使工程師能夠跟上設計變更的快速步伐，並滿足日益增加的產品需求。
滿足功能安全要求是另一個必須進行驗證的領域。例如，汽車和航太等產業必須遵守嚴格的安全標準，例如 ISO 26262。這些法規要求實施全面的驗證流程，以確保系統即使在意外情況下，仍能安全且按預期運作。 新思科技 提供驗證工具與服務，協助組織自信地符合這些標準。
隨著越來越多的軟體被整合到硬體設計中，且裝置之間的互聯性日益增強，驗證整個系統（包含硬體與軟體）已成為必要之舉。系統層級的驗證可確保所有元件都能如計畫般協同運作，協助企業更快地將穩健且可靠的產品推向市場。
驗證的好處
驗證在整個硬體與軟體開發生命週期中都能帶來顯著價值。其好處包括：
- 早期錯誤檢測：在製造前識別設計缺陷、邏輯錯誤及整合問題，從而減少耗費高昂的晶片重製。
- 提升產品品質：確保系統能按預期運作，從而提高可靠性與客戶滿意度。
- 加速產品上市時間：透過及早發現錯誤、將延誤降至最低，並支援敏捷開發方法，從而簡化開發流程。
- 成本節省：減少與後製修正、產品召回及保固索賠相關的支出。
- 合規性與安全保證：驗證是否符合產業標準與安全法規，這對於汽車、醫療及航太應用至關重要。
- 功耗與效能優化：透過針對性的分析與驗證，協助優化設計以提升功耗效率與效能。
- 提升除錯效率：統一的除錯平台可協助快速分析根本原因，並解決複雜的問題。
- 提升生產力：驗證工具之間的原生整合可提高處理量，並實現模擬、仿真與原型製作之間的無縫銜接。
- 全面覆蓋：確保設計的所有功能層面及邊緣情況均已通過驗證，從而降低風險。
- 促進協作：集中式的驗證管理與規劃工具，有助於團隊協調工作並追蹤驗證進度。
| 效益 | 說明 |
| 早期錯誤偵測 | 在製造前找出缺陷與整合問題。 |
| 提升產品品質 | 確保系統能按預期運作，以提升可靠性。 |
| 加速產品上市時間 | 及早發現錯誤，以減少延誤。 |
| 節省成本 | 可避免耗資龐大的矽晶片重新製程、產品召回及保固索賠。 |
| 合規與安全保障 | 有助於符合ISO 26262 等嚴格標準。 |
| 功耗與效能優化 | 可優化電源效率與效能。 |
| 提升除錯效率 | 統一的除錯功能可加速根本原因分析。 |
| 提高生產力 | 原生工具整合可提升處理量。 |
| 全面保障 | 驗證所有功能層面及邊界情況。 |
| 促進協作 | 規劃工具有助於協調驗證團隊。 |
當今驗證工作面臨的主要挑戰有哪些？
隨著設計規模與複雜度不斷增加，驗證領域正面臨多項挑戰：
- 可擴展性：要處理十億閘位級的設計，需要能夠在不犧牲效能或覆蓋率的情況下實現擴展的工具與方法論。
- 覆蓋率收斂:要實現全面覆蓋，確保所有情境、邊界案例及需求均已通過測試，正變得越來越困難。
- 除錯複雜度：隨著系統整合越來越多的硬體與軟體，跨抽象層級進行故障除錯的難度也隨之增加。
- 資源限制：驗證工作消耗了專案資源中相當大的一部分；優化效率是維持競爭力的關鍵。
- 不斷演變的標準：跟上新的通訊協定、安全標準及資安要求，進一步增加了驗證負擔。
新思科技 透過可擴展的工具、統一的除錯環境以及自動化功能來應對這些挑戰，使團隊能夠克服驗證瓶頸，並交付高品質的產品。
| 挑戰 | 為什麼這很重要 |
| 可擴展性 | 十億閘位級的設計需要能夠在不犧牲效能的情況下進行擴展的工具。 |
| 覆蓋率收斂 | 很難確保所有邊界情況和需求都經過測試。 |
| 除錯複雜度 | 硬體與軟體的整合程度越高，跨領域除錯的難度就越大。 |
| 資源限制 | 驗證會消耗大量專案資源，因此效率至關重要。 |
| 不斷演進的標準 | 新的作業規範與安全／保安要求增加了負擔。 |
驗證與 新思科技
新思科技 是驗證領域的全球領導者，提供全面的解決方案組合，使團隊能夠從 RTL 層級到系統層級驗證，對整個 SoC 進行驗證。 新思科技 驗證產品系列整合了橫跨所有驗證領域的業界領先技術，協助團隊加速錯誤偵測、提升除錯效率，並如期交付高品質產品。
主要解決方案包括：
- 模擬：新思科技 VCS®提供具備先進覆蓋率與低功耗功能的高效能模擬解決方案。
- 除錯：新思科技 Verdi®提供統一且跨領域的除錯功能，並能深入洞察硬體與軟體的運作狀況。
- 靜態與形式驗證：VC SpyGlass™可確保 RTL 靜態簽核，而VC Formal™ Apps則提供全面的屬性檢查，以找出邊角案例中的錯誤。
- 模擬：ZeBu®系統可提供快速的硬體輔助驗證，用於在真實工作負載下對整個系統單晶片（SoC）進行全面驗證。
- 原型開發：基於HAPS® FPGA 的原型開發平台，可支援軟體的早期啟動與系統整合。
- 虛擬原型設計:Virtualizer™能在硬體問世之前，加速系統層級的建模與軟體開發。
- 驗證 IP (VIP)： 驗證 IP 函式庫的全面性通訊協定，可加速合規性測試與互通性驗證。
這些解決方案共同構成了一个整合生態系統，不僅能擴展至十億閘極級的設計，還能支援早期軟體開發，並協助客戶滿足現代半導體設計中日益增長的安全性、保安性與效能需求。
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