Tối ưu hóa RTL và phần mềm với kết quả xác minh năng lượng nhanh cho thiết kế tỷ cổng

Trong mọi con chip, sức mạnh là một vấn đề tiến bộ cần được giải quyết. Các nhà thiết kế từ lâu đã phải dựa vào sự kết hợp giữa kinh nghiệm và kiến ​​thức để giải quyết vấn đề nan giải này, thường phải đợi cho đến khi có sẵn silicon để thực hiện phân tích điện năng với khối lượng công việc phần mềm thực tế. Tuy nhiên, điều này đã quá muộn trong trò chơi, vì nó trở thành một đề xuất tốn kém và tốn thời gian để giải quyết các vấn đề về năng lượng sau silicon. Trong bài đăng trên blog này, tôi sẽ giải thích cách bạn có thể đạt được kết quả xác minh sức mạnh khả thi trong vài giờ đối với các thiết kế tỷ cổng ngay từ đầu. Với khả năng này, bạn có thể tìm thấy các khu vực quan trọng và cửa sổ thời gian cho công suất cao nhất và do đó, tối ưu hóa RTL và phần mềm của bạn.

Việc thực hiện phân tích công suất sau silicon dẫn đến rủi ro thiếu các tình huống công suất cao quan trọng, điều này có thể tạo ra các vấn đề đáng kể về chi phí và việc áp dụng sản phẩm. Mặt trái của việc sai lầm về quyền lực? Một khách hàng có thể chọn sử dụng nhà cung cấp chip khác nếu một thiết kế không đạt được mục tiêu năng lượng đã hứa. Hoặc, một nhà thiết kế hệ thống có thể buộc phải quay ngược lại hiệu năng của chip để duy trì mức năng lượng được nhắm mục tiêu—một sự đánh đổi không thuận lợi trong các ứng dụng dựa vào hiệu năng điện toán nhanh. Trong bài đăng này, ban đầu được xuất bản trên Blog “Từ Silicon đến Phần mềm”, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn một số lĩnh vực ứng dụng SoC nơi phân tích điện năng chính xác là điều cần thiết.

GPU

Các ứng dụng GPU truyền thống là những thực thể được biết đến khi so sánh, nhưng điều này không làm cho nhiệm vụ phân tích sức mạnh trở nên dễ dàng hơn. Hãy xem xét một GPU được thiết kế cho máy tính xách tay. Bạn có thể chạy phân tích công suất tại các điểm đo nhất định trong một khoảng thời gian. Tuy nhiên, với khả năng lên đến 10 triệu chu kỳ xung nhịp, cách tiếp cận này rõ ràng là không đầy đủ—đó là lý do tại sao các nhà thiết kế theo truyền thống phải dựa vào các ước tính tốt nhất của họ về công suất.

Trí tuệ nhân tạo

Trong chip trí tuệ nhân tạo (AI), các ứng dụng cũng như ngăn xếp phần mềm cho các ứng dụng và kiến ​​trúc AI đều là những lãnh thổ mới, điều này đặt ra nhiều thách thức hơn từ góc độ định hình sức mạnh. Tuy nhiên, phần thưởng tiềm năng của việc tối ưu hóa các ứng dụng AI để tăng sức mạnh là rất lớn. Rốt cuộc, hiệu quả sử dụng năng lượng là một lợi thế mà các nhà thiết kế chip AI rất muốn có được, cùng với hiệu suất tính toán nhanh.

5G

Một ứng dụng quan trọng khác là 5G, tất cả đều hướng đến hiệu suất cao và độ trễ thấp. Các ứng dụng 5G liên quan đến rất nhiều quá trình xử lý song song và tần số cao, tuy nhiên, chỉ với lượng điện năng sẵn có như vậy, chúng phải được tối ưu hóa để chạy hiệu quả. Điều này đặc biệt đúng đối với chip đầu radio.

Các trung tâm dữ liệu

Các trung tâm dữ liệu, đặc biệt là các trung tâm dữ liệu siêu quy mô, được xây dựng trên các chip tiết kiệm năng lượng, nhanh như chớp có thể giúp tối đa hóa tổng thông lượng của hệ thống. Với hàng tỷ cổng cùng với khối lượng công việc phần mềm phức tạp, các SoC của trung tâm dữ liệu đi kèm với các yêu cầu xác minh và triển khai phần mềm đặc biệt khắt khe.

di động

Với yếu tố hình thức nhỏ gọn và thời lượng pin dài mong muốn, các thiết bị di động như điện thoại thông minh không thể sử dụng chip tiêu thụ quá nhiều năng lượng. Mặc dù khối lượng công việc của chúng ngày càng phức tạp, nhưng các thiết bị này—kể cả GPU ngốn điện—vẫn phải có khả năng đáp ứng hiệu quả năng lượng cho các khối lượng công việc này.

Cách trình giả lập năng lượng nhanh giải quyết thách thức về cấu hình năng lượng

Khi việc đáp ứng các yêu cầu về năng lượng động ngày càng trở nên khó khăn, các nhà thiết kế chip thường coi nguồn điện là thách thức xác minh hàng đầu của họ. Xác minh công suất động yêu cầu tìm công suất cực đại. Tuy nhiên, các sự kiện công suất đỉnh quan trọng được thúc đẩy bởi khối lượng công việc phần mềm thực tế. Mô phỏng có thể xác định công suất cực đại cao hơn cũng như thấp hơn ngân sách năng lượng, nhưng trong các thiết kế tỷ cổng, nó sẽ chỉ có thể nắm bắt được các sự kiện quan trọng thực sự nhờ may mắn thuần túy, vì các cửa sổ mà phương pháp dựa trên mô phỏng có thể xem xét cũng nhiều bé nhỏ. Một công cụ đăng xuất sẽ cung cấp các phép đo công suất chính xác, nhưng nếu nó được sử dụng trên cửa sổ thời gian sai, người thiết kế sẽ không thể xác định cửa sổ nào có công suất cao nhất.

Xác định các lỗi năng lượng thấp yêu cầu chạy khối lượng công việc phần mềm. Các thử nghiệm nhỏ sẽ không phát hiện ra các lỗi sức mạnh thực tế do khối lượng công việc điều khiển. Điều cần thiết là:

• Phần sụn và hệ điều hành thực khi thử nghiệm trước silicon
• Thi đua để xác minh sức mạnh qua hàng triệu hoặc hàng tỷ chu kỳ
• Xác minh nguồn silicon trước để gỡ lỗi, điều này không thể thực hiện được với silicon thực tế

Mô phỏng tốc độ cao cho phép các nhóm thiết kế thực hiện xác minh nguồn sớm hơn trong chu trình thiết kế, nhờ đó, họ có thể giảm thiểu rủi ro về lỗi nguồn và bỏ lỡ các mục tiêu về nguồn của SoC. Thật vậy, một trình mô phỏng năng lượng nhanh có thể là câu trả lời cho vấn đề nan giải về xác minh năng lượng phần cứng/phần mềm, mang lại độ chính xác cao hơn trên một cửa sổ rộng hơn. Trình giả lập lý tưởng có thể chạy nhiều lần lặp lại mỗi ngày trên các thiết kế lớn với khối lượng công việc thực tế. Bằng cách đó, các nhà thiết kế chip có thể thu được những hiểu biết hữu ích về cấu hình sức mạnh của các thiết kế của họ.

Thông tin chi tiết hữu ích trong vài giờ

Với khối lượng công việc SoC nhiều tỷ cổng, Synopsys đã công bố hệ thống mô phỏng Synopsys ZeBu® Empower mới để xác minh sức mạnh phần cứng/phần mềm. Mang lại hiệu suất tính toán tối đa, Trao quyền cho ZeBu có thể thực hiện nhiều lần lặp lại mỗi ngày, mang lại kết quả khả thi sau vài giờ. Dựa trên các cấu hình năng lượng thu được, các nhà thiết kế phần cứng và phần mềm có thể sớm xác định các khu vực mà họ có thể cải thiện năng lượng động và năng lượng rò rỉ. ZeBu Empower sử dụng Máy chủ ZeBu công nghệ phần cứng mô phỏng nhanh để cung cấp thời gian quay vòng ngắn.

ZeBu Empower cũng cung cấp các khối quan trọng về năng lượng và cửa sổ thời gian vào Tóm tắt động cơ PrimePower để tăng tốc phân tích công suất RTL và phê duyệt công suất cấp cổng. Cả ZeBu Empower và PrimePower đều là một phần của Giải pháp năng lượng thấp dựa trên phần mềm Synopsys. Được minh họa trong sơ đồ bên dưới, giải pháp công suất thấp cung cấp một quy trình và phương pháp từ đầu đến cuối trải rộng từ phân tích kiến ​​trúc đến phân tích công suất RTL khối đến phân tích và tối ưu hóa công suất SoC.

Giải pháp tiêu thụ điện năng thấp dựa trên phần mềm Synopsys được thiết kế để giúp giảm mức tiêu thụ điện năng động và tĩnh tổng thể của IC.

Tổng kết

Công suất có thể chỉ là phần thách thức nhất trong phương trình công suất, hiệu suất và diện tích (PPA). Và khi nói đến các thiết kế nhiều tỷ cổng, sự phức tạp trong việc đạt được các cấu hình năng lượng chính xác chỉ tăng lên. Tuy nhiên, với giải pháp mô phỏng năng lượng nhanh từ Synopsys, các nhóm thiết kế giờ đây có thể tìm thấy các khu vực quan trọng và khoảng thời gian cho năng lượng cao nhất, để họ có thể tối ưu hóa RTL và phần mềm của mình. Bằng cách tận dụng luồng năng lượng thấp toàn diện của Synopsys, các nhà thiết kế có được các công cụ có thể giúp họ đáp ứng các mục tiêu PPA của mình. Do khối lượng công việc lớn và nhu cầu về hiệu suất của các ứng dụng như GPU, AI, 5G, trung tâm dữ liệu và thiết bị di động, bất kỳ giải pháp nào có thể cung cấp bức tranh về sức mạnh chính xác hơn đều là sự bổ sung đáng hoan nghênh cho bộ công cụ PPA của bất kỳ nhà thiết kế nào.

Chia sẻ bài đăng này qua: Nguồn: https://semiwiki.com/eda/synopsys/301320-optimize-rtl-and-software-with-fast-power-verification-results-for-billion-gate-designs/