复杂芯片设计验证之概述

路科验证 2021-10-14 12:03
SmartDV
作者:北美应用工程总监Bipul Talukdar

即使设计项目组把完全满足芯片设计要求作为工作的首要目标,许多芯片设计师还是会寝食难安地担心设计出来的芯片最后是“一块石头”。因为无论覆盖率多少或使用了多少验证工具,总可能有bug 会被遗漏。


这种高压、苛刻的开发环境需要基于三个在功能级使用独立验证工具的技术,以确保设计出没有bug并且具有高可靠性的芯片。虽然在验证和测试过程中有很多貌似重叠的工作,但许多“身心疲惫”的设计师依然认为这种额外的努力是值得的。


上述三个功能级使用的验证技术包括功能验证、功能测试和内置自检(BIST),结合这三个对芯片不同设计阶段提供保证的工具,将会使设计出合格芯片的信心同步倍增。


功能验证是最耗费资源的环节,因为它需要使用大量的 EDA 工具和占用大量时间。功能验证必须同时包括功能覆盖和代码覆盖,它们对验证的问题有不同的处理方式,所以它们都是确保全面验证的必要手段。



功能覆盖解决了芯片设计的功能是否与芯片规范匹配的问题,即规范要求的功能是否被对应验证到,但这还不够,因为预期的功能描述很少涉及出现异常状态或输入时芯片会如何反应。


在这里代码覆盖着眼于代码设计结构而不是设计规范,它可以发现规范中未考虑到的行为。例如,它会考虑正常运行时永远不会出现的状态或输入,如果发生这种意外,会发生什么?芯片如何响应?芯片很可能会做出意想不到的响应。


通过功能覆盖和代码覆盖量化功能验证的互相补充,能帮助设计进入到后续的综合、tape-out和最终到foundry进行生产。完成功能和代码覆盖的验证能排除设计中的大部分或所有功能缺陷。当然,这个结果还不是最终设计目标,最终目标是生产出合格的芯片。


芯片制造完成后,将使用功能测试和BIST来排除由制造或制造过程中其他问题引起的缺陷。根据可测试性设计要求的内容,利用BIST规划已测试功能和待测功能的覆盖,确保芯片内的晶体管和导线无缺陷。一个完备的测试策略(包括BIST),可以测试那些难以用搭建外部测试环境来测试芯片内部的关键电路,减少测试人员的测试时间,降低生产测试的时间和成本,BIST的第二个主要好处是,它可以在设备使用寿命期间的任何时候使用,同时它还是有些应用场合可能用到的必要手段。


使用嵌入式 FPGA 可以简化功能测试,因为 FPGA 是经过验证的组件,它能保证按照预定程序运行,能最大限度地减少测试工作量。虽然 FPGA 中的 BIST 会带来额外的面积和性能开销,但使用这个技术后具有显著的好处,包括更好的测试和具有在器件安装到系统后仍然可以测试的可能。


我们需要一种将功能设计验证与综合功能测试策略相结合的综合验证策略,以减少芯片“见光死”的可能性。



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路科验证 专注于数字芯片验证的系统思想和前沿工程领域。路桑是Intel资深验证专家,主持验证架构规划和方法学研究,担任过亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外,他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。著有书籍《芯片验证漫游指南》。
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