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硬體模擬技術推動高速商用處理器進展

上網時間: 2008年01月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Xtreme  模擬  驗證 

昇陽電腦(Sun)在以SPARC和UltraSPARC產品線為首的處理器創新方面素負盛名。其最新一代UltraSPARC T2處理器中所採用的CoolThreads技術已為Sun Fire T5220、T5120和T6320系列伺服器提供了強大的動力。這些伺服器不但功能強大,而且也極其環保──其功率只相當於一顆電燈泡的水準。其技術當然先進,但要驗證這些領先的產品,卻極具挑戰性。

和很多其他公司一樣,我們過去一直依靠基於軟體的模擬來完成大多數功能驗證。然而,隨著設計規模變得越來越龐大,系統級整合顯得越來越重要,而軟硬體協同驗證也變得非常關鍵,必須延長驗證時間或提高驗證性能才能跟上驗證複雜度的發展。

軟體模擬本身的頻寬不足以設立高度的驗證信心,也不足以縮短UltraSPARC T2處理器與伺服器系統產品化的時間。事實上模擬已經開始成為我們開發週期中的一大瓶頸,有鑒於此,我們必須進一步完善驗證環境。

為了讓讀者對驗證任務有個更清楚的認識,在此大概介紹一下UltraSPARC T2處理器。這款處理器在單晶片中包含了所有通用處理器中應有的核心和執行緒,而且整合了伺服器的所有關鍵功能,包括運算、1G/10G連網、安全、輸入/輸出(PCIE),並緊密整合了Solaris作業系統。可以看出,這對我們的驗證團隊而言是一項意義重大的任務。

我們要做的第一步是開發驗證步驟,並透過提供驗證團隊所熟悉的‘類似模擬’的驗證環境,並充分利用基於硬體的性能來確定驗證團隊可以輕鬆接受的方案。採用這種方案,我們的驗證團隊就能在面對諸如8處理核心、每核心8執行緒(即同時採用64執行緒執行程式)的多執行緒驗證任務時輕鬆整合新的技術。我們實質上是要驗證64個CPU同時執行時的情況。由此可以想像 ,我們的驗證任務極端複雜,已經超出了純軟體模擬器能夠達到的頻寬。

易於使用的硬體驗證方案

此處我們選用了Cadence的Xtreme系列硬體加速和模擬器。Xtreme環境能在單一模擬環境下無縫整合模擬、加速和在線模擬功能。它不但能在不同環境之間切換,而且還可以執行非常長的隨機測試,對我們來說這些都是關鍵功能。此外,我們還發現,該系統所整合的內部工具、各種模擬環境和形式驗證技術是對Sun驗證技術的很好補充,可以幫助我們實現功能更強大的企業級驗證方案。

我們的驗證團隊還發現,通過將UltraSPARC T2處理器的設計映射到下層可重配置運算處理器,它們就能執行包含許多隨機測試的長模擬,甚至在設計投片之前就完成啟動Solaris作業系統之類的任務。

硬體輔助優勢在驗證啟動後開始展現

我們發現,這些硬體系統的自由性和靈活性允許我們進行成效顯著的重複驗證。例如,我們曾執行過隨機測試和定向測試,從中找出了多個缺陷,並在硬體中做出了改正,這對提高生產力有極大幫助。此外,當韌體或啟動程式碼就緒後,它們能夠快速執行並解決軟硬體整合方面的問題。這樣,我們就能在一個非常緊張的時間表內逐步識別並改正軟硬體缺陷,因而避免成本高昂的重新投片。現在,我們已經能大幅縮短從第一塊矽晶片到整個伺服器系統發佈的晶片產品化時間。

Xtreme還有一些附加功能,其中之一就是VCD-on-Demand。該功能可在驗證執行過程中保存模擬過程的某些快照,設計師無需花費幾天的時間進行重新模擬就能得到某個精確時間範圍內的訊號波形。這一功能將除錯時間從幾天縮短到了幾小時。此外,利用中斷╱繼續功能,我們還能將硬體所負責的長模擬任務中斷,騰出資源來完成優先級更高的短期模擬或除錯任務。對於該系統幫助我們在模擬和模擬之間設立聯繫的方式,我們也非常喜歡。我們發現,緊密耦合的軟體模擬器以及在軟硬體模擬環境之間來回進行熱交換的能力可以極大縮短新設計驗證時間。利用Xtreme的在線模擬功能可以在晶片從代工廠回來之前就產生主板、執行系統軟體,並準備好許多矽晶片除錯工具。

Sun透過GPL發佈了一份OpenSPARC T2技術程式設計師參考手冊和OpenSPARC T2技術微架構規格,並啟動了一項NDA開發人員試用計劃,因而使開發人員能夠對OpenSPARC T2處理器的內部工作情況有一個最初的認識。開發人員可以在www.opensparc.net上獲取更多相關資料。

追求驗證的更高境界

由於需要設計基於CMT的超多執行緒更大流量的晶片上伺服器,驗證效率就顯得極為重要,驗證團隊也將繼續挑戰驗證引擎和方法的極限。為此,我們將繼續依靠頻寬更大的硬體驗證系統來負責新的工作量。諸如Cadence Xtreme和Palladium硬體模擬器這類最優秀的驗證工具,配合system verilog聲明和覆蓋率驅動的方法,將幫助我們更早更有效地發現設計中存在的問題,促進先進技術的開發。

圖1:UltraSPARC T2處理器結構圖。
圖1:UltraSPARC T2處理器結構圖。

圖2:相對性能。
圖2:相對性能。

圖3:基於T2的伺服器具有極大的競爭優勢。
圖3:基於T2的伺服器具有極大的競爭優勢。

作者:Jai Kumar

驗證技術專家

Sun Microsystems




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