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EDA,IC设计相关技术文章自动IP生成_国产EDA的新机会

过去半个月,因为华为禁运事件的进一步升级,又在国内掀起了关于本土集成电路实力的广泛讨论。尤其是在EDA方面,因为市场基本都集中在三家厂商手里,加上他们的技术积累。为此,对于本土EDA的未来,大家都保留态度。而在本文作者看来,国产EDA还有一个机会,那就是自动IP生成。

什么是自动IP生成

随着半导体行业的发展,SoC已经成为了芯片设计的最常见形式。在SoC中,通常都包括了多个半导体IP,之后在顶层把这些IP连接到一起组成完整的系统。

常规的IP设计过程费时费力。一般来说,数字IP设计首先需要定义IP实现的功能、接口和高层架构设计,此后进一步细化到微架构设计(如模块划分和RTL定义),然后再是映射到具体的电路设计。模拟IP设计则是需要首先定义模块的性能指标(spec),之后根据该指标再去仔细调整电路/版图设计并随时进行仿真验证,在多次迭代之后获得最终的模拟IP设计。在整个过程中,每一个环节都需要大量的时间和人力。

与之相对,自动IP生成则是希望能通过直接把顶层架构设计(对于数字IP)或模块指标(模拟IP)映射到电路。这样一来,就能大大节省设计的时间和成本,同时可以做更多的设计探索,最终收敛到最优设计。

数字领域的自动IP生成

传统的数字电路IP设计通常需要经过以下几个环节:

(1)制定顶层的架构和算法(使用C语言等高级语言设计),并且进行算法验证;

(2)根据顶层架构做模块划分和微架构设计/优化,包括时序规划、clockgating等;

(3)根据微架构设计RTL;

(4)根据RTL进行综合生成门级网表;

(5)根据门级网表做布局布线生成版图GDS。

而数字领域的自动IP生成则是指使用(1)中的高级语言设计,跳过(2)和(3),直接生成RTL/门级网表/GDS。

我们认为,数字领域的自动IP生成非常适合信号处理型IP。信号处理型IP主要是对于输入信号做数学运算,其中的主要部分即做运算的数据通路(datapath),典型的信号处理型IP包括数字滤波器、视频编解码等等。

我们可以更进一步把数字领域的自动IP生成分为两大类。一类是对于某些算法和结构相对固定的数字IP,根据顶层的IPspec输入去自动生成电路设计。典型的例子是MathWorksMatlab中的数字滤波器自动RTL综合,用户只需要输入数字滤波器的类型(FIR,IIR)、指标(带宽、中心频率、滤波抑制比、通带纹波等)等信息,就能自动生成高质量的数字滤波器RTL代码。在这类应用中,使用自动生成的优势在于可以大大较少设计验证的迭代时间。例如,在数字滤波器设计中,用户最关心的就是带宽、滤波抑制比等高层的频域指标,但是如果使用RTL去做设计仿真的话,需要自行加入相应的激励波形,同时输出的时域波形图也无法直接反映频域的特性,而需要去把该波形图的数据点导出再去做傅立叶分析才能验证设计是否满足频域指标。这一来一去就会花很多时间,而使用数字IP直接生成则可以直接在Matlab里去验证滤波器的性能以及把滤波器接入系统中的整体性能,这样就大大加速了设计流程。