Sintesi esecutiva
L’industria dei semiconduttori sta attraversando una trasformazione guidata dalla crescente complessità dei progetti, da requisiti prestazionali sempre più stringenti e dalla necessità di ridurre il time-to-market. Per soddisfare queste esigenze, i team di ingegneria devono unificare workflow tradizionalmente separati nei domini analogico, digitale e di verifica. L’adozione della progettazione Model-Based utilizzando MATLAB® e Simulink® consente questa unificazione includendo l’intero ciclo di vita dei semiconduttori — dallo sviluppo iniziale degli algoritmi e dalla modellazione architetturale fino alla generazione di RTL consapevole di PPA (power, performance e area), alla verifica UVM, all’analisi dell’integrità del segnale e all’integrazione con strumenti EDA standard di settore.
Questo white paper scopre come MATLAB e Simulink facilitano i workflow di progettazione e verifica dei semiconduttori end-to-end, aiutando i team ad accelerare l'innovazione, ridurre i rischi e fornire sistemi ad alte prestazioni. MATLAB e Simulink aiutano i team di ingegneria a spostare la verifica verso sinistra (shift-left), semplificare la collaborazione e ottimizzare i risultati, consentendo la verifica precoce e l’esplorazione architetturale, supportando la generazione di RTL consapevole di PPA e integrandosi con i workflow da Cadence®, Synopsys® e Siemens EDA®.
I workflow tradizionali dei semiconduttori sono frammentati. I team analogici e digitali operano tipicamente in modo isolato, utilizzando strumenti e processi non integrati. Questa frammentazione porta spesso a inefficienze, problemi di progettazione nelle fasi avanzate e mancato raggiungimento degli obiettivi prestazionali. MATLAB e Simulink possono contribuire ad affrontare queste sfide offrendo un ambiente unificato di modellazione e simulazione che collega tutte le fasi del processo di progettazione grazie all'integrazione con gli strumenti EDA.
Questa integrazione è più di una semplice comodità: è un fattore strategico abilitante. Riutilizzando i modelli MATLAB e Simulink esistenti come riferimenti “golden”, come generatori di stimoli o per la generazione di RTL sintetizzabile consapevole di PPA e di modelli IBIS-AMI, i team possono colmare il divario tra la modellazione architetturale e l’implementazione hardware. Questo approccio non solo migliora la produttività, ma garantisce anche coerenza e collaborazione nelle fasi di progettazione e verifica. Le sezioni seguenti di questo white paper illustrano questi vantaggi descrivendo tre esempi di workflow critici nella progettazione e verifica dei semiconduttori:
- Modellazione comportamentale early-stage di sistemi a segnali misti
- Verifica architettonica basata su scenari realistici
- Generazione di RTL sintetizzabile consapevole di PPA
Ciascuno di questi workflow contribuisce a una strategia di progettazione dei semiconduttori coerente e end-to-end, riflettendo al contempo una più ampia tendenza del settore verso la progettazione Model-Based e la verifica anticipata.
I sistemi a segnali misti ad alta velocità, come i SerDes da oltre 200 Gb/s, presentano sfide uniche a causa dell’integrazione di componenti analogici e digitali. Questi sistemi richiedono che componenti come convertitori di dati, sintetizzatori di clock e riferimenti di tensione siano robusti rispetto a variazioni di processo, derive di temperatura e fluttuazioni della tensione di alimentazione.
I flussi di lavoro tradizionali spesso rimandano la validazione alle fasi avanzate del ciclo di progettazione, aumentando il rischio di costose riprogettazioni. La modellazione comportamentale in fase iniziale affronta questo problema consentendo la simulazione e la validazione dei componenti di sistema prima dell’implementazione finale. Gli ingegneri possono utilizzare modelli architetturali per generare modelli comportamentali simulabili all’interno di simulatori EDA, consentendo lo sviluppo parallelo dei sottosistemi.
Ad esempio, in un sistema SerDes, un modello comportamentale di un convertitore analogico-digitale (ADC) può essere utilizzato per progettare uno schema di calibrazione senza attendere la disponibilità del design finale dell’ADC. Questo parallelismo accelera lo sviluppo e favorisce miglioramenti iterativi.
Incorporando modelli comportamentali precoci, gli ingegneri riducono il rischio di progettazione, aumentano la flessibilità e migliorano le prestazioni complessive del sistema. Questo approccio è essenziale per gestire la complessità dei moderni sistemi misti e per mantenere un vantaggio in un contesto competitivo.
Modello di sistema con un loop di correzione.
I moderni sistemi a semiconduttore, in particolare quelli utilizzati nelle applicazioni radar automotive, devono funzionare in modo affidabile in condizioni ambientali diverse e dinamiche. Gli approcci di verifica tradizionali si basano spesso su pattern di test astratti che non riescono a catturare la complessità degli scenari reali. Questa disconnessione può portare a problemi nelle fasi avanzate e a un disallineamento con le aspettative del cliente.
MATLAB e Simulink consentono agli ingegneri di modellare le architetture dei circuiti integrati (IC) e valutarne il comportamento in ambienti realistici, in quello che viene definito verifica Environment-in-the-Loop. Ad esempio, le architetture dei circuiti integrati radar possono essere modellate e valutate in base a scenari di guida realistici conformi agli standard industriali come Euro NCAP®. Questi scenari di guida simulano condizioni stradali, consentendo una validazione precoce di metriche a livello di sistema come il rapporto segnale-rumore (SNR) e la distorsione armonica totale (THD).
Questa metodologia anticipa la verifica, focalizzandosi sulle prestazioni definite a livello di specifica piuttosto che sui dettagli implementativi più a basso livello. Gli ingegneri possono utilizzare modelli ad alto livello per creare ambienti di test realistici e usarli per verificare i modelli architetturali dei circuiti integrati, assicurando che i criteri di verifica siano coerenti con i requisiti finali degli utenti. Questo approccio supporta anche un affinamento iterativo, consentendo ai team di ingegneria di adattarsi rapidamente alle modifiche progettuali senza dover riprogettare il testbench.
Scenario radar di guida simulato.
Integrando scenari realistici nella verifica architetturale, i team possono migliorare la copertura, ridurre i rischi e garantire che i sistemi a semiconduttore soddisfino le prestazioni attese in condizioni reali.
La traduzione di algoritmi di alto livello in RTL efficiente e sintetizzabile è una fase cruciale nella progettazione digitale. Gli ingegneri devono rispettare rigorosi vincoli di PPA garantendo al contempo la correttezza funzionale.
Utilizzando HDL Coder™, gli ingegneri possono convertire automaticamente il codice MATLAB e i modelli Simulink in RTL (nei linguaggi Verilog, SystemVerilog o VHDL) o in SystemC sintetizzabile, compatibile con strumenti di sintesi di alto livello come Cadence Stratus.
Workflow di analisi PPA.
Ad esempio, un algoritmo di crittografia sviluppato in MATLAB può essere convertito in SystemC e sintetizzato in RTL utilizzando Cadence Stratus. Lo strumento fornisce report dettagliati sul PPA, inclusi area sequenziale e combinatoria, utilizzo dei registri, frequenza di clock, latenza e consumo energetico.
Questo rapido loop di feedback consente agli ingegneri di valutare i compromessi di progettazione e ottimizzare le implementazioni nelle prime fasi del ciclo di sviluppo. Il workflow include la verifica funzionale mediante l'uso di testbench generati e wrapper di interfaccia, garantendo la correttezza prima della distribuzione dell'hardware.
Integrando la progettazione di algoritmi, la generazione di codice e l'analisi PPA, MATLAB può consentire agli ingegneri di fornire soluzioni hardware ad alte prestazioni e a basso consumo energetico. Questo approccio colma il divario tra la modellazione del software e la realizzazione hardware, accelerando l'innovazione e riducendo i tempi di commercializzazione.
MATLAB e Simulink offrono una piattaforma completa che unifica i workflow di progettazione e verifica dei semiconduttori nei domini analogico e digitale. Consentendo la modellazione anticipata delle architetture di sistema, la creazione di ambienti di verifica realistici, la generazione di RTL e l’integrazione con i workflow EDA, i team di ingegneria possono accelerare lo sviluppo, ridurre i rischi e realizzare sistemi ad alte prestazioni.
Con l'evoluzione continua del settore dei semiconduttori, adottare un approccio end-to-end come la progettazione Model-Based sta diventando sempre più cruciale per le organizzazioni che desiderano rimanere competitive e reattive alle esigenze del mercato. Consentendo l’esplorazione anticipata delle architetture, il riutilizzo di modelli esistenti e la verifica realistica basata su scenari, questi strumenti aiutano i team di ingegneria a semplificare i cicli di sviluppo, migliorare la collaborazione e garantire che i sistemi a semiconduttore soddisfino le prestazioni attese in condizioni reali.
