【ZiDongHua 之設(shè)計自動化收錄關(guān)鍵詞： 集成電路   EDA   中國科大  設(shè)計自動化】
　　
　　我國學者在芯片設(shè)計自動化EDA領(lǐng)域取得進展
 
　　
　　我國學者在芯片設(shè)計自動化EDA領(lǐng)域取得進展
　　
　　北京大學集成電路學院黃如院士與梁云教授團隊近期提出了高效的芯片仿真EDA技術(shù)。針對通用處理器、密碼學、流式壓縮、深度學習等多種架構(gòu)的芯片設(shè)計，相比于目前最快的開源芯片仿真器Verilator，該技術(shù)能夠?qū)⑿酒抡嫠俣绕骄铀?倍，最高加速4.3倍。論文以《Khronos：融合內(nèi)存訪問的RTL仿真》為標題，于2023年10月28日發(fā)表在《芯片微架構(gòu)國際研討會》上。
　　
　　芯片仿真是芯片設(shè)計與驗證中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，同時也是最耗時的一個環(huán)節(jié)。芯片仿真主要借助EDA工具，通過計算機結(jié)合測試激勵來模擬芯片在真實環(huán)境下的運行狀況，幫助工程師通過各種調(diào)試手段來判斷運行結(jié)果是否符合預期。根據(jù)統(tǒng)計，芯片設(shè)計與驗證的70%的時間用在仿真和驗證。芯片仿真中的一個重要步驟是寄存器傳輸級（RTL）仿真。在RTL仿真中，軟件RTL仿真器因為其靈活性高和調(diào)試能力強，在RTL仿真中有重要的地位。然而，軟件RTL仿真速度慢，需要消耗大量時間。廣泛使用的軟件RTL仿真器主要來自美國的EDA公司包括新思（Synopsys）的VCS，英特爾（Intel）的ModelSim和開源的Verilator等。針對工業(yè)級的大規(guī)模設(shè)計，軟件RTL仿真往往需要幾天甚至幾周的時間，嚴重制約了芯片開發(fā)的流程。因此，面對芯片開發(fā)時間長的問題，加快RTL仿真的速度非常重要。
　　
　　針對這一難題，該研究團隊開創(chuàng)性地提出了跨時鐘周期的RTL仿真方法，能夠大幅減小RTL仿真迭代中的內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸。之前針對RTL仿真的加速主要是通過圖分割并行或延遲求值（lazy evaluation）等方法。雖然這些優(yōu)化方法在加速仿真上有效，但優(yōu)化能力局限在了一個周期內(nèi)。該研究團隊通過分析RTL的時鐘邊緣數(shù)據(jù)依賴，將RTL仿真建模為整數(shù)線性約束下的非線性優(yōu)化問題，通過數(shù)學建模和求解實現(xiàn)跨周期的仿真優(yōu)化與加速。這樣的優(yōu)化能顯著提升仿真過程中的指令吞吐量，減小仿真需要的指令總數(shù)。通過跨時鐘優(yōu)化，減少42%的寄存器狀態(tài)和38%的內(nèi)存訪問，實現(xiàn)平均2.0倍（最高4.3倍）的仿真加速。
　　
　　目前，該仿真器已經(jīng)開源。接下來，團隊將繼續(xù)優(yōu)化性能，同時將技術(shù)推廣到中國的EDA產(chǎn)業(yè)和開源社區(qū)。
　　
　　出版信息
　　
　　標題:
　　
　　Khronos: Fusing Memory Access for Improved Hardware RTL Simulation
　　
　　
　　
　　
　　中國科大在電源管理芯片設(shè)計領(lǐng)域取得新進展
　　
　　近日，中國科大國家示范性微電子學院程林教授課題組設(shè)計的一款高效率、高電流密度的降壓-升壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(Buck-Boost DC-DC Converter)芯片亮相于集成電路設(shè)計領(lǐng)域最高級別會議 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)。
　　
　　Buck-Boost轉(zhuǎn)換器廣泛應用于鋰電池供電的移動電子設(shè)備中，將在實際使用時變化的電池電壓(2.7 V-4.2 V) 轉(zhuǎn)換為3.4V左右的固定電壓，為應用端如射頻功放、藍牙等模塊供電。為了延長電池的使用時間，需要轉(zhuǎn)換器在全電池電壓范圍內(nèi)保持高效率。同時為了滿足移動電子設(shè)備的小型化需求，要求轉(zhuǎn)換器具有高電流密度。
　　
　　現(xiàn)有的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器通過引入飛電容減少功率路徑上的功率管數(shù)量來降低導通損耗，但同時也導致了功率管的耐壓問題，限制了效率的提升；為了克服耐壓問題，一些工作又引入更多的功率管和飛電容，增加了成本并且降低了芯片的電流密度。隨著移動電子設(shè)備集成的功能越來越多，負載電流越來越大，現(xiàn)有Buck-Boost結(jié)構(gòu)在效率與電流密度之間的折中愈發(fā)挑戰(zhàn)。
　　
　　為此，本研究提出一種新型Buck-Boost轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中只包含4個低壓功率管、1個飛電容、1個電感，是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中唯一一種僅使用4個功率管和1個飛電容而無耐壓問題的結(jié)構(gòu)。此外，在飛電容的輔助下，該結(jié)構(gòu)的電感電流以及導通損耗在全電池電壓范圍內(nèi)都得到有效降低。
　　
　　測試結(jié)果表明，該芯片可實現(xiàn)98.6%的峰值效率，在1.7 mm2的芯片面積下實現(xiàn)了最大2.5A的輸出電流。與同類研究相比，本設(shè)計以最低的芯片成本取得了全電壓轉(zhuǎn)換比下最高效率以及最高電流密度，實現(xiàn)了效率與電流密度較為完美的折中。
　　
　　出版信息
　　
　　標題:
　　
　　A 98.6%-Peak-Efficiency 1.47A/mm2Current-Density Buck-Boost Converter with Always Reduced Conduction Loss
　　
　　芯片系列專題
 
　　https://www.scholarmate.com/G/lrnJZ1
　　
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　　圖文來源：國家自然科學基金委員會，人民日報
　　
　　編輯：科研之友
　　
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