从芯来到“香山”，芯华章助力国产RISC-V生态做了哪些事？

4月18日，芯华章联合芯测、赛昉科技等7家公司举办联合技术论坛，吸引了来自阿里巴巴达摩院、新华三、寒武纪、芯来科技、华大半导体、蓝芯算力的几十位验证工程师参与。

在现场，我们的分享从 RISC-V架构的特点讲起，再到由此带来的验证挑战，以及针对这些挑战，芯华章验证工具做了哪些不一样的技术设计，获得了客户什么样的部署效果。

RISC-V生态：大家好才是真的好

2018年，ARM以“设计系统芯片之前需要考虑的五件事”为主题，从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证方面指出RISC-V还有很多不足。

但6年过去，生态系统不断完善的RISC-V，因其开源、简洁、灵活等特性，采用率也正在快速增长，特别是在物联网、边缘计算和汽车电子等新兴领域。市场研究机构Semico Research预测，到2025年，RISC-V处理器核心将接近800亿个，成为X86、ARM之外的第三大架构生态。

作为一种新兴指令集，RISC-V的验证工作就尤为重要，因为比起成熟的架构，RISC-V充满了更多的开放性和不确定性。只有借助更充分、更完备的验证，才能保障基于RISC-V架构相关产品的稳定性，从而助力其获得大规模的商业部署。

特别是考虑到从架构到IP再到系统级应用，RISC-V都有自己区别于传统架构的独特挑战。我们认为其中有五个方面的内容比较典型，也是本次现场分享的重点：

◉ RISC-V 高性能处理器（CPU、GPU、AI等）的架构方案少、成熟度低，处理器设计团队需要在RISC-V芯片的应用场景上进行架构验证

◉ CPU定制程度更高，实现碎片化，需要更强更完备的验证，比如既需要单指令运行合规性验证；又需要完备的多指令运行验证：发现Data forwarding、Dead Lock等深层次的逻辑实现错误；浮点单元、AI加速单元等用户实现模块的精度高，验证难度大

◉ 从IP到SoC的实现过程需要大量的仿真和调试，高性能物理验证平台和高可调试的硬件仿真平台资源都不够用；PCIE/DDR/HBM等高性能外设需要系统级仿真验证方案

◉ 更多软件生态需要移植到RISC-V处理器，但由此带来的bug是软件问题还是硬件问题？定位和调试困难，需要更强大的软件代码-硬件电路联合调试手段

◉ 芯片的后端实现过程中，需要高效验证每个步骤变换的等价性

在验证领域，“初生牛犊”的芯华章，和“年轻的”RISC-V其实容易碰撞出更多火花。因为我们可以不受以前的技术包袱拖累，从底层架构创新做起，快速适应新的指令集扩展，同时提供灵活的脚本接口，允许工程师自定义验证环境，以适应不断变化的RISC-V生态系统。

在和国内领先的RISC-V处理器IP供应商芯来科技合作中，芯华章GalaxPSS智能验证工具，在多核CPU研发项目的cache一致性验证中就获得了客户的实名点赞。

其中一个关键，是芯华章基于自主研发，已经打造了成熟的多核一致性模型。

借助这一模型，GalaxPSS可以方便地生成大量针对Cache Coherency的C testcase。C case中，我们也进行了expected result的计算，可以将读出的数据与Expected data进行比对，并将比对结果打印成log，方便客户高效完成后续调试。

此外，GalaxSim通过对SystemVerilog和UVM标准的支持，能够为RISC-V CPU的研发提供仿真支持，同时其独有的Turbo模式更能成倍加速多核RV处理器的仿真验证效率。

目前，GalaxSim在多个客户测试用例上已经取得了2-3倍的仿真性能提升，大幅降低了仿真回归测试的时间，提升验证效率。

另一个不得不提的是“香山”项目。“香山”RISC-V，作为一个由中国科学院计算技术研究所孕育出的开源RISC-V处理器项目，在很多方面都极其有代表性。

比如高速子卡接口验证，以及通过高速PCIe接口将设计连接至真实的主机实现混合仿真，从而实现更好的软硬件协同验证等等。在这些方面，芯华章HuaPro P2E都发挥了很关键的作用。

因为不同于传统的原型验证或硬件仿真，HuaPro P2E基于统一的软件平台和统一硬件平台，实现了有效的创新双模工作形式：

◉ 硬件仿真模式下支持高达7千多个全信号互连，全信号不限深度的调试，以及各种虚拟验证方案

◉ 在原型验证模式下，通过一键式原型验证流程可以大大缩短验证时间，在超大规模SOC设计可以实现高达10M的仿真速率，以满足软件开发调试需求，同时还有丰富的接口解决方案

不仅仅是这些，芯华章Fusion Debug还针对RISC-V处理器提供定制调试服务，包括：

◉ 为客户的RISC-V core定制Fusion Debug CPU core模型

◉ 为客户的多核RISC-V CPU定制多核CPU模型

◉ 为客户的软件调试工具定制“硬件仿真-软件运行联合调试方案“，支持硬件电路和C代码的联合调试

同时，在芯片后端实现过程中，芯华章的GalaxEC也能够高效地验证每个步骤变换的等价性，确保设计在整个实现过程中的一致性和正确性。

一枝独放不是春，百花齐放春满园。根据RISC-V基金会的数据，截至2022年底，全球RISC-V处理器的出货量已达到100亿颗，其中近一半来自中国。

随着RISC-V技术的不断成熟和应用领域的扩大，芯华章将继续推动EDA工具的发展，助力RISC-V产业迈向新的高度。