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我們生活在一個(gè)模擬世界中，但模擬技術(shù)卻一直盡可能地被邊緣化。在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上，數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)必然會(huì)在每一個(gè)電子設(shè)備中融合，而長(zhǎng)期以來(lái)，這正是錯(cuò)誤容易悄然出現(xiàn)的一個(gè)領(lǐng)域。 

威爾遜研究集團(tuán)（Wilson Research Group）和西門子電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Siemens EDA）的功能驗(yàn)證研究長(zhǎng)期表明，模擬信號(hào)和混合信號(hào)是導(dǎo)致芯片重新設(shè)計(jì)的兩大主要缺陷根源。最新的調(diào)查結(jié)果顯示，首次流片成功的概率急劇下降，而且這不僅僅體現(xiàn)在最大和最復(fù)雜的設(shè)計(jì)上。但2022年的研究還顯示，在門數(shù)少于100萬(wàn)的專用集成電路（ASIC）中，有47% 因模擬問(wèn)題而進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。 

驗(yàn)證的各個(gè)方面都需要重新審視，以找出可以改進(jìn)的地方。 

圖1：2016年至2022年導(dǎo)致重新設(shè)計(jì)的缺陷類型

模擬設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的發(fā)展速度與數(shù)字設(shè)計(jì)和驗(yàn)證并不相同。模擬設(shè)計(jì)一直是由專家手動(dòng)完成的工作，然后移交給系統(tǒng)級(jí)集成團(tuán)隊(duì)。

西門子電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化定制集成電路產(chǎn)品營(yíng)銷主管兼高級(jí)總監(jiān)薩蒂什·巴拉蘇布拉馬尼亞姆（Satish Balasubramanian）表示：“在過(guò)去的10年之前，模擬領(lǐng)域和數(shù)字領(lǐng)域一直是相當(dāng)獨(dú)立的。從那時(shí)起，我們開(kāi)始看到更多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）復(fù)用情況。許多模擬IP被應(yīng)用于不同的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中，而且對(duì)產(chǎn)品上市時(shí)間的要求也變得更加緊迫?！?nbsp;

在模擬技術(shù)方面的投資遠(yuǎn)低于數(shù)字領(lǐng)域。弗勞恩霍夫集成電路研究所（Fraunhofer IIS）自適應(yīng)系統(tǒng)工程部門高效電子學(xué)系主任安迪·海尼格（Andy Heinig）表示：“模擬市場(chǎng)比數(shù)字市場(chǎng)小。如果在模擬技術(shù)上投入的精力和研發(fā)資金與數(shù)字技術(shù)相同，情況可能會(huì)大不相同。如果投入相同的資金，也許模擬技術(shù)的發(fā)展會(huì)更快。” 

變革勢(shì)在必行?？请娮樱?/span>Cadence）系統(tǒng)驗(yàn)證小組的產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)保羅·格雷科夫斯基（Paul Graykowski）表示：“對(duì)于當(dāng)今的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，過(guò)去的這種方法已經(jīng)難以為繼。以前截然不同的模擬和數(shù)字功能模塊如今已經(jīng)相互交織。我們不能再孤立地設(shè)計(jì)這些模塊，然后把它們?nèi)咏o別人去操心。如今的模擬模塊，比如數(shù)字接口模擬電路（例如，帶有數(shù)字校準(zhǔn)環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器或帶有數(shù)字微調(diào)邏輯的電壓調(diào)節(jié)器），需要在以數(shù)字為中心的驗(yàn)證流程中進(jìn)行更早且更嚴(yán)格的驗(yàn)證?！?nbsp;

出于必要，設(shè)計(jì)正在不斷演進(jìn)。西門子的巴拉蘇布拉馬尼亞姆表示：“最重要的是，我們開(kāi)始不僅將模擬IP集成到分立的集成電路中，而且更多地將其嵌入到SoC內(nèi)部。并且模擬電路也在采用相同的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。那種只需插入一個(gè)黑匣子并認(rèn)為它就能正常工作的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。我們需要開(kāi)始驅(qū)動(dòng)和驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)。要讓整個(gè)團(tuán)隊(duì)達(dá)成合適的標(biāo)準(zhǔn)并非易事。” 

復(fù)雜性

雖然數(shù)字器件的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)模擬器件，但模擬器件有著不同類型的復(fù)雜性。弗勞恩霍夫研究所的海尼格表示：“一般來(lái)說(shuō)，模擬信號(hào)有更多的狀態(tài)。它不只是0和1。這使得對(duì)某些東西進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變得非常復(fù)雜，因?yàn)樵?和1之間有無(wú)數(shù)個(gè)數(shù)值，而且如何對(duì)其進(jìn)行建模非常復(fù)雜，并且往往非常依賴具體的應(yīng)用。” 

數(shù)字領(lǐng)域的生產(chǎn)力源于在模擬領(lǐng)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)的抽象化。新思科技（Synopsys）的首席工程師戴夫·克羅瑙爾（Dave Cronauer）表示：“混合信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展滯后源于模擬設(shè)計(jì)的內(nèi)在復(fù)雜性，這涉及連續(xù)信號(hào)以及諸如寄生效應(yīng)、噪聲、環(huán)境干擾和工藝變化等復(fù)雜的物理現(xiàn)象，這些都使建模和驗(yàn)證變得復(fù)雜。將模擬與數(shù)字驗(yàn)證框架集成需要大量的研發(fā)投入，以彌合根本不同的領(lǐng)域之間的差距?！?nbsp;

雖然數(shù)字領(lǐng)域需要進(jìn)行多種類型的驗(yàn)證，但與模擬領(lǐng)域相比，其驗(yàn)證類型仍然非常有限。海尼格表示：“對(duì)于數(shù)字領(lǐng)域，你進(jìn)行一兩種類型的仿真就可以滿足所有需求。但如果你進(jìn)行模擬仿真，你會(huì)有10種、15種甚至20種不同類型的模擬仿真，例如瞬態(tài)分析。所有這些仿真都有其意義，而且都是必要的。但這表明要找到一種適用于所有情況的解決方案并非易事?！?nbsp;

這導(dǎo)致了不同的驗(yàn)證方法。楷登電子的格雷科夫斯基表示：“許多人認(rèn)為模擬驗(yàn)證方法落后于數(shù)字驗(yàn)證方法。但實(shí)際情況是，由于方法和技能的根本差異，不同的方法是出于必要而發(fā)展起來(lái)的。傳統(tǒng)上，模擬驗(yàn)證在很大程度上依賴于通過(guò)SPICE級(jí)仿真進(jìn)行的可視化波形檢查。相比之下，數(shù)字驗(yàn)證采用了圍繞硬件描述語(yǔ)言（HDL）和通用驗(yàn)證方法學(xué)（UVM）構(gòu)建的可擴(kuò)展、可復(fù)用和自動(dòng)化的方法學(xué)?！?nbsp;