De verschillen tussen commerciële FPGA-prototyping ("Prototyping") en emulatie zijn goed gedocumenteerd door de leveranciers van commerciële prototyping- en emulatieoplossingen en de technische media. Wat minder aandacht heeft gekregen, is hoe Prototyping-voordelen verschillen van Emulatie-voordelen. Beide zijn bedoeld om de tijd en middelen te verminderen die nodig zijn om uitgebreide verificatie van chipgebaseerde elektronische systemen te bereiken - beide werken veel sneller dan softwaresimulatie voor verificatie, in een gemodelleerde context van de software voor het uitvoeren van het eindproduct, met een hoge zichtbaarheid van interne ontwerpknooppunten tijdens bedrijf.

Beide zijn vormen van hardware-versnelde simulatie die gedeeltelijk zijn ontstaan ​​uit de wanhopige poging van Intel in het midden van de jaren '1980 om het hoofd te bieden aan de torenhoge eisen aan technische middelen die worden verwacht voor de toekomstige complexiteit van het ontwerp van processorchips. Beide leveren hun grootste waarde wanneer ze worden gebruikt om vroege hardware/software co-ontwikkeling mogelijk te maken die ontwikkelingsschema's met maanden verschuift versus sequentiële hardware/software ontwikkeling. In feite was het het risico om te laat op de markt te komen dat veel vroege productontwikkelaars motiveerde om miljoenen dollars in Emulation te investeren om de time-to-market-risico's te beheersen. Destijds werd voorgesteld om een ​​op een chip gebaseerd product met een verwacht levenslange inkomsten van bijvoorbeeld $ 50 miljoen, en een product levensduur van zeg 3 jaar, zou $ 8 miljoen lijden gederfde inkomsten als de markttoetreding met 2 maanden werd vertraagd – en er een vergelijking werd voorgesteld voor het modelleren van de gederfde inkomsten.

Figuur 1: Gederfde inkomsten door vertraagde time-to-market

Prototyping versus emulatie Spider Chart

Een manier om het verschil tussen prototyping en emulatie te visualiseren, is met een "spinnendiagram" (genoemd naar de gelijkenis met een spinnenweb). De spider-grafiek Prototyping vs. Emulatie hieronder benadrukt de verschillen tussen deze twee verificatiemethoden, die kunnen worden gedestilleerd tot looptijd snelheid, ontwerpcapaciteit en betaalbaarheid – alle andere verschillen, soms niet onbelangrijk, zijn “artefacten” van deze drie fundamentele verschillen.  Compilatie snelheid is een functie van ontwerpcapaciteit – hoe groter het ontwerp, hoe langer de compilatietijd. Elk verificatieplatform kan worden aangesloten in circuit naar een hardware-doelsysteem met de juiste interfacesnelheidsbuffers, maar de verificatie looptijd snelheid wordt beperkt door het verificatieplatform – Emulatie looptijd snelheid is veel sneller dan softwaresimulatie en haalbaar Prototyping looptijd snelheden zijn veel hoger dan haalbare emulatie looptijd snelheden.

Evenzo kan elk verificatieplatform worden gebruikt software debuggen voor periodes van software-uitvoering - en hoe hoger looptijd snelheden van Prototyping maken veel langere periodes van software-uitvoering mogelijk, en zijn daarom in staat om uitgebreider te zijn software debuggen sessies die meestal voldoende zijn voor eerdere softwareontwikkeling. En zichtbaarheid debuggen zou elk intern ontwerpknooppunt in een prototype of een emulator kunnen bevatten, maar elk ontwerpknooppunt debug sonde vereist een andere interne interconnect-draadverbinding in FPGA-gebaseerde Prototyping- en Emulatie-implementaties, wat van invloed is ontwerpcapaciteit en looptijd snelheid.

Tenslotte herbruikbaarheid is een functie van hoe uniek het prototype- of emulatieplatform moet zijn om de gewenste verificatie te bereiken ontwerpcapaciteit, looptijd snelheid, en bedrijfsdoelen in het circuit - hoe meer "op maat" het platform is om aan de specifieke verificatievereisten te voldoen, hoe minder herbruikbare het platform zal zijn. De onderliggende Prototyping- of Emulation-hardware zelf is zeer goed herbruikbare, maar de ontwerpcompilaties, interne IP-blokaanpassingen en "externe" verbindingen van het doelsysteem zullen beperkt herbruikbaar zijn voor het volgende ontwerp en de ontwerpcontext - tenzij het volgende ontwerp een nauwe afleiding is van het vorige ontwerp waar een groot deel van het verificatieplatform dat doet hoeft niet te worden gewijzigd en kan opnieuw worden gebruikt.

Afbeelding 2: FPGA-prototyping versus emulatie

Je hebt een lange weg afgelegd schat

Vroege commerciële emulators (circa 1990) waren niet eens zo capabel als de huidige commerciële prototyping-oplossingen, en wat in die tijd 'prototyping' werd genoemd, was nog steeds het domein van avontuurlijke doe-het-zelf FPGA-jockeys. De emulators van vandaag zijn geëvolueerd naar dichtgeknoopte, "grote ijzeren" oplossingen die simulatiehardwareversnellers voor speciale doeleinden lijken te zijn, geïmplementeerd met commerciële FPGA's of aangepaste silicium, die prestaties hebben ingeruild voor verbeterde implementatietijd / -inspanning. De emulators van tegenwoordig worden ook geleverd met restrictieve methodologieën die zijn afgestemd op specifieke implementaties van emulatiehardware, waardoor ontwerpimplementatie automatischer en voorspelbaarder kan zijn, met een hoge zichtbaarheid van interne knooppunten van het ontwerp - en voor deze automatisering en meer voorspelbare implementatie zijn gebruikers bereid om "wat" op te offeren looptijd snelheid.

Moderne emulators hebben de neiging zich te concentreren op het bieden van sterk geautomatiseerde en veelzijdige verificatie - ondersteuning voor meerdere programmeertalen, hoge ontwerp-onder-test ("DUT") modelcapaciteit (1 miljard gate-equivalent en meer), hoge niveaus van automatisering van de introductie (een paar weken) die handmatige tussenkomst minimaliseert, ondersteuning voor meerdere verificatiemodi zoals transactiegebaseerde versnelling ("TBA"), in-circuit emulatie ("ICE") en Quick Emulator ("QEMU")-modus, gericht op meerdere gebruiksscenario's voor systeem -niveau functionele verificatie van chip- en IP-ontwerpen en verificatie van ingebedde software.

Prototyping daarentegen is meer betaalbaar, en kan veel sneller looptijd snelheden dan emulatie – dus prototyping kan een betere keuze zijn dan emulatie voor bepaalde verificatieomgevingen. Als een "persoonlijk verificatieplatform" de voorkeur heeft - tools voor desktopontwerp, geografisch verspreide ontwikkelingssites, enz. - de betaalbaarheid van Prototyping maakt het voor elke ontwikkelaar praktisch om een ​​persoonlijk verificatieplatform te hebben. Prototyping stelt ontwikkelaars ook in staat om een ​​verificatieplatform naar klanten te verzenden voordat het silicium in ontwikkeling beschikbaar komt.

Snelle vooruitgang in logische capaciteit van FPGA's in één pakket (bruikbare poortdichtheid) en prestaties hebben meer chipontwikkelaars aangemoedigd om prototyping te beschouwen als een essentieel onderdeel van hun verificatiestrategie, vooral als het hele ontwerp zo kan worden gemaakt dat het in een enkele FPGA past. De toonaangevende FPGA's van vandaag (Xilinx Virtex UltraScale⁺ VU19P en Intel Stratix GX 10M) hebben bruikbare logische capaciteiten tot ongeveer 50 miljoen equivalente ASIC-poorten per FPGA.

Afbeelding 3: Intel Stratix GX 10M (10.2 miljoen logische elementen) en Xilinx VU19P FPGA's (3.8 miljoen systeemlogicacellen)

Als het volledige ontwerp waarvan een prototype moet worden gemaakt, in een enkele FPGA kan worden gepast, zijn veel van de uitdagingen voor de implementatie van het prototype en de looptijd snelheid beperkingen van inter-FPGA-interconnectie kunnen worden vermeden. Zodra het ontwerp overloopt in meerdere FPGA's, moet het ontwerp worden opgedeeld in blokken voor elke FPGA, moet de multi-FPGA-timing worden gegarandeerd en moeten de inter-FPGA-signalen worden verbonden met hoogwaardige kabels tussen de FPGA's. Helaas is het aantal I/O-pinnen van de leidende commerciële FPGA's niet zo snel toegenomen als de logische capaciteiten van de FPGA. Tientallen duizenden blok-blokverbindingen. Gelukkig zijn de vereisten voor meer inter-FPGA-interconnectie niet onoverkomelijk voor prototypingprojecten vanwege de beschikbaarheid van geavanceerde pin-multiplexing-automatisering die kan worden toegepast om "virtuele" FPGA I/O-interconnectiepinnen te creëren, maar deze oplossing komt op een lagere kostprijs looptijd snelheden.

Dus, hoe kunnen prototyping en emulatie u ten goede komen?

Om samen te vatten, FPGA Prototyping is tegenwoordig over het algemeen meer betaalbaar dan emulatie kan het veel hoger bereiken looptijd snelheden en ontwerpcapaciteit is enorm uitgebreid door de toonaangevende FPGA-technologie van vandaag. Emulatie daarentegen brengt hogere eigendomskosten met zich mee, een hogere automatisering van de implementatie en biedt meer simulatie-achtige verificatie voor ontwerpfoutopsporing. Als u zich zowel prototyping als emulatie kunt veroorloven, is debuggen met prototyping meestal beperkt tot het identificeren en isoleren van ontwerphardware-/softwareproblemen gedurende lange ontwerpperiodes, die vervolgens in emulatie worden gereproduceerd voor gedetailleerde debuggen. Het wordt aanbevolen om aan het begin van het project duidelijk te zijn over uw verificatiedoelen (wat is voldoende om aftekening goed te keuren, enz.?), uw verificatieprioriteiten (bijv. runtimesnelheid vs. ontwerpzichtbaarheid vs. implementatietijd, enz.), de vaardigheden van uw ontwerpteam met betrekking tot het halen van de beste waarde uit prototype- en/of emulatieplatforms, een snelle ROI-berekening voor uw investering in verificatietools - en vervolgens dienovereenkomstig budgetteren. Alleen dan moet u overgaan tot een keuze en inzet van FPGA Prototyping en/of Emulatie.

S2C kan helpen

S2C is een toonaangevende wereldwijde leverancier van FPGA-prototyping-oplossingen voor de innovatieve SoC- en ASIC-ontwerpen van vandaag, nu met het op één na grootste aandeel van de wereldwijde prototyping-markt. S2C levert sinds 2003 met succes snelle SoC-prototyping-oplossingen. Met meer dan 500 klanten, waaronder 6 van 's werelds top 15 halfgeleiderbedrijven, zijn ons technische team van wereldklasse en ons klantgerichte verkoopteam experts in het voldoen aan de SoC- en ASIC-verificatiebehoeften van onze klanten. . S2C heeft kantoren en verkoopvertegenwoordigers in de VS, Europa, het vasteland van China, Hong Kong, Korea en Japan. Bezoek de website van S2C op s2ceda.com voor meer details.

Lees ook:

Een snellere verbinding voor prototypen van een apparaat dat wordt getest

Opvallende veteraanleverancier van FPGA-prototypingoplossingen bij #59DAC

Multi-FPGA Prototyping Software – Nooit genoeg van het goede

Deel dit bericht via:

• Coinsmart. Europa's beste Bitcoin- en crypto-uitwisseling.Klik Hier
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://semiwiki.com/prototyping/s2c-eda/320852-ask-not-how-fpga-prototyping-differs-from-emulation-ask-how-fpga-prototyping-and-emulation-can-benefit-you/