Siemens führt IC-Design-Tool für Daten ein

May 24, 2023

Während ICs und die Geräte, in die sie integriert sind, unser Leben einfacher machen, werden die Herausforderungen bei der Entwicklung und Verifizierung von ICs immer größer. Die schiere Komplexität der heutigen ASICs und FPGAs treibt diesen Trend voran, und diese Komplexität wird weiter zunehmen. Um dieses Problem anzugehen, stellte Siemens diese Woche Questa Verification IQ vor, eine Softwareplattform, die sich auf die Idee der datengesteuerten Verifizierung konzentriert.

Das Unternehmen positioniert das neue Toolset als teambasierte, cloudfähige, datengesteuerte Plattform, die sich die Technologie der künstlichen Intelligenz (KI) zunutze macht. Questa Verification IQ soll IC-Designingenieuren dabei helfen, den Verifizierungsabschluss schneller durchzuführen, die Rückverfolgbarkeit zu optimieren, Ressourcen zu optimieren und die Gesamtzeit des Designprozesses zu verkürzen.

In diesem Artikel untersuchen wir die heutigen Herausforderungen beim IC-Design, wir diskutieren, wie die neue Software von Siemens datengesteuerte Verifizierung implementiert, und wir liefern Highlights aus unserem Interview mit Darron May, Produktmanager, Verifizierungsmanagement, Debug und Berichterstattung bei Siemens Digital Industries Software.

Um das Problem zu verstehen, müssen wir uns laut May die Komplexitätsherausforderungen ansehen, mit denen Ingenieure konfrontiert sind, die die heutige neue Generation von ICs entwickeln und verifizieren. Um dies zu veranschaulichen, stammen die von May geteilten Daten aus der „2022 Functional Verification Study“ der Wilson Research Group.

Dem Bericht zufolge beträgt die durchschnittliche Dauer von ASIC- und FPGA-Projekten derzeit etwa 10 bis 12 Monate. Und interessanterweise werden 70 % dieser Zeit tatsächlich für die Funktionsüberprüfung aufgewendet. „Wir sprechen von einer durchschnittlichen Verifizierungszeit von sieben bis acht Monaten“, sagt May.

Die Herausforderungen würden mit der Zeit immer schlimmer, sagt May. Die Studie zeigt, dass der Ersteinsatz von Silizium-ASICs auf 24 % gesunken ist, was einem Rückgang um 7 % allein in den letzten acht Jahren entspricht. „Das ist tatsächlich der niedrigste Branchenwert seit Jahren – diese Studie läuft nun schon so lange“, sagt May. Und wenn man das Gegenteil betrachtet, benötigen 76 % der ASIC-Projekte Respins – vielleicht zwei oder drei Repins, sagt May.

Auch der Zeitfaktor ist ein Problem. Laut der Studie werden nur ein Drittel dieser ASIC-Designs tatsächlich pünktlich fertiggestellt. „Aufgrund dieser Verzögerungen suchen Ingenieure nach Möglichkeiten, ihre Prozesse zu beschleunigen“, sagt May. Hinzu kommen erhöhte Masken- und Waferkosten sowie schrumpfende Geometrien, die das ASIC-Design erschweren. „Deshalb ist es wirklich wichtig, diese Prozesse so effizient wie möglich zu gestalten, um all diesen steigenden Kosten entgegenzuwirken“, sagt May.

FPGAs werden oft als Alternative zu ASICs genannt, sofern dies sinnvoll ist. Aber im Hinblick auf diese Komplexitätsprobleme schneiden FPGA-Projekte nicht besser ab. Unter Berufung auf die Studiendaten sagt May, dass nur 16 % der FPGA-Designs tatsächlich nicht-triviale Bug-Escapes in die Produktion erreichen, während über 30 % von ihnen zwei oder mehr dieser Bugs aufweisen, die ihre Qualität beeinträchtigen. „Mittlerweile werden der Studie zufolge nur 30 % der FPGA-Projekte pünktlich abgeschlossen“, sagt May. „Es ist also dem ASIC-Markt sehr ähnlich.“

Um die Welt des IC-Designs aus diesem Trott zu befreien, müsse man sich laut May die Idee zunutze machen, dass Daten der Schlüssel zur Verbesserung seien. In der IC-Welt bedeutet dies den Übergang zur datengesteuerten Verifizierung. „Daten enthalten die Muster und Informationen, die Experten analysieren können“, sagt er. „Und jetzt können Daten dank Massenspeicher, moderner Recheninfrastruktur, maschinellem Lernen (ML) und KI der Schlüssel zur datengesteuerten Verifizierung sein.“

Laut May gibt es drei Kernfaktoren, die bei der datengesteuerten Verifizierung wichtig sind: Analyse, Zusammenarbeit und Rückverfolgbarkeit. Analytik bedeutet in diesem Zusammenhang, Ingenieuren traditionelle Algorithmen zur Verifizierung zur Verfügung zu stellen, damit sie ihr eigenes Fachwissen zur Untersuchung von Daten nutzen können. „Das wird dann durch die Leistungsfähigkeit von ML ergänzt, um aus diesen riesigen Datensätzen lernen zu können, die wir im Rahmen des Verifizierungsprozesses generieren“, sagt May.

Was die Zusammenarbeit betrifft, was erforderlich ist, um Ingenieuren effiziente teambasierte Prozesse bereitzustellen. „Das bedeutet, Teams dabei zu unterstützen, Daten zentral zu verwalten und über mehrere Standorte hinweg arbeiten zu können“, sagt May. Schließlich ist die Rückverfolgbarkeit wichtig, um die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften zu ermöglichen. Das bedeutet, die Prüfung der Beziehungen zwischen Anforderungen, Implementierung und Verifizierung zu automatisieren.

„Bei der datengesteuerten Verifizierungsmethode geht es darum, all diese Vorteile zu nutzen“, sagt May.

„Daten fressen die Welt auf, oder? Das ist es also, was wir tun wollen – diese Transformation auf natürliche Weise in die IC-Hardware-Verifizierung umzusetzen.“

Dieser datengesteuerte Ansatz wurde mit der neuen Softwareplattform Questa Verification IQ von Siemens in die Tat umgesetzt. Questa wurde als kollaboratives Verifizierungs-Toolset der nächsten Generation des Unternehmens entwickelt und erfasst automatisch Daten von jedem Siemens-Motor, der während der gesamten Projektlaufzeit läuft. Nach Angaben des Unternehmens hilft dies den Ingenieuren während des gesamten IC-Design- und Verifizierungsprozesses bei der Verwaltung von Anforderungen, Codierung, Tests und Release-Management. Weitere Informationen finden Sie im Merkblatt Questa Verification IQ.

„Es kann Aufgaben automatisieren, aber es kombiniert auch alle Ergebnisse aller Engines – sei es Simulation, FuSa oder formale und statische Tools – und stellt eine Datenplattform für den gesamten Prozess bereit“, sagt May. Wichtig ist, dass Questa in die Polarion-Requirements-Software von Siemens integriert ist, ein Tool für das Application Lifecycle Management (ALM).

„Mein Team hat in den letzten Jahren sehr eng mit dem Polarion-Team zusammengearbeitet“, sagt May. „Das ist wirklich die Art von Synergie, die die Übernahme von Mentor vorangetrieben hat. Die Parallelen zwischen dem, was die Lifecycle-Management-Tools für Software tun, sind für uns in der IC-Hardware-Welt wirklich die gleichen.“

Vor diesem Hintergrund ermöglicht Questa Siemens, Ingenieuren eine komplette Lebenszykluslösung bis hin zur Verifizierung anzubieten. Dies ermöglicht Prozesstransparenz sowie die automatisch extrahierten Analysen und Daten für Al- und ML-Anwendungen. May sagt, dass diese Mischung einen engen digitalen Faden schafft, der für Compliance-Aufgaben im Bereich der funktionalen Sicherheit optimiert ist. Es ermöglicht außerdem die Rückverfolgbarkeit von den Anforderungen bis hin zu den Verifizierungsergebnissen und der Implementierung.

Questa Verification IQ kann Abdeckungsdaten aus den formalen und Simulations-Engines extrahieren, wie etwa seiner Symphony-Plattform für Analog- und Mixed-Signal-Simulation und der Veloce-Hardware von Siemens für Emulation und Prototyping. Die ML-Fähigkeit von Questa analysiert diese Daten, um Muster und Lücken vorherzusagen und Grundursachen zu identifizieren. Anschließend werden Lösungen für potenzielle Probleme vorgeschlagen.

Questa ist in einem webbasierten Anwendungsframework implementiert. Dies erleichtert die Skalierung, reduziert gleichzeitig die Installationskosten und gewährleistet die Geräte- und Betriebssystemunabhängigkeit. Nach Angaben des Unternehmens unterstützt Quesa öffentliche, private und hybride Cloud-Konfigurationen mit nativer Zusammenarbeit und zentralisiertem Datenzugriff. Questa Verification IQ ist jetzt verfügbar.

Es ist klar, dass wir heutzutage in einer datenreichen Welt leben. In der Welt des IC-Designs nehmen diese Daten viele Formen an, dennoch wird der Prozess des Designs und der Verifizierung von Chips immer schwieriger. Vielleicht sind Tools wie die Questa-Software von Siemens ein Beispiel für die effektive Nutzung von Daten und ebnen den Weg zu einer schnelleren, intelligenteren und genaueren IC-Designverifizierung.