Validación posterior al silicio - Post-silicon validation
La validación y depuración posteriores al silicio es el último paso en el desarrollo de un circuito integrado de semiconductores .
Proceso de pre-silicio
Durante el proceso previo al silicio, los ingenieros prueban los dispositivos en un entorno virtual con sofisticadas herramientas de simulación , emulación y verificación formal . Por el contrario, las pruebas de validación posteriores al silicio se realizan en dispositivos reales que se ejecutan a alta velocidad en placas de sistema comerciales del mundo real que utilizan analizadores lógicos y herramientas basadas en afirmaciones .
Razonamiento
Las grandes empresas de semiconductores gastan millones en la creación de nuevos componentes; estos son los " costos irrecuperables " de la implementación del diseño. En consecuencia, es imperativo que el nuevo chip funcione en total y perfecto cumplimiento de su especificación, y se entregue al mercado dentro de las estrechas ventanas de consumo. Incluso una demora de unas pocas semanas puede costar decenas de millones de dólares. La validación posterior al silicio es, por lo tanto, uno de los pasos más aprovechados en la implementación exitosa del diseño.
Validación
Los chips que comprenden 500,000 elementos lógicos son los cerebros de silicio dentro de los teléfonos celulares, reproductores de MP3, impresoras y periféricos de computadora, televisores digitales, sistemas de imágenes médicas, componentes utilizados en la seguridad y comodidad del transporte, e incluso sistemas de administración de edificios. Ya sea debido a su amplia proliferación de consumidores o debido a su aplicación de misión crítica, el fabricante debe estar absolutamente seguro de que el dispositivo está completamente validado.
La mejor manera de lograr una alta confianza es aprovechar el trabajo de verificación previo al silicio, que puede representar hasta un 30% del costo total de la implementación, y utilizar ese conocimiento en el sistema posterior al silicio. Hoy en día, gran parte de este trabajo se realiza manualmente, lo que explica parcialmente los altos costos asociados con la validación del sistema. Sin embargo, hay algunas herramientas que se han introducido recientemente para automatizar la validación del sistema post-silicio.
Observabilidad
Los entornos de diseño basados en simulación disfrutan de la tremenda ventaja de una observabilidad casi perfecta , lo que significa que el diseñador puede ver cualquier señal en casi cualquier momento. Sin embargo, sufren por la cantidad restringida de datos que pueden generar durante la validación del sistema posterior al silicio. Muchos dispositivos complicados indican sus problemas solo después de días o semanas de pruebas, y producen un volumen de datos que tardaría siglos en reproducirse en un simulador. Los emuladores basados en FPGA , una parte bien establecida de la mayoría de las técnicas de implementación, son más rápidos que los simuladores de software, pero no ofrecen las pruebas completas a la velocidad del sistema necesarias para la confiabilidad del dispositivo.
Además, el problema de la validación posterior al silicio está empeorando a medida que aumenta la complejidad del diseño debido a los tremendos avances en el procesamiento de materiales semiconductores. La duración desde el prototipo de silicio, el llamado "primer silicio", hasta la producción en volumen, está aumentando y los errores se escapan a los clientes. El gasto asociado con el endurecimiento de IP está aumentando. La industria actual se centra en técnicas que permiten a los diseñadores amortizar mejor su inversión en la verificación previa al silicio a la validación posterior al silicio. Las mejores de estas soluciones permiten una visibilidad asequible, escalable, automatizada y a escala de cable en chip.
Beneficios
La validación posterior al silicio abarca todo ese esfuerzo de validación que se vierte en un sistema después de que los primeros prototipos de silicio estén disponibles, pero antes del lanzamiento del producto. Si bien en el pasado la mayor parte de este esfuerzo se dedicaba a validar los aspectos eléctricos del diseño o diagnosticar defectos de fabricación sistemáticos, hoy una parte cada vez mayor del esfuerzo se centra en la validación funcional del sistema. Esta tendencia se debe en su mayor parte a la creciente complejidad de los sistemas digitales, lo que limita la cobertura de verificación proporcionada por las metodologías tradicionales pre-silicio. Como resultado, una serie de errores funcionales sobreviven en el silicio fabricado, y el trabajo de la validación posterior al silicio es detectarlos y diagnosticarlos para que no escapen al sistema liberado. Los errores en esta categoría son a menudo errores a nivel de sistema y situaciones raras de casos de esquina enterradas profundamente en el espacio de estado de diseño: dado que estos problemas abarcan muchos módulos de diseño, son difíciles de identificar con herramientas pre-silicio, caracterizadas por una escalabilidad y rendimiento limitados .
La validación posterior al silicio, por otro lado, se beneficia de un rendimiento bruto muy alto, ya que las pruebas se ejecutan directamente en el silicio fabricado. Al mismo tiempo, plantea varios desafíos a las metodologías de validación tradicionales, debido a la limitada observabilidad interna y la dificultad de aplicar modificaciones a los chips de silicio fabricados. Estos dos factores conducen a su vez a desafíos críticos en el diagnóstico y corrección de errores.