Sun微系統(tǒng)公司在以SPARC和UltraSPARC產(chǎn)品線為標(biāo)志的處理器創(chuàng)新方面有著豐富的底蘊。其最新一代UltraSPARC T2處理器中所采用的CoolThreads技術(shù)已為Sun Fire T5220, T5120和T6320系列服務(wù)器提供了強大的動力。這些服務(wù)器不但功能極其強大,而且也極其“綠色”——其功率只相當(dāng)于一個電燈泡的水平。技術(shù)當(dāng)然是很棒的,但這些市場領(lǐng)先產(chǎn)品的驗證卻很具挑戰(zhàn)性。

和很多其他公司一樣,我們過去一直依靠基于軟件的仿真來完成大多數(shù)功能驗證。然而,隨著設(shè)計規(guī)模變得越來越龐大,系統(tǒng)級集成顯得越來越重要,而軟硬件協(xié)同驗證也變得非常關(guān)鍵,我們需要延長驗證時間或提高驗證性能才能跟上驗證復(fù)雜度的發(fā)展。

軟件仿真本身的帶寬不足以建立高度的驗證信心,也不足以縮短UltraSPARC T2處理器與服務(wù)器系統(tǒng)產(chǎn)品化的時間。事實上仿真已經(jīng)開始成為我們開發(fā)周期中的一個瓶頸,有鑒于此,我們必須進一步完善我們的驗證環(huán)境。

為了讓讀者對驗證任務(wù)有個更清楚的認識,在此大概介紹一下UltraSPARC T2處理器。這款處理器在單芯片中包含了所有通用處理器中應(yīng)有的內(nèi)核和線程,而且集成了服務(wù)器的所有關(guān)鍵功能,包括運算、1G/10G聯(lián)網(wǎng)、安全、輸入/輸出(PCIE),并緊密集成了Solaris操作系統(tǒng)。可以看出,這對我們的驗證團隊而言是一項意義重大的任務(wù)。

我們要做的第一步是開發(fā)驗證步驟,并通過提供驗證團隊所熟悉的“類似仿真”的驗證環(huán)境,并充分利用基于硬件的性能來確定驗證團隊可以輕松接受的方案。采用這種方案,我們的驗證團隊就能在面對諸如8處理內(nèi)核、每內(nèi)核8線程(即同時采用64線程執(zhí)行程序)的多線程驗證任務(wù)時輕松集成新的技術(shù)。我們實質(zhì)上是要驗證64個CPU同時運行時的情況。由此可以想象,我們的驗證任務(wù)極端復(fù)雜,已經(jīng)超出了純軟件仿真器能夠達到的帶寬。

易于使用的硬件驗證方案

這里,我們選用了Cadence的Xtreme系列硬件加速和仿真器。Xtreme環(huán)境能在單一仿真環(huán)境下無縫集成仿真、加速和在線仿真功能。它不但能在不同環(huán)境之間切換,而且還可以運行非常長的隨機測試,對我們來說這些都是關(guān)鍵功能。此外,我們還發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)所集成的內(nèi)部工具、各種仿真環(huán)境和形式驗證技術(shù)是對Sun驗證技術(shù)的很好補充,可以幫助我們實現(xiàn)功能更強大的企業(yè)級驗證方案。

圖1:UltraSPARC T2處理器的高層框圖。

我們的驗證團隊還發(fā)現(xiàn),通過將UltraSPARC T2處理器的設(shè)計映射到下層可重配置運算處理器,它們就能運行包含許多隨機測試的長仿真,甚至在設(shè)計出帶之前就完成啟動Solaris操作系統(tǒng)之類的任務(wù)。

硬件輔助優(yōu)勢在驗證啟動后開始體現(xiàn)

我們發(fā)現(xiàn),這些硬件系統(tǒng)的自由性和靈活性允許我們進行成效顯著的重復(fù)驗證。例如,我們曾運行過隨機測試和定向測試,從中找出了多個缺陷,并在硬件中做出了改正,這對提高生產(chǎn)力有極大幫助。此外,當(dāng)固件或啟動代碼就緒后,它們能夠快速運行并解決軟硬件集成方面的問題。這樣,我們就能在一個非常緊張的時間表內(nèi)逐步識別并改正軟硬件缺陷,從而避免成本高昂的重新流片。現(xiàn)在,我們已經(jīng)能大大縮短從第一塊硅片到整個服務(wù)器系統(tǒng)發(fā)布的芯片產(chǎn)品化時間。

圖2:相對性能。

Xtreme還有一些附加功能,其中之一就是VCD-on-Demand。該功能可在驗證執(zhí)行過程中保存仿真過程的某些快照,因而設(shè)計師無需花費幾天的時間進行重新仿真就能得到某個精確時間窗內(nèi)的信號波形。這一功能將調(diào)試時間從幾天縮短到了幾小時。此外,利用掛起/繼續(xù)功能,我們還能將硬件所承擔(dān)的長仿真任務(wù)掛起,騰出資源來完成優(yōu)先級更高的短期仿真或調(diào)試任務(wù)。對于該系統(tǒng)幫助我們在仿真和模擬之間建立聯(lián)系的方式,我們也非常喜歡。我們發(fā)現(xiàn),緊密耦合的軟件仿真器以及在軟硬件仿真環(huán)境之間來回進行熱交換的能力可以極大縮短新設(shè)計的驗證時間。利用Xtreme的在線仿真功能可以在芯片從代工廠回來之前就生成主板、運行系統(tǒng)軟件,并準(zhǔn)備好許多硅片調(diào)試工具。

Sun通過GPL發(fā)布了一份OpenSPARC T2技術(shù)程序員參考手冊和OpenSPARC T2技術(shù)微架構(gòu)規(guī)范,并啟動了一項NDA開發(fā)人員試用計劃,從而使開發(fā)人員能夠?qū)penSPARC T2處理器的內(nèi)部工作情況有一個最初的認識。開發(fā)人員可以在上獲取更多相關(guān)資料。

圖3:基于T2的服務(wù)器具有極大的競爭優(yōu)勢。

追求驗證的更高境界

由于需要設(shè)計基于CMT的超多線程更大流量的片上服務(wù)器,驗證效率就顯得極為重要,驗證團隊也將繼續(xù)挑戰(zhàn)驗證引擎和方法的極限。為此,我們將繼續(xù)依靠帶寬更大的硬件驗證系統(tǒng)來承擔(dān)新的工作量。諸如Cadence Xtreme和Palladium硬件仿真器這類最優(yōu)秀的驗證工具,配合system verilog 斷言和覆蓋率驅(qū)動的方法,將幫助我們更早更有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題,從而促進Sun繼續(xù)追求設(shè)計的更高境界,開發(fā)出更尖端的技術(shù)。

作者:Jai Kumar

驗證技術(shù)專家

Sun Microsystems