Synthèse
L'industrie des semi-conducteurs est en pleine transformation, stimulée par une complexité croissante du design, des exigences de performance plus strictes et la nécessité d’accélérer la mise sur le marché. Pour répondre à ces exigences, les équipes d'ingénierie doivent unifier les workflows traditionnellement cloisonnés entre les domaines analogique, numérique et de vérification. L'adoption de l'approche Model-Based Design utilisant MATLAB® et Simulink® permet cette unification en couvrant l'ensemble du cycle de vie des semi-conducteurs, depuis le développement précoce d'algorithmes et la modélisation de l’architecture jusqu'à la génération RTL optimisé pour les critères de puissance, performance et surface (PPA), la vérification UVM, l'analyse de l'intégrité du signal, ainsi que l'intégration avec les outils d'automatisation de design électronique standard de l'industrie.
Ce livre blanc explique comment MATLAB et Simulink facilitent les workflows de design et de vérification des semi-conducteurs de bout en bout, aidant les équipes à accélérer l'innovation, à réduire les risques et à livrer des systèmes haute performance. MATLAB et Simulink permettent aux équipes d'ingénierie d’intégrer la vérification en amont, de rationaliser la collaboration et d’optimiser les résultats en facilitant la vérification précoce et l’exploration de l’architecture, en supportant la génération RTL optimisé pour les critères PPA et en s'intégrant aux workflows EDA de Cadence®, Synopsys® et Siemens EDA®.
Les workflows traditionnels dans le secteur des semi-conducteurs sont fragmentés. Les équipes analogiques et numériques fonctionnent généralement de manière isolée, en utilisant des outils et des processus déconnectés. Cette fragmentation engendre souvent des inefficacités, des problèmes de design en phase avancée et des objectifs de performance non atteints. MATLAB et Simulink permettent de relever ces défis en proposant un environnement unifié de modélisation et de simulation qui relie toutes les phases du processus de design grâce à l'intégration avec les outils EDA.
Cette intégration est bien plus qu'une simple commodité : c'est un levier stratégique. En réutilisant les modèles MATLAB et Simulink existants comme références de validation, comme générateurs de stimuli, ou pour la génération de RTL synthétisable optimisé PPA ainsi que des modèles IBIS-AMI, les équipes peuvent combler le fossé entre la modélisation d’architecture et l'implémentation hardware. Cette approche améliore non seulement la productivité, mais garantit également la cohérence et la collaboration tout au long des étapes de design et de vérification. Les sections suivantes de ce livre blanc illustrent ces avantages en décrivant trois exemples de workflows critiques dans le design et la vérification des semi-conducteurs :
- Modélisation précoce du comportement des systèmes à signaux mixtes
- Vérification d’architecture à partir de scénarios réalistes
- Génération de RTL synthétisable optimisé PPA
Chacun de ces workflows contribue à une stratégie cohérente de design de semi-conducteurs de bout en bout, tout en reflétant une tendance plus large de l'industrie vers l'approche Model-Based Design et la vérification précoce.
Les systèmes mixtes à haut débit, tels que les SerDes à plus de 200 Gb/s, présentent des défis uniques en raison de leur intégration de composants analogiques et numériques. Ces systèmes nécessitent des composants tels que des convertisseurs de données, des synthétiseurs d'horloge et des références de tension, qui doivent être robustes face aux variations de procédé, aux dérives de température et aux fluctuations de la tension d'alimentation.
Les workflows traditionnels retardent souvent la validation jusqu'à la fin du cycle de design, ce qui augmente le risque de refontes coûteuses. La modélisation précoce du comportement répond à ce besoin en permettant la simulation et la validation des composants du système avant l'implémentation finale. Les ingénieurs peuvent utiliser des modèles d’architecture pour générer des modèles de comportement pouvant être simulés au sein des simulateurs EDA, ce qui permet le développement parallèle des sous-systèmes.
Par exemple, dans un système SerDes, un modèle de comportement de convertisseur analogique-numérique (ADC) peut être utilisé pour concevoir un schéma d'étalonnage sans attendre la finalisation du design de l'ADC. Ce parallélisme accélère le développement et favorise les améliorations itératives.
En intégrant au plus tôt des modèles de comportement, les ingénieurs réduisent les risques liés au design, augmentent la flexibilité et améliorent la performance globale du système. Cette approche est essentielle pour gérer la complexité des systèmes mixtes modernes et rester en avance dans un paysage concurrentiel.
Modèle de système avec une boucle de correction.
Les systèmes à semi-conducteurs modernes, en particulier ceux utilisés dans les applications radar automobiles, doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions environnementales diverses et dynamiques. Les approches traditionnelles de vérification reposent souvent sur des diagrammes de test abstraits qui ne parviennent pas à saisir la complexité des scénarios réels. Ce décalage peut entraîner des problèmes en phase avancée et un désalignement avec les attentes des clients.
MATLAB et Simulink permettent aux ingénieurs de modéliser des architectures IC et d’évaluer leur comportement dans des environnements réalistes, dans ce que l’on appelle la vérification « environment-in-the-loop ». Par exemple, les architectures IC radar peuvent être modélisées et évaluées en fonction de scénarios de conduite réalistes basés sur des normes de l'industrie telles que Euro NCAP®. Ces scénarios de conduite simulent des conditions réelles sur route, permettant une validation précoce des métriques au niveau système telles que le rapport signal à bruit (SNR) et la distorsion harmonique totale (THD).
Cette méthodologie déplace la vérification vers la phase initiale en se concentrant sur les métriques de performance au niveau de la fiche technique plutôt que sur les détails d'implémentation de bas niveau. Les ingénieurs peuvent utiliser des modèles de haut niveau pour générer des environnements de test réalistes et les utiliser afin de vérifier leurs modèles d’architecture IC, garantissant que les critères de vérification correspondent aux exigences des utilisateurs finaux. Cette approche supporte également l’amélioration itérative, permettant aux équipes d'ingénierie de s'adapter rapidement aux changements de design sans avoir à redessiner le banc d'essai.
Scénario de simulation de radar de conduite.
En intégrant des scénarios réalistes dans la vérification de l’architecture, les équipes peuvent améliorer la couverture, réduire les risques et garantir que les systèmes semi-conducteurs répondent aux attentes de performance dans des conditions réelles.
La traduction d'algorithmes de haut niveau en RTL synthétisable et efficace est une étape cruciale dans le design numérique. Les ingénieurs doivent respecter des contraintes PPA strictes tout en garantissant la correction fonctionnelle.
Grâce à HDL Coder™, les ingénieurs peuvent automatiquement convertir le code MATLAB et les modèles Simulink en RTL (dans les langages Verilog, SystemVerilog ou VHDL) ou en SystemC synthétisable, compatible avec les outils de synthèse de haut niveau tels que Cadence Stratus.
Workflow d'analyse PPA.
Par exemple, un algorithme de chiffrement développé en MATLAB peut être converti en SystemC et synthétisé en RTL à l'aide de Cadence Stratus. L'outil propose des rapports PPA détaillés, incluant la surface séquentielle et combinatoire, l'utilisation des registres, la fréquence d'horloge, la latence et la consommation d'énergie.
Cette boucle de retour rapide permet aux ingénieurs d’évaluer les compromis de design et d’optimiser les implémentations dès les premières phases du cycle de développement. Le workflow inclut la vérification fonctionnelle à l'aide de bancs d'essai générés et de wrappers d'interface, garantissant la conformité avant le déploiement du hardware.
En intégrant le design d'algorithmes, la génération de code et l'analyse PPA, MATLAB permet aux ingénieurs de proposer des solutions hardware performantes et économes en énergie. Cette approche comble le fossé entre la modélisation logicielle et la réalisation hardware, accélérant l'innovation et réduisant le temps de mise sur le marché.
MATLAB et Simulink offrent une plateforme complète qui unifie les workflows de design et de vérification des semi-conducteurs dans les domaines analogique et numérique. En permettant une modélisation précoce des architectures système, des environnements de vérification réalistes, la génération RTL et l'intégration avec les workflows EDA, les équipes d'ingénierie peuvent accélérer le développement, réduire les risques et livrer des systèmes haute performance.
À mesure que l'industrie des semi-conducteurs continue d'évoluer, l'adoption d'une approche de bout en bout telle que l'approche Model-Based Design devient de plus en plus cruciale pour les organisations cherchant à rester compétitives et réactives aux exigences du marché. En permettant une exploration précoce de l’architecture, la réutilisation de modèles existants et une vérification réaliste basée sur des scénarios, ces outils aident les équipes d'ingénierie à rationaliser les cycles de développement, à améliorer la collaboration et à garantir que les systèmes de semi-conducteurs répondent aux attentes de performance dans des conditions réelles.
