Stratégie Shift-Left/Stretch-Right pour obtenir une puce fonctionnelle du premier coup

Pourquoi adopter une stratégie Shift-Left/Stretch-Right ?

Dans le développement des semi-conducteurs, le fait d'obtenir une puce fonctionnelle dès la première tentative de fabrication ne représente pas seulement une étape technique : c'est aussi un enjeu commercial. Tout repose sur la capacité à commercialiser le bon produit au bon moment et au juste prix, à garantir son intégration dans les designs pour une production en série et à accompagner efficacement les clients tout au long du cycle de vie de leur produit. Aujourd'hui, les clients du secteur des semi-conducteurs attendent toujours plus de leurs fournisseurs. Ils ont davantage recours aux simulations et adoptent des approches de développement virtuelles. Ils attendent de plus en plus de modèles de composants, d'exemples de référence, d'outils de design virtuelle et de software prêt à l'emploi pour les aider à réduire les risques et à accélérer leurs processus.

Une stratégie combinant les approches Shift-Left et Stretch-Right répond aux deux aspects de ce défi. L'approche Shift-Left s'appuie sur les modélisations et les simulations pour aider les équipes à fabriquer une puce en silicium fonctionnelle du premier coup grâce à une validation plus précoce, puis à réutiliser les ressources d'ingénierie, telles que les modèles, tout au long du cycle de développement. L'approche Stretch-Right met ces mêmes ressources à la disposition des clients, les aidant ainsi à évaluer, intégrer et faire évoluer leurs produits plus efficacement. Cette approche aide les clients à appliquer eux-mêmes le principe du Shift-Left.

Le défi de la puce réussie du premier coup : complexité, fragmentation et pression des clients

De nombreuses entreprises du secteur des semi-conducteurs fonctionnent encore avec des workflows fragmentés. La spécification, l'architecture, l'implémentation et la vérification sont souvent réparties entre différentes équipes et différents outils, ce qui rend difficile le maintien de l'intention de design de la phase initiale jusqu'à la validation finale. Le coût de cette fragmentation peut être élevé : les erreurs de design introduites au cours du développement et l'impact de l'évolution des exigences durant le projet sont souvent à l'origine de retards et de refontes dans le design des ASIC.

Un workflow fondé sur des modèles permet de répondre à cette fragmentation en mettant en place une approche unifiée dans laquelle les modèles sont réutilisés comme références architecturales, stimuli de vérification et sources d'implémentation pour l'ensemble des activités de design et de vérification, aussi bien analogiques que numériques. Plutôt que de devoir reproduire sans cesse le design initial dans différents langages et environnements, les équipes peuvent utiliser des artefacts techniques partagés pour améliorer la cohérence et accélérer les itérations. Cette approche réduit les doublons et permet aux équipes de s'aligner sur une même « source de vérité ».

Cela se traduit notamment par une amélioration de l'efficacité technique. C'est un moyen plus efficace et plus agile de s'adapter aux changements dictés par les clients. Lorsque les équipes sont en mesure de mettre à jour leurs modèles, de réexécuter des tests réalistes et de répercuter plus rapidement les modifications sur les workflows en aval, elles sont mieux à même de répondre à des exigences en constante évolution sans surprises de dernière minute.

Shift-Left : vérifier plus tôt, avec une plus grande pertinence

L'approche Shift-Left est souvent décrite comme une vérification plus précoce, mais les implémentations les plus efficaces vont encore plus loin. L'objectif est de valider les comportements appropriés, par rapport aux scénarios pertinents, en utilisant des ressources telles que des modèles et des cas de test qui restent utiles tout au long du cycle de design.

Pour les équipes spécialisées dans les semi-conducteurs, cela implique d'évaluer les designs en fonction d'indicateurs qui comptent pour les clients. Cette évaluation doit s'appuyer sur des conditions de fonctionnement réalistes plutôt que sur des scénarios de test abstraits. Ces modèles et cas de test sont créés une seule fois afin d'être réutilisés tout au long du design du système, de l'implémentation et de la vérification post-silicium.

Résultats obtenus par notre client : l'approche Shift-Left en pratique 

Le travail réalisé par NXP sur les radars automobiles, présenté dans l'article « Environment-in-the-Loop Verification of Automotive Radar IC Designs » illustre concrètement la démarche Shift-Left. L'équipe a mis au point une méthodologie qui aligne la vérification interne sur des indicateurs centrés sur le client, comme le rapport signal à bruit (SNR) et la distorsion harmonique totale (THD). Plutôt que de se limiter à des schémas de test abstraits de bas niveau, NXP a généré des stimuli de vérification à partir de scénarios de conduite réalistes de l'Euro NCAP, puis a utilisé ces scénarios lors de la validation précoce au niveau système. Cette approche a permis de simuler des essais en conditions réelles un an avant la fabrication de la première puce, tout en favorisant la réutilisation des éléments au fil des différentes phases (design du système, RTL et post-silicium).

La leçon à en tirer, c'est que l'approche Shift-Left apporte le plus de valeur lorsqu'elle réduit l'écart entre la validation interne par l'ingénierie et les conditions réelles d'utilisation par les clients. Si une vérification précoce est utile, une vérification encore plus précoce et axée sur le client s'avère plus efficace encore : en effectuant cette validation plus tôt dans des contextes d'exploitation réalistes, les équipes peuvent réduire le risque de décalages en fin de cycle et concentrer leurs efforts sur les enjeux commerciaux les plus importants.

D'autres exemples documentés viennent étayer ce même principe. STMicroelectronics a utilisé Simulink^® et HDL Verifier™ pour réutiliser des modèles au niveau système dans des vérifications au niveau puce, ce qui a permis de réduire de moitié le temps de vérification RTL des designs basés sur Simulink. De plus, comme les artefacts de vérification sont réutilisés tout au long des différentes étapes de design, la duplication des efforts entre la vérification au niveau système et celle au niveau RTL a été considérablement réduite.

Nokia a repris la même idée d'une façon différente, en adoptant l'approche Model-Based Design avec Simulink dans l'ensemble du processus de design du front-end numérique 5G. Sami Repo, de Nokia, a souligné que cette approche avait apporté « de la flexibilité, de la visibilité et une capacité de réaction » tout au long du workflow, ce qui a permis d'accélérer l'exécution, d'améliorer l'exploration architecturale, de renforcer la communication entre les équipes et d'accroître la qualité.

Ces exemples montrent que la réussite de l'approche Shift-Left repose non seulement sur une mise en œuvre plus précoce, mais aussi sur la réduction des doublons et sur la mise en place d'un langage technique commun à toutes les équipes.

Résultats obtenus par notre client

Dans ces différents exemples, l'approche Shift-Left apporte le plus de valeur lorsque la vérification précoce est également plus pertinente pour le client et plus facilement réutilisable.

Stretch-Right : transformer les ressources d’ingénierie en avantages pour les clients

L'approche Shift-Left améliore l'exécution interne, alors que l'approche Stretch-Right étend ces mêmes investissements d'ingénierie vers l'extérieur sous forme de ressources réutilisables pour les clients. Concrètement, cela implique de proposer des ressources réutilisables telles que des modèles de composants, des plateformes de processeurs virtuels, des outils de configuration et de design, des composants logiciels prêts à l'emploi et des modèles de référence pour des applications clés.

C'est important, car les clients cherchent eux aussi à appliquer l'approche Shift-Left à leurs propres processus de développement. Dans le cadre des programmes de Software-Defined Vehicles et d'autres systèmes à forte intensité logicielle, les clients souhaitent démarrer le développement avant même que le hardware ne soit disponible, puis poursuivre l'amélioration des systèmes après leur déploiement. Les entreprises du secteur des semi-conducteurs qui proposent des ressources virtuelles et une infrastructure d'accompagnement de meilleure qualité permettent à leurs clients de démarrer plus rapidement, de s'intégrer plus vite et de réduire les risques liés aux projets.

Résultats obtenus par notre client : l'approche Stretch-Right en pratique 

Une récente collaboration entre MathWorks et NXP dans le domaine des systèmes de gestion de batterie (BMS) offre un exemple clair de mise en pratique de l'approche Stretch-Right. Grâce à l'introduction d'une toolbox dédiée à l'approche Model-Based Design pour les systèmes de gestion de batterie (BMS), les ingénieurs peuvent développer, valider et déployer automatiquement des algorithmes de contrôle à partir de MATLAB^® et Simulink directement sur les processeurs NXP. Cette avancée permet de combler le fossé entre le design au niveau système et l'implémentation en production. Cette approche permet le déploiement sur le hardware cible, notamment grâce à la génération de code optimisé, à l'accès aux périphériques intégrés à la puce et aux tests Processor-in-the-Loop. Ces fonctionnalités permettent aux clients de passer efficacement de la modélisation et des simulations aux essais et à l'implémentation dans des conditions réelles. Elles permettent également de réutiliser les algorithmes sans avoir à les recoder manuellement et de les valider dans des scénarios d'exploitation réalistes. Cela permet de réduire les difficultés d'intégration, d'accélérer la mise sur le marché et de simplifier le passage du concept au déploiement, tout en améliorant l'écosystème global des dispositifs et en étendant la valeur des plateformes de semi-conducteurs au-delà du silicium. La direction de NXP présente les avantages commerciaux : Lars Reger, directeur technique, évoque notamment « des itérations de design plus rapides qui permettent aux ingénieurs d'identifier et de résoudre les problèmes dès le départ », ainsi qu'une mise sur le marché plus rapide pour les clients qui utilisent les composants électroniques de NXP.

Infineon apporte un autre exemple concret de la mise en œuvre de l'approche Stretch-Right. L'entreprise a utilisé MATLAB et Simulink pour développer, vérifier et livrer un modèle IBIS-AMI complet à un client, dans un délai très serré de deux semaines. Outre le fait de respecter le délai fixé par son client, elle a accéléré sa montée en puissance et a mis en place une capacité pouvant être réutilisée dans le cadre de futurs programmes.

Pour les entreprises du secteur des semi-conducteurs, cela va bien au-delà d'une simple question de modélisation. Il s'agit avant tout d'une question de design, car des modèles précis destinés aux clients permettent de raccourcir les cycles d'évaluation et de faciliter les échanges techniques sans exposer la propriété intellectuelle interne. L'approche Stretch-Right ne se limite pas au support post-silicium : elle agit comme un véritable levier de croissance. Plus les ressources réutilisables sont de qualité, plus il est facile pour les clients d'adopter la plateforme, de la déployer à l'échelle de leurs différents programmes et de la conserver plus longtemps.

Résultats obtenus par notre client

Ces exemples montrent comment l'approche Stretch-Right peut servir de levier de croissance, en transformant les ressources d’ingénierie internes en outils qui permettent aux clients de gagner en rapidité et favorisent leur fidélisation.

Les workflows fondés sur l'IA comme multiplicateur de force

Dans le domaine du développement des semi-conducteurs, l'IA apporte le plus de valeur lorsqu'elle vient renforcer une stratégie Shift-Left/Stretch-Right. Elle peut aider les équipes d'ingénieurs à réduire les configurations manuelles, à raccourcir les cycles de simulation et à limiter les tâtonnements tout au long des workflows de design et de vérification. Concrètement, cela englobe les copilotes qui assistent les ingénieurs, les workflows agentiques qui supportent les boucles d'ingénierie itératives, les modèles de Machine Learning qui pilotent l'émulation et l'optimisation, ainsi que les workflows qui déploient des algorithmes d'IA sur des accélérateurs hardware.

Résultats obtenus par notre client : l'IA comme multiplicateur de force

L'IA utilisée comme workflow d'ingénierie autonome constitue un cas d'utilisation concret. Intel décrit un workflow d'IA multi-agent qui effectue une validation complète de l'intégrité du signal pour les interconnexions PCIe post-layout. Le design est délibérément centré sur les agents : un chef de projet interprète l'objectif et coordonne des exécutants spécialisés dans l'extraction, la mise en conformité et le reporting. Ils exécutent un flux d'ingénierie approuvé sous la forme d'une machine à états déterministe, pour que les résultats soient reproductibles plutôt qu'improvisés. Le rôle de l'ingénieur évolue : il ne se contente plus de lancer des solveurs et de compiler des rapports, mais doit désormais définir les objectifs, les contraintes et les indicateurs de réussite, puis valider les résultats obtenus. Le rôle de l'ingénieur évolue : il ne s'agit plus d'exécuter des solveurs et de compiler des rapports, mais de définir des objectifs, des contraintes et des indicateurs de succès, et de valider les résultats, ce qui correspond exactement à ce que demande l'IA dans une stratégie Shift-Left/Stretch-Right.

Un autre cas d'utilisation consiste à mettre l'IA au service de l'efficacité de la vérification. Nokia a utilisé MATLAB pour mettre au point une approche de Machine Learning qui a permis de réduire de moitié le nombre de tests nécessaires pour assurer une couverture complète, tout en améliorant la qualité de la vérification grâce à la suppression des cas de test redondants. C'est un exemple marquant d'approche Shift-Left, car l'IA a permis à l'équipe d'atteindre ses objectifs de couverture en réduisant le nombre de tests et les efforts de simulation redondants.

Un troisième cas d'usage concerne l'implémentation de l'IA au sein du produit final. NXP a entraîné un réseau de neurones dans MATLAB afin de corriger a posteriori les erreurs ADC, avant de générer et vérifier l'implémentation HDL correspondante. Une fois implémenté sur un ASIC, le réseau occupait 15 % de la surface de l'ADC et consommait environ 16 fois moins d'énergie dans des conditions de fonctionnement normales. Cet exemple montre que l'IA contribue directement à l'architecture hardware, et pas seulement à la productivité des ingénieurs. 

Résultats obtenus par notre client

Ces exemples montrent que l'IA renforce la stratégie Shift-Left/Stretch-Right, de l'efficacité de la vérification jusqu'à une validation finale reproductible et à l'intégration de l'IA directement sur la puce.

Conclusion : Comment les équipes du secteur des semi-conducteurs peuvent commencer

Un point de départ pratique consiste à ne pas considérer les approches Shift-Left/Stretch-Right comme des initiatives isolées, mais comme une évolution stratégique du modèle opérationnel de l'ingénierie. Les équipes de direction doivent identifier les domaines dans lesquels une vérification précoce peut réduire considérablement les risques ou accélérer le développement, tout en évaluant quels modèles, workflows et ressources d’ingénierie peuvent être étendus afin de créer de la valeur pour les clients au-delà du développement interne. Les opportunités les plus prometteuses sont généralement celles qui établissent un lien entre les résultats techniques et les résultats commerciaux : réduction des risques en fin de cycle, accélération de l'évaluation par les clients, raccourcissement des cycles de design et simplification du support et de l'évolution des produits. Les questions essentielles sont simples : Quels risques peuvent être traités plus tôt ? Quelles ressources internes peuvent évoluer pour offrir des capacités évolutives au service des clients ? Et quels sont les workflows capables de démontrer une valeur ajoutée mesurable pour l'entreprise tout en créant une dynamique favorisant une adoption à plus grande échelle ?

Réussir du premier coup la fabrication d'une puce en silicium repose sur deux capacités complémentaires : améliorer les résultats d'ingénierie interne plus en amont et optimiser les résultats obtenus par les clients plus tard et plus longtemps. L'approche Shift-Left renforce la confiance architecturale, accélère les itérations et rend la vérification plus pertinente. L'approche Stretch-Right transforme ces mêmes ressources d'ingénierie en outils orientés client, accélérant le processus de design et réduisant les frictions tout au long du cycle de vie.

Pour les entreprises du secteur des semi-conducteurs confrontées à une complexité croissante et à des délais de plus en plus serrés, il s'agit d'une stratégie pratique et évolutive. Une modélisation précoce, une validation réaliste, des ressources de vérification réutilisables, des modèles de simulation prêts à l'emploi pour les clients et des workflows cibles supportés contribuent tous à renforcer la position concurrentielle. Les entreprises qui adoptent cette approche amélioreront non seulement le développement de leurs puces, mais aussi l'expérience globale de leurs clients qui développent des produits à partir de ces composants.