硅谷探秘:EDA公司Calypto与其革新设计工具Catapult HLS

2014-10-24 14:52:35来源: EEWORLD

    在EDA的王国里,不但有Cadence、Synopsys、Mentor这样的大佬,一些年轻的玩家们同样迸发活力并且成长的朝气蓬勃,Calypto公司就是其中的一个好例子。

    Calypto是一家专注于衔接电子系统级设计和集成电路实现的EDA公司,侧重贯序分析和功耗优化,成立于2002年。2002年?也就是二十一世纪初,那时候,“ESL”(系统级设计工具)是EDA技术中的热门儿课题,所谓ESL,大致可以理解为一种设计工具的新标准,这种设计工具与主流的RTL(寄存器传输级 )工具的不同之处在于,可以帮助软件开发者将其算法表达直接转换成硬件,设计者便可不必掌握硬件设计方法了。就是在ESL技术实用化的进程中,Calypto诞生了,并成为ESL阵营中颇具代表性的公司。正如Calypto创始人Devadas Varma所说,“我们的使命是促使业界走向更高的抽象级,原始动力来源于验证需求以及将功耗作为约束或目标的需求”。最近Calypto总裁暨执行长Sanjiv Kaul与Calypto行销副总裁Mark Milligan(见图1)在硅谷的演讲再次印证了这样的公司理念。


图1 左:Calypto行销副总裁Mark Milligan,右:Calypto总裁暨执行长Sanjiv Kaul

    首先,Sanjiv Kaul介绍了几十年来芯片设计方法的变迁史,由六七十年代的Transisiter Level(晶体管级)到七八十年代的Gate Level(门级)再到九十年代至今主流的RTL,使人们看到:芯片设计变迁的规律是逐渐远离底层,向更高的抽象层次迈进,所以,当今的半导体业需要一种划时代的、着眼于更高层次系统设计的工具。诚然,目前IC设计面临着待设计系统更加复杂(例如SOC)、功耗问题更加凸显的挑战。一方面,很多先进的设计已经迈向更先进的工艺节点(16/14nm),其验证工作将变得更加耗费时间并且验证成本更加高昂,并且先进节点设计的门级数量规模之大(16nm可达1322M Gates)使得主流的RTL设计方法显得力不从心(见图2)。另一方面,28nm成为门级成本(Gate cost)的一个拐点(见图3),这使得一些设计团队十分留恋28nm,不愿意转向下一节点。对于这些设计者,对产品面积、性能、功耗的优化需要寻找除缩小工艺节点以外的途径,许多人把目光聚焦在了对产品架构的优化上面。Kaul认为,Calypto的HLS(High Level Synthesis,高层次综合)设计平台Catapult HLS可以为目前半导体设计业所面临的困境提供一个可行的方案。


图2

 


图3

 

    2011年,Calypto收购了Mentor的Catapult HLS产品线,Catapult HLS包括设计和验证平台(如图4)。Catapult HLS的创新之处在于可以根据设计者编写的ANSI C/C++或SystemC代码自动生成高质量的RTL,此工具令工程师聚焦于对产品功能上的描述,可以基于需求层面去做设计,大大降低了对设计者的硬件技术门槛,同时减少出错的几率,消除了需求描述者与设计执行者之间沟通所出现的断层。由于HLS工具具有能够加快设计速度、减小验证时间和成本、消除调试、设计方便复用和创造衍生产品等优点,吸引了诸多客户并且被应用到了一些新兴的领域,如:影像的压缩/解压缩、图像加工、先进的通信等领域。

图4

    其实,市场上推出HLS方案的厂商不只Calypto一家,2011年Xilinx对AutoESL的收购使HLS技术应用在了其FPGA上;2014年,Cadence宣布并购HLS与算法IP供应商Forte Design Systems强化高端综合产品阵容。谈到Calypto区别于竞争对手的特色,Mark Milligan指出,Xilinx与Cadence的工具分别有其针对性,而Calypto工具既可优化ASIC又可用于FPGA的设计流程,应用范围更广;相比于Cadence的HLS工具只能支持C语言,Catapult HLS还支持SystemC和C++。

    另外,随着工艺节点向16/14nm的迈进,FinFET工艺被认为改变了功耗的游戏规则,但依然存在挑战:FinFET工艺在门级电流方面极有优势,它可以保证极低的漏电流以及更高的可靠性,但FinFET在动态功耗方面的掌控却不尽人意,整体的功耗密度会急剧上升。为应对功耗设计上的严苛要求,Calypto推出了基于Power Efficient RTL的功耗优化工具PowerPro(如图5),其中PowerPro PA用于RTL功率估算和结果分析,PowerPro CG用于逻辑、寄存器和时钟树(避免高速逻辑),PowerPro MG用于存储。PowerPro可以为产品的功耗提供深入的序列分析、QoR优化、集成形式的验证,其中,序列分析是Calypto公司的专长。PowerPro的序列分析通过正向与反向的性能序列分析来理解逻辑关系,寻找一切节约能源的机会,对每个机会生成所有可能的情境,再通过权衡每个生成情境的面积、时间、和功耗来找到最优的功耗方案。

图5

    全球现代科技的创新之源无疑是美国的硅谷。在硅谷,集结着美国各地和世界各国的科技人员达100万以上,美国科学院院士在硅谷任职的就有近千人,获诺贝尔奖的科学家就达30多人。作为电子行业领先媒体,EEWORLD专程前往美国硅谷,探访全球顶级的芯片公司,从科学研究、技术开发和生产营销等诸多方面发掘他们的优点,为中国读者带来最新鲜的技术报道,为中国科技特别是集成电路产业做出贡献。 

 

关键字:HLS  ESL

编辑:冯超 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2014/1024/article_10489.html
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