The State Of FPGA Functional Verification

افلاطون کے ذریعہ دوبارہ شائع کیا گیا۔

فالونگ: 0

پہلے میں نے بلاگ کیا تھا۔ IC اور ASIC فنکشنل تصدیق، لہذا آج وقت آگیا ہے کہ FPGA فنکشنل تصدیق کی حالت کے ساتھ اس کو ختم کیا جائے۔ ولسن ریسرچ گروپ 2018 سے ہر دو سال بعد ایک FPGA رپورٹ مرتب کر رہا ہے، لہذا یہ تیسری بار ہے جب اس نے ڈیزائن کے اس حصے پر توجہ مرکوز کی ہے۔ FPGA مارکیٹ $5.8 بلین پر قابل قدر ہے، اور 8.1 تک اس کے $2025 بلین تک بڑھنے کی پیشن گوئی کی گئی ہے۔ FPGAs 1984 میں محدود گیٹ کی گنجائش کے ساتھ شروع ہوئے تھے، اور اب اس میں لاکھوں گیٹس، پروسیسرز اور معیاری ڈیٹا پروٹوکولز شامل ہو چکے ہیں۔

کم والیوم ایپلی کیشنز FPGA ڈیوائسز کے NRE سے فائدہ اٹھاتے ہیں، اور انجینئرز تیز رفتاری سے تصدیق اور توثیق کر کے اپنے ڈیزائن کا پروٹو ٹائپ کر سکتے ہیں۔ ایف پی جی اے میں اب پروسیسر شامل ہیں، جیسے: Xilinx Zynq UltraSCALE, انٹیل اسٹریٹکس, مائکروچپ اسمارٹ فیوژن. فنکشنل تصدیقی مطالعہ میں 980 شرکاء میں سے، FPGA اور قابل پروگرام SoC FPGA ڈیزائن اسٹائل سب سے زیادہ مقبول ہیں۔

جیسا کہ حال ہی میں FPGAs کے سائز میں اضافہ ہوا ہے، بگ سے پاک پروڈکشن ریلیز کا امکان صرف 17% رہ گیا ہے، جو کہ درست فرسٹ سلکان کے لیے IC اور ASIC پروجیکٹس کے 30% سے بھی بدتر ہے۔ واضح طور پر، ہمیں پیچیدہ FPGA سسٹمز کے لیے بہتر فنکشنل تصدیق کی ضرورت ہے۔

FPGA بگ فرار منٹ — FPGA بگ پروڈکشن میں نکل گیا۔

پیداوار میں پائے جانے والے کیڑے کی اقسام کئی زمروں میں آتی ہیں:

53% - منطق یا فنکشنل
31% - فرم ویئر
29% - کلاکنگ
28% - ٹائمنگ، راستہ بہت سست
21% - ٹائمنگ، راستہ بہت تیز
18% - مخلوط سگنل انٹرفیس
9% - حفاظتی خصوصیت
8٪ - سیکیورٹی کی خصوصیت

ناکامی، منطق یا فنکشنل کے سب سے بڑے زمرے میں زوم کرتے ہوئے، پانچ بنیادی وجوہات ہیں۔

FGPA پروجیکٹس زیادہ تر وقت پر مکمل نہیں ہوئے، ایک بار پھر سسٹمز کے بڑے سائز، منطق کی پیچیدگی اور یہاں تک کہ تصدیقی طریقوں کے استعمال کی وجہ سے۔

FPGA ڈیزائن کے نظام الاوقات منٹ — FPGA ڈیزائن شیڈولز

FPGA ٹیم کے انجینئروں کے پاس ڈیزائن انجینئر یا تصدیقی انجینئر جیسے الگ عنوانات ہو سکتے ہیں، پھر بھی 22% پراجیکٹس پر کوئی تصدیقی انجینئر نہیں تھے – یعنی ڈیزائن انجینئرز نے ڈبل ڈیوٹی کی اور اپنے IP کی تصدیق کی۔ پچھلے 10 سالوں میں FPGA پروجیکٹ پر تصدیقی انجینئرز کی تعداد میں 38% اضافہ ہوا ہے، لہذا یہ بگ فری پروڈکشن کی طرف پیشرفت ہے۔

FPGA انجینئرز کی تعداد کم از کم — انجینئرز کی تعداد

ایف پی جی اے پراجیکٹس پر تصدیقی انجینئرز نے اپنا زیادہ تر وقت ڈیبگ ٹاسک پر 47% پر صرف کیا:

47% - ڈیبگ
19% - ٹیسٹ بنانا اور نقلی چلانا
17٪ - ٹیسٹ بینچ کی ترقی
11% - ٹیسٹ پلاننگ
6% - دیگر

وقت کے ساتھ ساتھ ایمبیڈڈ پروسیسرز کی تعداد میں مسلسل اضافہ ہوا ہے، اس لیے 65% FPGA ڈیزائنز میں اب ایک یا زیادہ پروسیسر کور ہیں، جس سے ہارڈ ویئر، سافٹ ویئر انٹرفیس کے درمیان تصدیق کی مقدار میں اضافہ ہوتا ہے۔ اور آن چپ نیٹ ورکس کا انتظام کرنا۔

FPGA انجینئرز کی تعداد کم از کم 1 — ایمبیڈڈ پروسیسرز

ہمیشہ سے مقبول RISC-V پروسیسر 22% FPGAs میں سرایت کرتا ہے، اور AI ایکسلریٹر 23% پروجیکٹس میں استعمال ہوتے ہیں۔ FPGAs پر 3-4 اوسط تعداد میں کلاک ڈومینز استعمال کیے جاتے ہیں، اور انہیں تصدیق کے لیے گیٹ لیول ٹائمنگ سمولیشنز، نیز تصدیق کے لیے جامد کلاک ڈومین کراسنگ (CDC) ٹولز کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے۔

حساس ڈیٹا رکھنے کے لیے 49% FPGA ڈیزائنز میں سیکیورٹی فیچرز شامل کیے جاتے ہیں، نیز 42% FPGA پروجیکٹس حفاظتی معیارات یا رہنما خطوط پر عمل پیرا ہوتے ہیں۔ SemiWiki پر ہم اکثر بلاگ کرتے رہے ہیں۔ ISO 26262 اور ڈی او 254 معیارات فنکشنل سیفٹی (FuSa) ڈیزائن کی کوششیں پروجیکٹ کے مجموعی وقت کا 25% سے 50% کے درمیان لیتی ہیں۔

حفاظت کے اہم معیارات کم از کم 1 — حفاظت کے اہم معیارات

سب سے اوپر تین تصدیقی زبانیں ہیں VHDL، SystemVerilog اور Verilog؛ لیکن Python اور C/C++ زبانوں میں حالیہ چھلانگوں کو بھی دیکھیں۔

تصدیقی زبانیں کم از کم 1 — تصدیقی زبانیں

سب سے مشہور FPGA طریقہ کار اور ٹیسٹ بینچ بیس کیس لائبریریاں ہیں: Accellera UVM، OSVVM اور UVVM۔ ازگر پر مبنی cocotb یہاں تک کہ 2022 کے لیے ایک نئے زمرے کے طور پر شامل کیا گیا۔

FPGA طریقہ کار کم سے کم — تصدیق کے طریقے

دعویٰ کرنے والی زبانیں 45% پر SystemVerilog Assertions (SVA) کی قیادت میں ہیں، اس کے بعد Accellera Open Verification Library (OVL) 13% اور PSL 11% ہے۔ FPGA ڈیزائنز RTL ڈیزائن کے لیے VHDL کو SVA کے ساتھ جوڑ سکتے ہیں۔

باضابطہ جائیداد کی جانچ FPGA منصوبوں کے درمیان بڑھ رہی ہے، خاص طور پر EDA وینڈرز کے ذریعہ زیادہ خودکار رسمی ایپس متعارف کرائی گئی ہیں۔

پچھلے 10 سالوں میں نقلی بنیاد پر توثیق کے طریقوں سے ثابت ہوتا ہے کہ مطابقت کے لحاظ سے درج ہے: کوڈ کوریج، فنکشنل کوریج، دعوے، محدود بے ترتیب۔

خلاصہ

17 میں FPGA پروجیکٹس کے لیے کم 2022% بگ فری نمبر جس نے اسے پروڈکشن میں بدل دیا، میرے لیے سب سے حیران کن نمبر تھا، کیونکہ فیلڈ میں کسی ڈیوائس کو دوبارہ منگوانے یا دوبارہ پروگرام کرنے کی کوشش مہنگا ہے اور درست کرنے میں وقت لگتا ہے۔ ایک زیادہ مضبوط فنکشنل توثیق کا طریقہ پیداوار میں بگ سے بچنے کا باعث بنتا ہے، اور مطالعہ کے شرکاء کو دو گروپوں میں تقسیم کرنے سے فائدہ ظاہر ہوتا ہے۔