如何利用芯片數(shù)據(jù)提高生產(chǎn)力？

半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)正爭(zhēng)先恐后地更有效地使用數(shù)據(jù)，以提高設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的生產(chǎn)力、提高晶圓廠的產(chǎn)量，并最終提高現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的可靠性。

數(shù)據(jù)收集、分析和利用是所有這些工作以及更多工作的核心?？梢栽趶脑O(shè)計(jì)到制造流程中的每個(gè)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)并進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，并且可以將其循環(huán)回當(dāng)前和未來(lái)的設(shè)計(jì)中以防止代價(jià)高昂的故障，或者向前推進(jìn)以防止軟件和硬件之間不必要的交互。

「當(dāng)我們查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及新代工廠/晶圓廠啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的事情時(shí)，我們已經(jīng)看到他們?nèi)绾卧诿總€(gè)芯片上創(chuàng)建大量數(shù)據(jù)以確定如何提高產(chǎn)量」， Cadence 數(shù)字與簽核集團(tuán)產(chǎn)品管理副總裁 Kam Kittrell 說(shuō)?！高@一直是一個(gè)大數(shù)據(jù)問(wèn)題，其中涉及很多深?yuàn)W的事情——如何提高產(chǎn)量和可制造性設(shè)計(jì)。它正在獲取大數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析，研究如何調(diào)整正在發(fā)生的事情，以便在未來(lái)獲得更好的收益。這正是流程節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)。但現(xiàn)在它向下游走得越來(lái)越遠(yuǎn)，因?yàn)槲覀兿Ｍ軌蜻M(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，因?yàn)槌笠?guī)模公司正在將非常復(fù)雜的云系統(tǒng)與數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)放在一起，并使用這些完全相同的計(jì)算機(jī)構(gòu)建數(shù)千個(gè)站點(diǎn)?！?/span>

讓系統(tǒng)、軟件和硬件的組合協(xié)同工作是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，從測(cè)試芯片收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并將其反饋到設(shè)計(jì)到制造流程中可以顯著提高生產(chǎn)芯片和系統(tǒng)的產(chǎn)量?！溉绻麄兞私饬擞嘘P(guān)芯片的一些信息，他們就可以在下游進(jìn)行測(cè)試，看看是否會(huì)立即出現(xiàn)故障，」Kittrell 說(shuō)?！改悴幌朐谠浦刑幚砜蛻舻挠行лd荷，然后看到它失敗了，然后你發(fā)現(xiàn)了一些你可以從芯片測(cè)試中知道的東西。」

其他人同意。「這里正在發(fā)生的大趨勢(shì)是產(chǎn)品的復(fù)雜性，」是德科技新市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理兼數(shù)字孿生項(xiàng)目經(jīng)理 Chris Mueth 說(shuō)。「這是最大的驅(qū)動(dòng)力。你可以說(shuō)有一些監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和小型化正在進(jìn)行，但這實(shí)際上都是關(guān)于復(fù)雜性的，而且它只會(huì)變得越來(lái)越糟，因?yàn)橄M(fèi)者想要更多的功能在他們的手中。開(kāi)發(fā)人員將繼續(xù)向產(chǎn)品中添加越來(lái)越多的功能?！?/span>

想想 15 年前的 2.5G 移動(dòng)芯片?！甘謾C(jī)中的 PA 芯片可能有 100 項(xiàng)要求，」Mueth 說(shuō)?！脯F(xiàn)在它是一款多功能 5G 芯片，可以滿足 2000 項(xiàng)要求。它可能有多個(gè)波段。它必須在多種電壓下以多種工作模式運(yùn)行，并且所有這些都必須進(jìn)行管理和驗(yàn)證。我們聽(tīng)說(shuō)過(guò)芯片制造商錯(cuò)過(guò)驗(yàn)證需求的故事，只有在它已經(jīng)在手機(jī)芯片中時(shí)才發(fā)現(xiàn)它。」

而這只是故事的一部分。所有這些都需要在可能影響整個(gè)系統(tǒng)的變化的背景下進(jìn)行查看，因此需要端到端地收集和分析數(shù)據(jù)。

英飛凌軟件和生態(tài)系統(tǒng)副總裁 Rob Conant 表示：如果你是一家生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳統(tǒng)公司，你會(huì)進(jìn)行用戶研究和焦點(diǎn)小組討論的連接安全系統(tǒng)業(yè)務(wù)部門(mén)。「你用它來(lái)告知你未來(lái)的產(chǎn)品方向。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，他們真的沒(méi)有全心全意地進(jìn)入那個(gè)模型。這是對(duì)這些產(chǎn)品的事后補(bǔ)充。但是，其他產(chǎn)品的構(gòu)建以連接性為核心。家庭安全系統(tǒng)就是一個(gè)很好的例子。它有一個(gè)非常具體的價(jià)值主張和一個(gè)非常具體的客戶，一個(gè)有形的客戶可交付成果。連通性是該可交付成果的核心。對(duì)于提供這些服務(wù)和解決方案的公司而言，重要的不是包裝在他們相機(jī)上的吸引力。這是關(guān)于他們能夠以多經(jīng)濟(jì)和多有意義的方式提供特定的客戶價(jià)值，因此他們更加積極地使用數(shù)據(jù)來(lái)了解他們的產(chǎn)品如何運(yùn)作，他們的客戶如何使用這些產(chǎn)品，以及這些產(chǎn)品如何與客戶價(jià)值聯(lián)系起來(lái)。這種客戶成功的想法在某種程度上存在于消費(fèi)類硬件中。如果你把它深入到半導(dǎo)體公司本身，這個(gè)想法就會(huì)滲透到像 Infineon 和其他公司這樣的較低級(jí)別的組件供應(yīng)商中，但它并不是本地的。它是我們銷售產(chǎn)品的附加組件?！?/span>

更好的自動(dòng)化

有效地利用數(shù)據(jù)可以為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)豐厚的回報(bào)。設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加與人才短缺之間的鴻溝越來(lái)越大，而數(shù)據(jù)是縮小這一差距的重要因素。

「任何 EDA 公司都會(huì)在設(shè)計(jì)和測(cè)試上花費(fèi)大量時(shí)間，但由于正在發(fā)生的大趨勢(shì)，數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)新興領(lǐng)域來(lái)處理如何管理所有需求，」Mueth 說(shuō)?！肝以趺粗肋@些要求是否得到滿足？模擬或測(cè)試設(shè)備以確保其滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)是什么？你有需求管理本身嗎？我如何知道芯片中的 IP 在我制造時(shí)是正確的 IP？我使用的工具和版本的可追溯性如何？當(dāng)您進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，所有這些都很重要。正如你想象的那樣，我正在那里處理大量的數(shù)據(jù)?！?/span>

反過(guò)來(lái)，這些數(shù)據(jù)可用于改進(jìn)仿真和驗(yàn)證，并可縮短調(diào)試過(guò)程。

「在仿真領(lǐng)域，工程團(tuán)隊(duì)正在執(zhí)行三項(xiàng)主要任務(wù)，」 Imperas 首席執(zhí)行官 Simon Davidmann 說(shuō)?！敢粋€(gè)是構(gòu)建可以運(yùn)行的軟件。他們?cè)噲D啟動(dòng)并運(yùn)行軟件，并擁有他們想要了解的某些數(shù)據(jù)。二是另一個(gè)極端，工程師們正在圍繞 RISC-V 進(jìn)行驗(yàn)證。然后是另一群正在尋求提高性能的人。所有這些人都需要不同類型的數(shù)據(jù)。」

但是工程團(tuán)隊(duì)需要了解他們收集數(shù)據(jù)的目的以及他們需要什么類型的數(shù)據(jù)。

「這是'什么'和'為什么'?！冈趺醋觥箤?duì)于我們工程師來(lái)說(shuō)顯然是必需的，因?yàn)槔缭谖覀兊慕７矫?，我們是速度很快，」Davidmann 說(shuō)。「我們不想在模型中加入任何會(huì)減慢我們速度的東西。如果你想開(kāi)始分析模型中發(fā)生的事情，它會(huì)減慢它的速度。所以我們非常關(guān)心人們想要什么數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。然后，當(dāng)一個(gè)工程團(tuán)隊(duì)想要添加數(shù)據(jù)分析時(shí)，從我們的角度來(lái)看，有幾種類型的數(shù)據(jù)是有用的。首先，他們必須確定他們想要將其用于什么用途以及他們想要的粒度。有些人正在嘗試調(diào)整軟件并需要非常具體的數(shù)據(jù)，例如逐周期數(shù)據(jù)?；蛘?，如果有人試圖驗(yàn)證某事，他們將需要與硬件事件等相關(guān)的完全不同的數(shù)據(jù)。一旦他們獲得了數(shù)據(jù)，就會(huì)有不同的抽象。例如，如果我們正在幫助工程團(tuán)隊(duì)移植 Linux，他們不想查看 RTL 中的事件。他們甚至不想查看寄存器值。他們想看函數(shù)的抽象。或者，他們想查看操作系統(tǒng)中作業(yè)調(diào)度程序的抽象。這就是所有可以收集的數(shù)據(jù)。然后，他們可以對(duì)其進(jìn)行分析，看看它的性能如何，或者他們探索了操作系統(tǒng)的哪些部分。」

確保設(shè)備滿足要求是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，這就是為什么估計(jì)有三分之二（或更多）的芯片開(kāi)發(fā)用于驗(yàn)證?！高@里的壓力有很多不同的方式，」Mueth 說(shuō)?！钙渲幸徊糠种皇嵌x我需要的需求，并定義如何模擬或測(cè)試這些需求。然后，需要流程定義以及自動(dòng)化構(gòu)建，因?yàn)槟赡懿粫?huì)手動(dòng)完成所有這些工作。您想以自動(dòng)化方式進(jìn)行。然后你必須確定如何收集數(shù)據(jù)、減少數(shù)據(jù)并理解數(shù)據(jù)?！?/span>

更有效地利用數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)可能會(huì)因任務(wù)配置文件的不同而有很大差異，這對(duì)于汽車芯片而言與 5G 電話芯片大不相同，并且它可能會(huì)根據(jù)其在流程中的使用方式和位置而有所不同。

「今天我們問(wèn)我們的客戶，'你是否了解你的個(gè)人資料的實(shí)際情況？' 答案或多或少是『不』，這與 HPC 的情況相同，」Synopsys 汽車硅生命周期解決方案產(chǎn)品經(jīng)理 Pawini Mahajan 說(shuō)。因此，我們?cè)噲D通過(guò)硅生命周期管理 (SLM) 做的是在架構(gòu)級(jí)別的設(shè)計(jì)生命周期早期插入監(jiān)視器，并在整個(gè)生產(chǎn)生命周期中收集數(shù)據(jù)，包括在斜坡階段、生產(chǎn)階段、制造階段。我們甚至可以在設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之前不斷收集數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)都是我們?cè)谡麄€(gè)生命周期中收集的，我們將這些數(shù)據(jù)作為反饋循環(huán)提供給設(shè)計(jì)工程師，以進(jìn)一步改進(jìn)下一代設(shè)計(jì)。但是我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)所做的工作也可以用于任務(wù)概況。例如，您可以監(jiān)控任務(wù)概況，或老化和退化。所有這些數(shù)據(jù)都在收集和填充。

這些數(shù)據(jù)如何被分割和分析取決于它的用途。其中大部分是使用用戶為自己的目的創(chuàng)建的內(nèi)部工具完成的。在某些情況下，數(shù)據(jù)不完整是因?yàn)閿?shù)據(jù)收集受到合同義務(wù)的阻礙。

「這是一個(gè)非常破碎和脫節(jié)的區(qū)域，」馬哈詹說(shuō)?！该考野雽?dǎo)體公司、一級(jí)供應(yīng)商或 OEM，取決于他們?cè)谏芷谥兴幍奈恢茫加凶约旱慕鉀Q方案。一些半導(dǎo)體公司可能擁有自己版本的過(guò)程、電壓和溫度監(jiān)視器，用于從其芯片中收集數(shù)據(jù)。但是，一旦該芯片進(jìn)入汽車，目前可能還沒(méi)有一種指標(biāo)可以通過(guò) OEM 的數(shù)據(jù)湖提取該數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些合同中不存在某些交互?！?/span>

在設(shè)計(jì)流程中，最重要的是提高生產(chǎn)力。數(shù)據(jù)很重要，但往往沒(méi)有得到應(yīng)有的有效利用。

Synopsys DesignDash 產(chǎn)品經(jīng)理 Mark Richards 表示：「隨著設(shè)計(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，挑戰(zhàn)變得如此困難，以至于他們沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行他們想要進(jìn)行的多輪優(yōu)化?！?「這主要是關(guān)于在他們擁有的時(shí)間窗口內(nèi)完成它，所以無(wú)論 PPA 是什么，無(wú)論他們最終采用何種治療方法，他們最終都會(huì)采用。隨著這些設(shè)計(jì)變得越來(lái)越大，迭代時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，他們?cè)噲D做的只是以某種方式提高生產(chǎn)力。數(shù)據(jù)是達(dá)到目的的一種手段，他們將采取目前可以找到的最佳手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/span>

如果收集和分析了正確的數(shù)據(jù)，它可以用來(lái)顯著改進(jìn)優(yōu)化。理查茲說(shuō)：「如果我們能夠開(kāi)始以一種他們可以有效吸收它的方式向用戶展示它，那將有助于推動(dòng)并提高生產(chǎn)力?！?「我們?nèi)绾卫盟羞@些引擎，使用引擎蓋下的方法能夠以比從日志文件中獲得的更細(xì)粒度的級(jí)別讀取引擎？然后我們可以開(kāi)始合并該數(shù)據(jù)，并嘗試在其中找到模式。如果我們可以提取這些模式，我們就可以開(kāi)始將它們視為因果關(guān)系、相關(guān)性或介于兩者之間。這有助于工程師更有效地完成工作，這正是他們最終想要達(dá)到的目標(biāo)?！?/span>

一旦芯片制造并通過(guò)測(cè)試，它就可以用于硬件/軟件啟動(dòng)?！讣僭O(shè)硅質(zhì)量好并且是已知的好芯片，你想（取決于應(yīng)用程序）添加第一級(jí)軟件，例如軟件內(nèi)核，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，」高級(jí)主管 Vivek Chickermane 說(shuō)。Siemens Digital Industries Software 的 Tessent 嵌入式分析研發(fā).「然后你把它放在下一個(gè)層次上，這可能是操作系統(tǒng)微服務(wù)，然后是完整的操作系統(tǒng)，也許還會(huì)添加一些應(yīng)用程序。您構(gòu)建軟件堆棧，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行盡可能多的測(cè)試。在那里，工程師們真的很想在現(xiàn)場(chǎng)部署之前識(shí)別和調(diào)試問(wèn)題，他們緊緊關(guān)注幾個(gè)問(wèn)題。例如，如果系統(tǒng)是單芯片，它可能會(huì)使用以前從未使用過(guò)且從未在硅片中得到驗(yàn)證的 IP。您顯然想驗(yàn)證這一點(diǎn)。下一個(gè)級(jí)別是添加內(nèi)核或操作系統(tǒng)等。我們可能不確定其生態(tài)系統(tǒng)有多強(qiáng)大。編譯器、內(nèi)核服務(wù)、微服務(wù)有多好？你想確保所有這些都運(yùn)作良好。然后你想檢查軟件是否會(huì)按預(yù)期運(yùn)行，

一旦設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)達(dá)到調(diào)試目標(biāo)并且硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)被認(rèn)為是好的，他們就可以從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)。這帶來(lái)了一系列完全不同的挑戰(zhàn)。

「該領(lǐng)域存在很多不確定性和不可預(yù)測(cè)性，因?yàn)槟鸁o(wú)法始終確保將要在該領(lǐng)域使用的所有軟件以前都曾嘗試過(guò)，」奇克曼說(shuō)?！讣僭O(shè)你買(mǎi)了一部手機(jī)，現(xiàn)在你要添加一個(gè)稍后開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。芯片供應(yīng)商尚未測(cè)試該應(yīng)用程序?，F(xiàn)在想象一下，這是一個(gè)很大的系統(tǒng)，里面有各種需求復(fù)雜的應(yīng)用。這是一組完全不同的問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)，挑戰(zhàn)是如何構(gòu)建一個(gè)非常可靠和可預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，尤其是當(dāng)您有很多動(dòng)態(tài)組件時(shí)？我如何從不太可靠和不太可預(yù)測(cè)的組件構(gòu)建它？可靠性與設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)墓锜o(wú)關(guān)。就是硅還沒(méi)有被 100% 證明。您可能有 95% 的信心發(fā)布它。所以仍然存在不確定性，這在該領(lǐng)域受到了壓力?！?/span>

有效使用數(shù)據(jù)對(duì)于縮小差距至關(guān)重要，無(wú)論是涉及匯總數(shù)據(jù)還是監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

「有了聚合數(shù)據(jù)，我可能想運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序，看看有多少緩存未命中或發(fā)生了多少浮點(diǎn)運(yùn)算，」他說(shuō)?！甘‰娔Ｊ绞欠駟?dòng)，啟動(dòng)了多少次？該系統(tǒng)是根據(jù)該聚合數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，因?yàn)樵S多指標(biāo)（如電池壽命或 CPU 利用率）都依賴于它。該數(shù)據(jù)來(lái)自性能計(jì)數(shù)器。另一方面，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加全面。性能計(jì)數(shù)器提供聚合數(shù)據(jù)，而監(jiān)視器提供時(shí)間敏感數(shù)據(jù)，因此有時(shí)間差。假設(shè)您決定每 100 微秒收集一次數(shù)據(jù)，因此每 100 微秒就是一個(gè)時(shí)間差。例如，我們的用戶想要所謂的指令跟蹤。他們想知道當(dāng)時(shí)正在執(zhí)行什么指令。如果它是總線監(jiān)視器，那么它會(huì)查看總線上發(fā)生的事務(wù)。CPU 正在與內(nèi)存通信嗎？是在和網(wǎng)絡(luò)對(duì)話嗎？是在和 I/O 對(duì)話嗎？」

數(shù)據(jù)的力量

擁有數(shù)據(jù)是一回事。以可以在設(shè)計(jì)中產(chǎn)生重大差異的方式應(yīng)用它是一個(gè)巨大的飛躍，這會(huì)轉(zhuǎn)化為消費(fèi)者的價(jià)值。

「如果你看看像 Apple 這樣的公司，他們擁有大量關(guān)于蜂窩連接的信息，」Infineon 的 Conant 說(shuō)。「蜂窩連接在哪里工作？它在哪里不起作用？為什么它有效？為什么它在不同的地方不起作用？客戶如何使用該產(chǎn)品？功耗如何根據(jù) MCU 的使用方式而變化？他們?yōu)樵撌謾C(jī)設(shè)計(jì)自己的核心或編寫(xiě)自己的核心芯片組的能力在很大程度上取決于他們擁有的數(shù)據(jù)的豐富性，這些數(shù)據(jù)提供了對(duì)使用模型的洞察力。」

真正的價(jià)值來(lái)自于對(duì)不同用例的深入理解，以及利用數(shù)據(jù)為這些用例構(gòu)建產(chǎn)品的能力?！溉绻憧纯词褂盟麄兊男酒氖謾C(jī)的性能，那是非常好的，因?yàn)樗麄儗?duì)使用模型有深刻的理解，」科南特說(shuō)?！高@些芯片的設(shè)計(jì)是由這些數(shù)據(jù)和對(duì)它的深刻理解驅(qū)動(dòng)的。這是半導(dǎo)體公司需要追求的目標(biāo)——深入了解其產(chǎn)品的使用模型。但今天，他們往往敬而遠(yuǎn)之?！?/span>