不是系统改版做不起，而是提前架构探索更有性价比

Kamal Desai

Feb 27, 2024 / 1 min read

Table of Contents

01. 设计Multi-Die系统架构时需要考虑的关键因素
02. 尽早发现性能和功耗瓶颈
03. 总结

Multi-Die系统架构很复杂，所以如果能尽早开始架构探索是最好的。对公司而言，越早开始架构探索，就能越早发现问题解决问题，避免系统改版产生高昂的费用。然而，Multi-Die系统的架构探索过程通常需要大量的手动操作，大多数开发者需要依赖于静态的电子表格和临时的内部工具来完成任务。这不仅让达到关键绩效指标（KPI）变得困难，项目进度也难以掌控。

新思科技推出了一种新型动态早期系统架构探索解决方案，即面向Multi-Die系统的新思科技Platform Architect，这一方案能够加速Multi-Die系统的架构实现。

该解决方案基于新思科技的Platform Architect™，通过运用其基于SystemC™事务级建模的各种工具，实现对SoC架构在性能和功耗方面的早期分析和优化。该款新型工具经过了人工智能（AI）和汽车Multi-Die系统开发者的验证，并充分考虑了Multi-Die系统复杂的相互依赖关系。在本文，我们将进一步介绍这种基于模型的动态性能和功耗分析与仿真技术如何帮助降低系统架构决策方面的风险，同时缩短Multi-Die系统设计的周转时间。

设计Multi-Die系统架构时需要考虑的关键因素

在开发单片SoC时，开发者需要在架构设计探索阶段考虑一系列因素，例如硬件/软件分解、IP选择配置和连接性、宏观架构、互连/存储尺寸标注以及功耗分析等。这些参数都直接影响系统的性能和功耗，因此需要在设计初期进行分析，以确保能够满足设计的性能目标和功耗预算。

而Multi-Die系统在单个封装中集成多个异构裸片，因此设计时还需要考虑其他问题，例如：

为了打造满足所需架构要求的系统，需要组装哪些类型的裸片或小芯片？
裸片之间的分界线如何设计？
Die-to-Die连接使用什么协议？
Die-to-Die边界对功耗和性能有何影响？
考虑到许多裸片可能都会访问和共享内存的公共区域，开发者应该如何配置内存利用率和一致性？
是否要在整个系统中复用任何现有的裸片？

这些方面的决策可能导致带宽瓶颈，并对性能、功耗和延迟产生不同的影响。在这一阶段，开发者还必须决定Die-to-Die互连的封装和配置。

鉴于上述考虑，Multi-Die系统的早期架构设计阶段需要完成三项主要任务：

将系统功能分解到多个裸片以及裸片内的不同组件上
优化Multi-Die系统，尤其是跨裸片边界的通信
加快实现整体架构，以便芯片、封装和软件团队顺利完成下游的实现任务

在单片SoC设计中，开发者通常使用静态电子表格和内部工具来跟踪功耗、性能和散热等KPI。不同的团队会在各个设计阶段共享这些电子表格。然而，基于电子表格的方法容易出错，并不适合帮助Multi-Die系统设计团队满足相关KPI要求。如果Multi-Die系统或其任何底层组件不符合功耗或性能要求，就可能会导致架构设计延迟，进而可能造成后期需要重新设计或进行代价高昂的重新流片。

尽早发现性能和功耗瓶颈

面向Multi-Die系统的Platform Architect支持基于模型的早期架构探索，让开发者能够在确定寄存器传输级（RTL）设计之前提前6到12个月展开架构探索，从而尽早发现性能、功耗和散热瓶颈。该解决方案能够快速捕获软件工作负载，并对各种KPI及权衡决策进行高效的设计空间扫描和敏感性分析。它不仅有助于消除Multi-Die系统架构设计的风险，同时还可以降低重新流片成本。该解决方案还支持：

以优化的方式将Multi-Die系统的功能分解到多个不同的裸片上
直观地分配功能和内存以限制芯片间通信
根据裸片选择，对延迟和性能进行高效的动态分析
加快Die-to-Die连接决策过程
验证裸片集成和分解所带来的影响
进行更高层次的功耗分析

作为基于模型的解决方案，面向Multi-Die系统的Platform Architect能够根据应用工作负载模型和硬件架构模型，捕获Multi-Die系统的可执行规范。其中，工作负载模型代表应用的处理和通信要求。而硬件架构模型提供用于执行工作负载的可用资源，包括所有裸片、裸片之间的连接方式以及与共享内存子系统的连接方式。工作负载模型到硬件模型的映射定义了将应用任务分配到多个裸片上的划分方式。同样，数据结构到内存位置的映射决定了整个系统中产生的通信流量。

面向Multi-Die系统的Platform Architect随附大型模型库，支持创建系统模型。创建好系统模型后，开发者便可使用该模式来快速探索设计空间并快速分析设计和配置参数对性能和功耗KPI的影响。

面向Multi-Die系统的Platform Architect是新思科技综合Multi-Die系统解决方案的一部分，旨在加速异构集成。该解决方案包含一系列EDA和IP产品，不仅支持早期架构探索、快速的软件开发和系统验证、高效的裸片/封装协同设计，以及稳健且安全的Die-to-Die连接，而且还有助于提高制造水平和可靠性。来自面向Multi-Die系统的Platform Architect的数据可以输入新思科技3DIC Compiler。3DIC Compiler是一个从探索到签核的统一平台，可用于检查物理架构方面的考虑因素。同时，3DIC Compiler的数据也可以输入Platform Architect中，以确保在架构规范阶段考虑到物理方面的因素。

总结

Multi-Die系统已成为带宽密集型应用开发者的首选架构。Multi-Die系统提供了一种延伸摩尔定律并加速系统功能扩展的途径，而在其架构探索阶段中，开发者需要考虑一些独特的因素。面向Multi-Die系统的Platform Architect等基于模型的动态解决方案提供了分析和仿真功能，有助于开发者在开发进度目标内交付符合功耗和性能KPI要求的Multi-Die系统。