数字IC验证做什么?

数字验证处于数字IC设计流程的前端,属于数字IC设计类岗位的一种。随着芯片规模不断加大,在IC设计过程中验证的复杂度也进一步加到,需要的用到的岗位人数也越来越多,很多大公司,数字前端设计工程师与验证工程师的比例已经达到1:3。

数字验证主要分成几种层次的验证:IP level, unitlevel,fullchip/SoC level, gatelevellevel,硬件加速仿真等。人才的需求量进一步加大,这也是现阶段数字验证工程师招聘量巨大的原因。

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主要干啥?
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1. 阅读各种SPEC

最重要的一份spec是design spec,就是和你一起合作的好基友设计工程师写的设计文档,比如下面这种:

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其中需要重点了解的内容是:

  • fetures:这个模块需要支持的性能列表。
  • IO ports:这个模块对外的IO端口。
  • operation      mode:这个模块的主要工作模式。

除了这份详细的设计文档之外,如果这个IP需要用到很多协议,那你自然还要去阅读一些协议文档咯,比如AMBA总线协议,MIPI协议,DDR协议等。

2. 撰写verification spec

公司里面,工程师做事情之前都需要出一份详细的文档,验证工程师也不例外,你要出的文档叫做verification spec,其中主要的内容包括:

  • ①验证平台架构:以UVM验证平台为例。

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实际上,现在IC行业内,很多公司的验证环境都不尽相同,比如有纯C/C++的环境,有纯UVM的环境,有UVM+C++的环境,甚至还有systemc的环境。总的来说,现在的趋势都是在往UVM的验证环境上转。

  • ②测试用例(test      plan)

test plan的出炉是一个高质量的工作,因为它决定了你验证的工作量,最重要是它决定了你验证的完整度。验证工程师的终极目标就是:覆盖所有的情况,不放过任何一个bug。

这份东西需要你和designer反复的详细讨论,在后面的过程中,还需要进一步的优化补充这份文档。

3. 码代码,搭建验证环境

verification spec完成之后,接下来就要开始码代码了,使用各种验证语言去搭建验证环境,常用的验证语言有C/C++,systemC,systemverilog。

以现在主流的UVM验证平台为例:大概要去码完类似这样的文件。

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好的验证平台是检验工程师优秀的一个重要标准,要考虑实用性、扩展性。

好消息是,公司里面有很多已有的验证环境,你可以模仿,在已有的基础上进行修改就可以了。

4. 创建test cases

根据前面完成的详细test plan去创建验证需要用的test cases,每家公司对test cases的命名有一定规则,比如长这样的:

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有些公司就直接用数字来给test cases命名。

还有些公司,直接用脚本来生成test cases,只要把关键的一些设置调好,用脚本一刷,case就全部生成了。

当然每种创建cases的方法各有优缺点,你进去公司之后,也只能入乡随俗。

5. debug

验证环境和测试用例都搭建好了,下一步重点就是仿真和debug了。前面搭环境的时间其实大概只占20%,debug才是最花时间的。

仿真所用到的工具主要有:

  • mentor:questasim
  • cadence:NC-sim
  • synopsys:VCS

几款工具一个比一个好,当然价格也是一个比一个贵。工欲善其事必先利其器,要想提高你的仿真和debug效率,工具里面好的功能也要好好研究下的。

debug主要目的是寻找RTL的bug,当然前面搭建的验证平台也会存在很多bug,最终的目标就是所有的test cases都能完全仿真通过。

最主要的debug手段有:

  • 查看log文件:仿真结束会生成很多结果文件。
  • 看波形:最常用工具就是verdi了。

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每家公司对于验证工程师debug的要求不尽相同,比如AMD,就要求验证工程师能找到最终的root cause,而大多数公司只要求验证工程师能基本定位,然后designer去详细debug。

6. regression和coverage

到了项目的后期,所有的case都pass过了,并且比较稳定了,下一步就要开始跑regression和coverage了。

所谓regression就是把所有的case同时跑一遍,因为大多数case里面会有很多random的机制,所以在不断重跑的过程中,会随机性的出现case fail。这也是regression的主要目的,就是抓出那些极端情况下出现的debug。

coverage主要包括code coverage和function coverage等,每家公司的要求都不尽相同。

每家公司跑regression和coverage都会使用脚本来完成,怎么高效顺利跑完,是最关键的问题。

最终的结果一般会以网页的形式呈现,直观明了。

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7. support

前面属于验证工程师的常规任务差不多就完成了,support属于进阶版的。比如项目用的database出问题了,跑仿真用的flow碰到问题了,经常就会叫验证工程师去support,帮忙解决问题。

当然搞不定也无所谓,但是如果你经常能帮同事搞定这些问题,那你在公司的地位就能与日俱增,升职加薪就更有筹码了。

8. meeting

作为验证工程师,和其他工程师一样,经常还有无穷无尽的会议要开,各种review,各种讨论。

如果你作为会议组织者,请记得事先做好充分的准备噢,不然很容易被人鄙视的。

所以总结来说,最主要做的两件重要的事情是:

  • 编程
  • debug
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跟谁打交道?
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验证工程师打交道最多的就是前端设计工程师(RTL设计工程师),一起讨论问题,经常一起debugcase,目的就是让写的verilog代码没有bug。

还经常需要和架构工程师打交道,去了解更多芯片的整体架构和features;如果你也负责后仿gatelevelsimulation的话,那还经常需要和后端工程师打交道,因为后仿的网表是他提供给你的;DFT工程师经常也会来找你,因为他也需要做测试和验证,很多时候他的验证平台经常就是从你的验证平台移植过去的;FPGA工程师也经常会打交道,因为FPGA验证也是数字验证的一种,你们会复用很多的测试用例,他也会经常来找你复现一些错误现场。

当然,如果你是在一家大公司的话,分工就非常明确,你也就不需要和这么多人打交道了,比如如果你只负责IP level的验证,那基本只要和前端设计工程师打交道就可以了。

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得会啥?
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现阶段由于数字验证的平台有很多种,主要的平台有:

纯verilog平台

SystemC

纯C/C++ (CPU验证)

纯UVM平台

UVM+C/C++平台

其他语言混合平台(Matlab等)

每种平台需要你掌握的技能不大一样,但比较主流的平台是3、4、5三种。一个初级工程师想全部掌握这些技能也很难,如果这些平台你都搭过,就变成老司机了。

由于验证工程师需要编程,所以掌握编程语言也是必须的,比如掌握下面知识就显得比较重要:

Verilog

C/C++

Systemverilog

UVM

另外,验证工程师经常需要流程的自动化,所以一些脚本语言也是必须的:

Shell

Makefile

Perl

Python

除了这些外,熟悉一些协议和架构,也是有很大帮助的,比如:

ARM架构

AXI/AHB协议

MIPI协议

DDR协议等等

所有的技术类岗位,主要看的两点就是:专业技能(skills)和项目经验(experience)。所以除了上面列的这些技能,你能实际做过一两个项目,哪怕是IP级别的验证项目,也是很重要的,尤其是做项目过程中积攒的debug经验。

如果你是在校学生,早几年懂验证的人极少,所以基本上你只要会verilog,可能就可以找到验证工程师的职位了。现在在校学生通过各种渠道(比如E课网),很多同学都掌握了上面的这些技能,甚至积累了一两个项目经验。会的人多了,招聘的要求也自然高一些了。

现阶段,数字验证工程师主要还是以招聘研究生为主,本科生招的很少。不过好消息是对专业的要求并不是很苛刻,并非集成电路方向不可,只要你掌握了上面的这些技能,哪怕不相关专业,比如材料、物理、自动化、机械等专业,也是可以成功应聘。

学历本科的同学也不要气馁,有工作经验的本科生,还是可以找到验证工程师的职位的,而且有很多成功的例子的。毕业学校一般的同学也不要气馁,985高校毕业,肯定是有优势的,但毕竟每年毕业生不多,在现在IC行业整体缺人的大背景下,依然会招收学校排名一般的学生的;当然前提还是一样,有专业技能(skills)和项目经验(experience)。

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