芯片验证调研报告：首次流片成功率越来越低、Verilog 使用逐渐减少、UVM地位无法动摇

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本文为由EETOP编译自semiwiki

早在 2002 年，Collett International Research 就有一项关于功能验证的研究，自 2010 年以来，Wilson ResearchGroup 继续进行此类研究，每两年发布一份新报告。这份报告吸引人的地方在于，它不仅着眼于一家 EDA 供应商的安装基础，而且着眼于全世界，向设计和验证工程师提出问题，以便让半导体行业的更多的人能够了解功能验证的趋势。

根据IBS的数据，全球半导体市场在2021年的总价值为5470亿美元，到2023年降至5450亿美元，然后预计到2025年将增长到6350亿美元，其中IC和ASIC部门将在2025年达到3309亿美元。使用IC和ASIC系统设计人员希望功能验证是彻底和正确的，以确保他们的产品正常可靠地运行。本文为由EETOP编译

980 名工程师对 2022 年的调查做出了回应，涵盖 FPGA、IC、ASIC、全定制、结构化定制、结构化 ASIC，甚至包括嵌入式阵列和门阵列设计。本文的内容仅关注IC和ASIC细分市场部分。

报告中的第一个指标显示了一个可悲的结果，即首次流片的成功率正在下降，只有24%，这意味着昂贵的重新设计加上损失的上市时间，从而损失了更多的收入。

of IC and ASIC spins

导致这些芯片重新设计的前五个因素依次是：

• 逻辑、功能缺陷
• 模拟
• 功耗
• 时钟
• 良率

可见，功能缺陷是导致故障的首要原因，这包括设计错误、规范的改变和不正确的规范等。IP 供应商应注意，内部和外部 IP 模块对功能缺陷的影响小于设计错误。

功能缺陷

这是管理层的一个常见问题，“项目是否按计划进行？这不是一个现实的答案，因为66%的IC和ASIC项目落后于计划完成。

项目设计完成

自2008年以来，花费在功能验证上的总时间比例一直保持在70%左右，而设计和验证工程师的平均峰值人数已增长到约 12 人。甚至设计工程师也花费 49% 的时间进行验证。验证工程师将他们的时间分散在五项活动上：

• 47% – 测试计划
• 21% – 创建测试和运行仿真
• 15% – 测试平台开发
• 13% – 调试
• 5% – 其他

IC 和 ASIC 趋势表明，嵌入式处理器内核的数量正在增加，74% 具有一个或多个内核，52% 包括两个或更多内核，15% 具有八个或更多内核。到 2022 年，RISC-V 处理器占设计的 30%，比两年前增加了 23%。AI 加速器出现在 32% 的设计中。为了管理 SoC 设计的电源，我们发现时钟域的数量有所增加，平均数量为 3-4。

IC和ASIC趋势表明，嵌入式处理器内核的数量正在增加，因为74%具有一个或多个内核，52%包含两个或多个内核，15%具有八个或更多内核。2022 年，到 2022 年，RISC-V 处理器占设计的 30%，比两年前增加了 23%。AI加速器的设计占32%。

异步时钟域在93%的设计中占主导地位，因此需要更多的门级仿真和CDC验证工具。58%的IC/ASIC设计增加了安全功能，用于加密密钥、DRM密钥和处理敏感数据等。以下是安全关键标准的分布：

安全关键标准

FuSa（功能安全）项目时间花在四项活动上：安全分析、安全架构和设计、安全需求、安全验证。这些加起来不到项目时间的 25%。

验证语言和方法分布包括了在 10 个类别的统计数据，其中SystemVerilog 的使用最多，而 Verilog 的使用减少，Python是一种新兴趋势：

验证语言

Accellera UVM仍然是最常用的验证方法，今年最近增加了基于Python的cocotb。

验证方法

对于断言语言，SystemVerilogAssertions仍然占72%，OVL占15%，PSL占9%。35% 的设计使用了形式属性检查，自动形式检查增长到32%，这两个类别在过去8年中都增长迅速。

调查中跟踪了四种基于仿真的技术，因此在过去15年中没有增加新方法：

仿真技术

基于软件的验证受到速度和容量问题的限制，因此基于硬件的仿真和 FPGA 原型设计及时出现，通过运行实际软件和操作系统来帮助验证最大的 SoC 设备。使用仿真或FPGA原型设计的六大原因被列为最重要的因素，其中硬件/软件（HW/SW）协同设计和验证是最重要的因素。

仿真和原型设计

仿真和原型设计最近的容量已提高到超过 10 亿个门，这还不包括存储器。

总结

功能验证对于了解新的电子设计是否符合规范、功能可靠并在第一片硅芯片上正常工作至关重要。设计和验证工程师都将时间花在使用多种语言、方法甚至硬件辅助平台进行功能验证上，以实现按时交付项目的目标。这份半年度报告包含丰富的信息，可帮助我们的行业了解IC和ASIC设计人员的功能趋势，然后以最佳实践做出回应，并让工程师了解如何更聪明地工作，而不是更努力地工作。