Resumen
La industria de semiconductores está experimentando una transformación impulsada por la creciente complejidad del diseño, requisitos de rendimiento más estrictos y la necesidad de acelerar el lanzamiento al mercado. Para satisfacer estas demandas, los equipos de ingeniería deben unificar los flujos de trabajo tradicionalmente aislados en los ámbitos analógico, digital y de verificación. Adoptar el diseño basado en modelos con MATLAB® y Simulink® permite esta unificación, dado que abarca todo el ciclo de vida del semiconductor, desde el desarrollo temprano de algoritmos y el modelado arquitectónico hasta la generación de RTL orientado a PPA (potencia-rendimiento-área), la verificación UVM, el análisis de integridad de señales y la integración con herramientas de automatización del diseño electrónico estándares del sector.
Este artículo técnico explora cómo MATLAB y Simulink facilitan los flujos de trabajo de diseño y verificación de semiconductores de extremo a extremo, ayudando a acelerar la innovación, reducir riesgos y producir sistemas de alto rendimiento. MATLAB y Simulink ayudan a los equipos de ingeniería a adelantar la verificación, agilizar la colaboración y optimizar los resultados mediante verificación temprana y exploración arquitectónica. También apoyan la generación de RTL orientado a PPA y se integran con los flujos de trabajo de Cadence®, Synopsys® y Siemens EDA®.
Los flujos de trabajo tradicionales de semiconductores están fragmentados. Los equipos de trabajo analógico y digital suelen operar de manera aislada, utilizando herramientas y procesos desconectados. Esta fragmentación a menudo conduce a ineficiencias, problemas de diseño en etapas avanzadas y objetivos de rendimiento no alcanzados. MATLAB y Simulink pueden ayudar a abordar estos desafíos con un entorno unificado de modelado y simulación que conecta todas las fases del proceso de diseño mediante la integración con herramientas EDA.
Esta integración no solo es eficiente, sino que actúa como un habilitador estratégico. Reutilizar modelos existentes de MATLAB y Simulink como referencias de alto nivel, generadores de estímulos o para generar modelos RTL e IBIS-AMI sintetizables orientados a PPA permite acortar la distancia entre el modelado arquitectónico y la implementación en hardware. Este enfoque no solo mejora la productividad, sino que también garantiza la consistencia y la colaboración a lo largo de las etapas de diseño y verificación. Este artículo ilustra estos beneficios y describe tres ejemplos de flujos de trabajo críticos del diseño y verificación de semiconductores:
- Modelado temprano del comportamiento de señales mixtas
- Verificación arquitectónica basada en escenarios realistas
- Generación de RTL sintetizable orientado a PPA
Cada uno de estos flujos de trabajo contribuye a una estrategia cohesiva de diseño de semiconductores de extremo a extremo, al tiempo que refleja una tendencia más amplia de la industria hacia el diseño basado en modelos y la verificación temprana.
Los sistemas mixtos de alta velocidad, como SerDes de más de 200 Gb/s, presentan desafíos únicos debido a su integración de componentes analógicos y digitales. Estos sistemas requieren que convertidores de datos, sintetizadores de reloj y referencias de voltaje sean robustos frente a variaciones de proceso, derivas de temperatura y fluctuaciones en el voltaje de alimentación.
Los flujos de trabajo tradicionales suelen delegar la validación a etapas avanzadas del ciclo de diseño, lo que aumenta el riesgo de rediseños costosos. El modelado de comportamiento temprano permite simular y validar componentes del sistema antes de la implementación final. Equipos de ingeniería pueden utilizar modelos arquitectónicos para generar modelos de comportamiento que se pueden simular en simuladores EDA, permitiendo el desarrollo en paralelo de subsistemas.
Por ejemplo, en un sistema SerDes, se puede utilizar un modelo de comportamiento de un convertidor analógico-digital (ADC) para diseñar un esquema de calibración sin necesidad de esperar al diseño finalizado del ADC. Este paralelismo acelera el desarrollo y promueve mejoras iterativas.
Incorporar modelos de comportamiento temprano permite reducir el riesgo de diseño, aumentar la flexibilidad y mejorar el rendimiento de todo el sistema. Este enfoque es esencial para gestionar la complejidad de los sistemas mixtos modernos y mantenerse a la vanguardia en un entorno competitivo.
Modelo de sistema con un lazo de corrección.
Los sistemas modernos de semiconductores, especialmente aquellos utilizados en aplicaciones de radar en automoción, deben funcionar de manera fiable bajo condiciones ambientales diversas y dinámicas. Los enfoques tradicionales de verificación a menudo se basan en patrones de prueba abstractos que no logran capturar la complejidad de los escenarios reales. Esta desconexión puede conducir a problemas en etapas avanzadas y una falta de alineación con las expectativas de clientes.
MATLAB y Simulink permiten modelar arquitecturas de circuitos integrados y evaluar su comportamiento dentro de entornos realistas, denominado verificación de entorno-in-the-loop. Por ejemplo, las arquitecturas de circuitos integrados de radar se pueden modelar y evaluar en escenarios de conducción realistas basados en el estándar del sector Euro NCAP®. Estos escenarios de conducción simulan condiciones viales y permiten la validación temprana de métricas en nivel de sistema, como la relación señal-ruido (SNR) y la distorsión armónica total (THD).
Esta metodología adelanta la verificación y se enfoca en métricas de rendimiento definidas en fichas técnicas en lugar de detalles de implementación de bajo nivel. Con modelos de alto nivel, se pueden generar entornos de prueba realistas y verificar modelos arquitectónicos de circuitos integrados, asegurando que los criterios de verificación se alineen con los requisitos del usuario final. Este enfoque también admite la refinación iterativa, que permite a los equipos de ingeniería adaptarse rápidamente a los cambios de diseño sin necesidad de rediseñar el banco de pruebas.
Escenario simulado de radar de conducción.
Integrar escenarios realistas en la verificación arquitectónica permite mejorar la cobertura, reducir el riesgo y garantizar que los sistemas semiconductores cumplan con las expectativas de rendimiento en condiciones del mundo real.
Convertir algoritmos de alto nivel a RTL eficiente y sintetizable es un paso fundamental en el diseño digital. Los ingenieros deben cumplir con estrictas restricciones de PPA mientras garantizan la precisión funcional.
HDL Coder™ permite convertir automáticamente código de MATLAB y modelos de Simulink en RTL (en el lenguaje de Verilog, SystemVerilog o VHDL) o en SystemC sintetizable, compatible con herramientas de síntesis de alto nivel como Cadence Stratus.
Flujo de trabajo de análisis PPA.
Por ejemplo, un algoritmo de cifrado desarrollado en MATLAB puede convertirse a SystemC y sintetizarse en RTL utilizando Cadence Stratus. La herramienta proporciona informes detallados de PPA sobre área secuencial y combinacional, uso de registros, frecuencia de reloj, latencia y consumo de energía.
Este bucle de retroalimentación rápido permite evaluar tradeoffs de diseño y optimizar implementaciones temprano en el ciclo de desarrollo. El flujo de trabajo abarca la verificación funcional mediante bancos de pruebas generados y envolventes de interfaz, lo que asegura la precisión antes del despliegue en hardware.
MATLAB integra diseño de algoritmos, generación de código y análisis PPA, lo que permite desarrollar soluciones de hardware de alto rendimiento y eficiencia energética. Este enfoque acorta la distancia entre modelado en software e implementación en hardware, acelera la innovación y reduce el plazo de comercialización.
MATLAB y Simulink ofrecen una plataforma integral que unifica los flujos de trabajo de diseño y verificación de semiconductores en los dominios analógico y digital. Mediante el modelado temprano de arquitecturas de sistemas, entornos de verificación realistas, generación de RTL e integración con flujos de trabajo EDA, los equipos de ingeniería pueden acelerar el desarrollo, reducir riesgos y producir sistemas de alto rendimiento.
A medida que la industria de semiconductores continúa evolucionando, adoptar un enfoque de extremo a extremo como el diseño basado en modelos se vuelve cada vez más importante para las organizaciones que buscan mantenerse competitivas y responder a las demandas del mercado. La exploración arquitectónica temprana, la reutilización de modelos existentes y la verificación realista basada en escenarios, ayudan a optimizar los ciclos de desarrollo, mejorar la colaboración y garantizar que los sistemas semiconductores cumplan con las expectativas de rendimiento en condiciones reales.
