בתמונה למעלה: חבילת Dynamic Duo – מערכת Palladium Z2 (משמאל) ומערכת Protium X2

חברת קיידנס (Cadence) השיקה צמד מערכות לאימות תכנוני שבבים וניפוי שגיאות, המסוגל לבצע הדמייה ובדיקת התפקוד של שבבי ענק הכוללים עד 20 מיליארד שערים לוגיים. מדובר במערכת Palladium Z2 ובמערכת Protium X2, אשר מספקות להערכת החברה את התפוקה הגבוהה ביותר האפשרית בתהליכי ניפוי שגיאות חומרה ואימות תוכנה בשלבי הקדם-סיליקון של תכנוני SoC (מערכות על-גבי שבב) גדולים. המערכות משמשות לבדיקת רשימת הכללים המתארת את התנהגות השבב, ולבדיקת התוכנות שירוצו עליו, שכן הפיתוח שלהן מתחיל כבר בשלבים הראשונים של התכנון – לפני שקיים אבטיפוס פיסי של השבב.

מערכת Palladium Z2 היא מודולרית ומבוססת על מסדי מחשב שהמעבד שלו הוא רכיב ASIC גדול מאוד שתוכנן על-ידי קיידנס ומספק למערכת השלמה עוצמת עיבוד של מחשב-על. היא משמשת להדמייה מפורטת (Emulation) של התנהגות השבב והתוכנות הרצות עליו, באופן המאפשר לזהות תקלות, לנתח את גורמי התקלות ולנפות שגיאות. מערכת Protium X2 מיועדת לבדיקת השבב בשלבים המתקדמים יותר ומבוססת על רכיבי FPGA של זיילינקס (Xilinx).

היא מבצעת בדיקה כללית יותר (Prototyping) של התכנון והתוכנות, אבל במהירות גדולה מאוד. שתי המערכות קיבלו את הכינוי Dynamic Duo מכיוון שיש ביניהן אינטגרציה גבוהה בזכות מהדר (קומפיילר) משותף וממשקים מאוחדים. לדוגמה, קיידנס מסרה שבאמצעות מערכת Palladium Z2 ניתן לבצע הידור של עשרה מיליארד שערים לוגיים בפחות מ-10 שעות, ולבצע בדיקה זהה במערכת Protium X2 בפחות מ-24 שעות.

מנהל מרכזי הפיתוח של קיידנס בישראל, פרופ' זיאד חנא (בתמונה למעלה), סיפר ל-Techtime שהחברה שילבה בפתרון החדש טכנולוגיות ישראליות מיוחדות. "בארץ פיתחנו את טכנולוגיית Perspec אשר מייצרת את תסריטי הבדיקה שהמערכות מבצעות, ואת טכנולוגיית Indago, אשר מאתרת שגיאות בתוכנה ובתכנון ומסייעת לנפות אותן". לדבריו, הפתרון החדש מספק מענה לצורך דחוף של השוק. "התעשייה מייצרת שבבים גדולים מאוד ומסובכים מאוד. נוצרות ארכיטקטורות חדשות שהן ייעודיות לצרכים מוגדרים, כמו בינה מלאכותית, עיבוד תמונה ועוד. הן זקוקות לפתרון בדיקה מהיר וקל ליישום".

מדוע יש צורך ברכישת מחשב ייעודי כאשר אפשר לבצע אימות בענן?

חנא: "הענן לא מספק פתרון לכל הצרכים. במרכזי הנתונים יש כיום הרבה מאוד שרתים, אולם מהירות הבדיקה באמצעותם היא איטית מאוד מכיוון שהמעבדים הם מסוג אחר. אנחנו משתמשים במעבד ייעודי לביצוע סימולציה של השבב. כיום יש לקיידנס שירות ענן לביצוע אימות וניפוי שגיאות, אולם השירות הזה מבוסס על מכונות Palladium ו-Protium הנמצאות במרכז המחשוב שלנו, אשר מספק שירותי Verification as a Service".

חברת קיידנס (Cadence) השיקה לפני שבוע פלטפורמה חדשה לתכנון אבות-טיפוס המסוגלת לבצע במהירות גבוהה מיפוי, הרצה ואימות של תכנונים גדולים הכוללים יותר ממיליארד שערים לוגיים (Gates). המערכת החדשה, Protium X1 Enterprise Prototyping Platform, היא הדור השלישי של משפחת פרוטיום של קיידנס, ותוכננה כדי לספק מענה לצורכי הפיתוח של שבבים מורכבים בתחומי הדור החמישי, הרכב, IoT, מעבדים גרפיים וכדומה.

המערכת מתבססת על מערך של רכיבי FPGA של חברת זיילינקס (Xilinx) ממשפחת Virtex UltraScale VU440. היא מאפשרת לבצע את אימות התכנון באמצעות אמולציה, עוד לפני שאב-הטיפוס הפיזי של השבב מוכן. הדבר מאפשר למהנדסי התוכנה להתחיל לעבוד על השבב כבר בשלבי הפיתוח המוקדמים שלו. קיידנס גילתה שאנבידיה (Nvidia) היא אחת מהלקוחות הראשונים של המוצר, והטמיעה אותו בתהליכי הפיתוח של מעבדים גרפיים חדשים עבור שוקי הגיימינג, הרכב ומרכזי הנתונים.

מרכז הכובד עובר למהדסי תוכנה

"התכנונים המורכבים כיום מציבים אתגרים גדולים מאוד בתחום האימות, כאשר הטרנזיסטורים נעשים קטנים יותר והשבבים דחוסים וגדולים יותר", הסביר ל-Techtime מנהל חטיבת אימות החומרה (Hardware Verification) בקיידנס העולמית, עוז לויה, אחד מהאנשים המרכזיים שהובילו את פיתוח הפלטפורמה החדשה. לויה הגיע לקיידנס מהמרכז הישראלית של חברת ג'ספר (Jasper), שנרכשה על-ידה בשנת 2014. לדבריו, השינויים האלה באים לידי ביטוי בעלייה בפונקציונליות וברמת הסיבוכיות של התוכנה.

לויה: "תהליך פיתוח התוכנה הוא השלב המרכזי המכתיב כיום את זמן היציאה לשוק של שבב חדש. לכן חשוב לאפשר למתכנתים לעבוד במקביל לתהליך פיתוח החומרה. הפתרון שלנו מאפשר למפות באופן אוטומטי תכנונים גדולים מאוד לתוך מערך של רכיבי FPGA, עוד לפני שהשבב מוכן, ובכך לספק למתכנתים פלטפורמה המאפשרת להם להריץ ולבדוק את התוכנה שהם מפתחים".

המערכת בנויה במתכונת מדרגית (Scalability) ולכן מתאימה למגוון רחב של יישומים בגדלים שונים. הלקוחות יכולים להתחיל בשימוש בפלטפורמה קטנה, ולהגדיל אותה עד לגודל של 32 מסדים הכוללים 1,536 רכיבי FPGA. ברמה הזאת, היא מסוגלת לבצע אמולציה של שבב הכולל מיליארד שערים לוגיים העובד במהירות שעון של 5MHz. לויה: "מיפוי תכנונים באמצעות FPGA אינו דבר חדש. הבעיה היא שזה לוקח המון זמן לבצע את המיפוי וזמן ההרצה הינו מוגבל".

טכנולוגיית החישוב המקבילי של רוקטיק הישראלית

"בנוסף, בתכנונים גדולים כמעט בלתי אפשרי לבצע ידנית את החלוקה לתוך רכיבי ה-FPGA. פריצת הדרך כאן היא שהפלטפורמה מבצעת את המיפוי והחלוקה (Partition) באופן אוטומטי, ויודעת להתמודד עם תכנונים גדולים מאוד". כאן יש מקום חשוב לטכנולוגיה ישראלית: קיידנס ביצעה לאורך השנים שורה של רכישות אסטרטגיות של חברות ישראליות, כשהבולטות בהן הן וריסיטי (Verisity), ג'ספר (Jasper) ורוקטיק (Rocketick).

החברות הללו היוו את הבסיס להתרחבות מרכזי הפיתוח של קיידנס בישראל, והטכנולוגיות שלהן מהוות חלק מרכזי במערכות של קיידנס. הסקלביליות של ProtiumX1 התאפשרה בין השאר הודות לטכנולוגיית החישוב המקבילי של רוקטיק (שנרכשה על-ידי קיידנס בשנת 2014), המאפשרת לבצע את תהליך הסימולציה וההרצה על מספר מעבדים בו-זמנית.

לביה: "לקחנו את הקונספט של רוקטיק ואנחנו מיישמים אותו ביישומים נוספים. למשל, בתכנון של 3-4 מיליון שערים אין דרך לעשות קומפילציה בצורה ישירה, זה לוקח ימים. במקום להשתמש במכונה אחת, אנחנו מבצעים את הקומפילציה, החלוקה וניפוי הבאגים בצורה מקבילית, וזה מאיץ את כל התהליך משמעותית".