大规模网络芯片设计项目团队转用硬件加速器

在大规模设计方面，图形芯片一直独占鳌头，如今，以太网交换机及路由芯片所占权重越来越大，其规模已达到或多于5亿逻辑门设计。

网络芯片的复杂性源于一系列特性，例如大量的端口数目，大吞吐率，低延迟以及增强的安全性，以确保减少同时传输多个数据包时的网络故障和冲突。

以最新的以太网交换机 SoC 设计的验证计划为例，该设计包含 128 端口和 1/10/40/100/120Gbps可用带宽。项目团队决定放弃传统的、应用广泛的HDL仿真器。

设计规模达到数亿门，使用仿真器大约需要 5 个小时的编译时间。更糟糕的是，在仿真中对设计进行配置还需要额外的18个小时。仅一个数据包的仿真时间就要 2 个小时。按照这个速度，数百台PC仿真阵列每天仿真最大的吞吐量为1000个数据包，难以满足现实时间中调试所需要的数百万个数据包的需要。

因此，团队转而采用虚拟模式下的硬件加速器，这是一种新的应用模式，可以在类似数据中心的场景中有效方便地处理多个用户请求。在虚拟方法下，用于与DUT交互的物理目标系统（产生和处理DUT所需的数据）被功能类似于软件测试环境所代替。在相同速度下，可以实现与电路仿真环境（ICE）相同的操作。这种方法称为“以太网 VirtuaLAB”，是 Mentor Graphics 的新产品。阅读新闻稿：?id=294

应该指出的是，虚拟方法是硬件加速仿真的下一阶段，一项摆脱长期使用的 ICE 模式的方法，是一种测试真实设计的方法。仿真过程中的随机使 ICE 模式的测试环境难以预测。Bug往往会在不同的时间点出现，甚至根本不在后续仿真中出现。但是，与 ICE 模式不同，通过重复地仿真某个场景，虚拟模式可以快速地定位Bug出现的地方。

虽然 ICE 项目团队的服务较为完善，但它的时代正在悄然离去。ICE 配置需要对每个端口使用一个以太网测试仪。由于测试仪和 DUT 之间的速度范围存在差异，因此不能直接连接，需要在两者之间插入速率适配器。

对于这种有 128 个端口的特殊设计，ICE 需要设置 128 个以太网测试仪和 128 个以太网速度适配器，以及大量连接线缆。这样既增加了初期安装费用又增加了验证计划的不完备的风险。

在 VirtuaLAB 中，以太网测试仪被模型化到软件中，该软件被安装到与硬件加速器相连的Linux服务器上面。基于经过生产实践检验的IP，模型可以精准地代替实际物理的测试仪。这种虚拟测试仪包括以太网数据包生成器和监视器 (EPGM)，可生成、传输并监控 DUT 的以太网数据包。它还可以为 1G、10G、40G/100G 和 120G 分别配置 GMII、XGMII、XLGMII/CGMII 和 CXGMII 接口。软件可对流量进行离线分析，提供统计数据，并支持其他功能。虚拟测试仪和 DUT 之间的接口包括一个 SystemVerilog 接口实例，它一边负责与虚拟以太网 xRTL（可扩展的寄存器传输级）事务处理器通信，该处理器与连接到 DUT 的 Null-PHY 相连。另外一边与DUT相连。任意 xMII 支持类型的端口需要一个 xRTL 事务处理器。

系统可为每个工作站提供 64 GMII、XGMII、XLGMII/CGMII 和 CXGMII 端口。多个工作站的多个 EPGM 可以捆绑在一起，从而支持大端口计数配置。可以采用高速链路 (HSL) 卡将各个工作站的Co-Model连接到硬件加速器中，用以实现最佳性能、最大容量或者两者皆备的系统。

在案例分析中，硬件加速器的编译时间增加了两倍。更重要的是，硬件加速器配置设计的时间仅需 10 分钟，处理 1 个数据包所需的时间还不到 1 秒钟。重新配置设计的速度快了 100 倍，数据处理速度快近 10,000 倍。在一天之内，硬件加速器可以对 128 个以上的端口处理 1,100 万以上的数据包，从而在合理的时间期限内跟踪错误。

网络芯片设计公司逐渐依赖硬件加速器解决验证任务，尤其是现在，硬件加速器可用于支持在类似数据中心的配置下的网络域。