Simulation, FPGA, Emulation - איך בודקים את השבב לפני הייצור?

בפוסטים הקודמים למדנו על:

• Verification
• Synthesis
• Place & Route
• STA

אבל עדיין יש שאלה גדולה:

איך באמת יודעים שהשבב יעבוד לפני שמייצרים אותו?

כי אחרי שהשבב מיוצר:

• לא ניתן לשנות אותו
• תיקון עולה הון
• אם יש באג גדול - כל הפרויקט עלול להיכשל

לכן לפני הייצור, צריך לבדוק את השבב בכל דרך אפשרית.

ויש שלושה כלים מרכזיים לכך:

1. Simulation - סימולציה
2. FPGA - בדיקה על חומרה ניתנת לתכנות
3. Emulation - אמולציה מלאה

1. Simulation - סימולציה

זהו הכלי הבסיסי ביותר.

מה זה Simulation?

Simulation הוא תהליך שבו:

• לוקחים את ה-RTL
• לוקחים את ה-Testbench
• מריצים “סימולטור”
• רואים איך האותות משתנים לאורך זמן

זו הרצה וירטואלית של השבב.

מה רואים בסימולציה?

• איך האותות עוברים בין מודולים
• מה הערכים בכל רגע נתון
• איפה נתקעים באגים
• איך המערכת מגיבה לקלטים שונים

למה Simulation חשובה?

כי היא:

• זולה
• מהירה יחסית
• מאפשרת לבדוק אינספור תרחישים
• עוזרת לזהות באגים מוקדם

אבל יש לה בעיה אחת גדולה:

היא איטית מאוד בהשוואה לחומרה אמיתית.

סימולציה של שניה אחת של עבודת שבב יכולה לקחת שעות (ולפעמים ימים) במחשב.

לכן כשרוצים לבדוק דברים מורכבים יותר - עוברים לכלים מתקדמים יותר.

2. FPGA - Field Programmable Gate Array

FPGA הוא שבב מיוחד שניתן לתכנת מחדש.

מה זה FPGA?

FPGA הוא חומרה פיזית שמכילה:

• מיליוני שערים לוגיים
• בלוקים שניתנים לתכנות
• חיבורים גמישים

אפשר “לטעון” לתוכו את העיצוב שלך - והוא יתנהג כמו השבב שלך.

למה FPGA?

כי:

• הוא מהיר פי מיליון מסימולציה
• עובד בזמן אמת
• מאפשר לבדוק את השבב על מערכת אמיתית
• מאפשר להריץ תוכנה אמיתית עליו

FPGA הוא “גרסת בטא” של השבב.

איך זה עובד?

1. לוקחים את ה-RTL או את ה-Netlist
2. “שורפים” אותו ל-FPGA
3. מחברים את ה-FPGA למערכת
4. מריצים עליו קוד אמיתי
5. בודקים את התנהגות המערכת

FPGA נותן ביטחון עצום לפני שעוברים לייצור.

מה החסרונות של FPGA?

• הוא לא זהה לשבב הסופי
• הוא איטי יותר מהשבב האמיתי
• הוא לא תומך בכל התכונות
• לפעמים הוא גדול ויקר

אבל למרות הכל - הוא כלי קריטי בתהליך הפיתוח.

3. Emulation - אמולציה

Emulation הוא שלב ביניים בין Simulation ל-FPGA.

מה זה Emulation?

Emulation הוא מערכת חומרה גדולה שמדמה את השבב:

• באמצעות מערכים של FPGAs
• או חומרה מיוחדת
• שמאפשרת להריץ את כל השבב בזמן אמת

זו מעין “מעבדת בדיקות” שמדמה את השבב במהירות גבוהה.

למה Emulation?

כי:

• מהירה יותר מסימולציה (פי אלפים ויותר)
• מאפשרת לבדוק תרחישים מורכבים
• מאפשרת להריץ מערכת הפעלה שלמה על השבב
• מאפשרת לבדוק אינטגרציה עם רכיבים אחרים

Emulation מתאימה לשבבים גדולים ומורכבים.

איך זה עובד?

1. מעלים את העיצוב למערכת Emulation
2. מחברים אותה למערכת מלאה
3. מריצים תוכנה אמיתית
4. בודקים אינטראקציה עם רכיבים אחרים
5. מאמתים שהכל עובד כצפוי

Emulation היא הבדיקה הקרובה ביותר לשבב אמיתי.

מתי משתמשים בכל כלי?

שלב	כלי	מהירות	דיוק	שימוש
פיתוח מוקדם	Simulation	איטי מאוד	גבוה	בדיקת לוגיקה
בדיקת אינטגרציה	FPGA	מהיר	בינוני	בדיקת מערכת
בדיקה סופית	Emulation	מהיר מאוד	גבוה מאוד	בדיקה מלאה
ייצור	שבב אמיתי	הכי מהיר	100%	המוצר הסופי

משל שיעשה סדר

חשבו על פיתוח מכונית:

Simulation: בדיקה במחשב - איך המנוע יתנהג, איך הבלמים יעבדו.

FPGA: בניית אב-טיפוס פשוט - מכונית שאפשר לנהוג בה, אבל לא מושלמת.

Emulation: בניית אב-טיפוס מלא - מכונית שכמעט זהה לסופית.

שבב אמיתי: המכונית הסופית שיוצאת לשוק.

סיכום

לפני שמייצרים שבב, בודקים אותו בשלוש דרכים:

1. Simulation - הרצה וירטואלית, איטית אבל מדויקת
2. FPGA - בדיקה על חומרה אמיתית, מהירה ונוחה
3. Emulation - בדיקה מלאה במהירות גבוהה

רק אחרי שכל הבדיקות האלה עוברות בהצלחה - ממשיכים ל-Tapeout.

כל אחד מהכלים האלה חשוב בשלב אחר, וביחד הם מבטיחים שהשבב יהיה תקין.

---

בפוסט הבא נלמד על Tapeout - השלב המרגש שבו העיצוב נשלח לייצור, ומה קורה אחריו עד שמקבלים שבב אמיתי.