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Nvidia藉由模擬驗證降低晶片試產成本損耗

相較傳統晶片製作流程透過設計藍圖直接打樣,並且重複測試之後進入正式生產流程的作法,Nvidia從近幾年開始導入模擬驗證實驗室測試流程,藉此在實際進入打樣階段之前,透過模擬方式測試硬體理論設計,以及驅動程式在內軟體項目是否能順利在PC主機,或是客製化硬體裝置 (例如搭載Nvidia GPU的PlayStation 3,或是採用Tegra處理器的Shield系列產品),如此一來即可在實際打樣、量產之前盡可能模擬驗證晶片產品設計是否有誤,進而降低錯誤嘗試產生的成本支出。

IMG_0123_resize▲Nvidia總部內設置模擬驗證實驗室,藉由前期模擬方式測試晶片設計藍圖是否能正常運作,以及在各個硬體、驅動程式在內軟體相容是否正常,以此減少晶片實際打樣、量產前不必要的累加成本損耗

就傳統製作處理器等晶片的方法來看,多半會從設計藍圖階段直接進入打樣流程,並且透過多次測試確認硬體、軟體相容沒有問題之後,才會正式進入大量生產流程。不過,以目前處理器內含電晶體數量越來越為龐大、排列越來越為複雜情況來看,透過傳統方式製作處理器晶片幾乎無法帶來明顯效益,同時也可能因為多次錯誤嘗試之下產生更多成本支出。

因此,包含Nvidia在內的晶片製造商在近幾年均開始導入模擬實驗室測試流程,在實際將晶片設計送入打樣流程之前,透過模擬方式確認硬體、軟體端相容效果,以及實際運作情況,後續才會逐一進行打樣、測試、量產與上市銷售等流程。透過預先模擬測試過程,讓一顆內含數十億組電晶體的GPU大幅降低前期打樣測試累積成本支出幅度,並且可在實際量產之前確認諸多硬體或軟體相容問題,藉此釐清原本設計藍圖是否必須再做修正。

IMG_0143_resize▲由電子設計自動化設備商Cadence生產的模擬設備,讓Nvidia在內晶片廠商可藉由專用軟體設計,並且以此設備實際模擬晶片硬體,藉此在傳統設計藍圖流程後進入打樣階段之前,透過模擬方式驗證原始設計是否有誤

IMG_0127_resize▲各個模擬設備均以各地區地名為稱,例如在實驗室內即可看見「亞瑪遜 (Amazon)」、「莫斯科 (Moskva)」或「底格里斯 (Tigris)」

根據實驗室負責人表示,實驗室內包含Nvidia所製作的GeForce系列GPU、Tesla或Quadro系列繪圖卡使用GPU,以及包含Tegra系列處理器與客製化系統單晶片等產品都是透過此實驗室進行前期測試,之後才正式進入打樣與量產流程。

實驗室內的模擬設備均由電子設計自動化設備商Cadence所生產,藉由客製化處理器等元件以模擬方式轉化成預計投入量產的GPU或CPU等元件,同時單組設備均可視為單組高效能晶片,模擬設備最小規模約等同一台伺服器,最大規模可能會佔用一整個房間範圍,例如預計在此次GTC 2016其間發表的新款顯示卡產品,足足約佔下一個單人房大小空間,因此也必須配合冷房設計確保運作穩定。

IMG_0146_resize▲實驗室內部的單組模擬設備通常就代表一款GPU或CPU「硬體」,一般尺寸大致與一般伺服器大小相同

IMG_0138_resize▲模擬設備最大規模也有可能佔用等同一般單人房空間尺寸,例如更高效能的繪圖卡採用GPU

至於與一般PC或系統設備連接方式,通常會透過高速I/O埠以傳輸線與介面卡進行連接,如此即可在實際運作的PC主機或設計裝置 (例如搭載Nvidia GPU的PlayStation 3,或是採用Tegra處理器的Shield系列產品)實際測試硬體訊號是否正常,運作過程是否產生硬體或軟體相容問題。根據Nvidia工作人員表示,透過設備模擬產生的「硬體」,實際效能表現將比真正量產製作的GPU、CPU還低,但並不影響最終生產產品效能輸出表現。

以目前Nvidia在內晶片廠商動輒生產超過千萬組的情況,在正式量產之前自然需要盡可能減少錯誤情況發生,避免造成製作成本大幅累加而造成虧損,因此也讓前期模擬測試驗證流程更顯得重要。

IMG_0150_resize▲模擬設備與PC硬體連接方式主要是配合高速I/O埠,以及專用連接線材與介面卡

楊又肇 (Mash Yang)
mashdigi.com網站創辦人兼主筆,同時也是科技新聞業流浪漢。

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