模擬混合驗(yàn)證官 | Model的本質(zhì)目標(biāo)就是“時(shí)間+精度”

這篇文章，主要是 Model 的概覽。做 Model 的本質(zhì)目的是為了什么？想達(dá)到此目的的幕后推手是誰(shuí)？做 Model 最核心的思想是什么；現(xiàn)在流行的 Model 都有哪些種類(lèi)，可以分成幾個(gè)等級(jí)？和 Model 相關(guān)的、零散的、但是卻很有用的概念有哪些？現(xiàn)有 EDA 工具中有哪些和 Model 相關(guān)的產(chǎn)品？且 聽(tīng)此文介紹。

如果去看大部分的介紹 Model 的書(shū)籍 /Paper/ 培訓(xùn)教材，都會(huì)從目前是 SOC 時(shí)代、Model 能大大提高仿真速度來(lái)作為背景介紹；我相信現(xiàn)在確實(shí)好多人都是在做 SOC，SOC 對(duì)于 Model 的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純 Analog 的。但是作為一名 ADVer，一個(gè)以模擬出身的驗(yàn)證人，對(duì)于 Model，我有自己更個(gè)性的看法。
本篇文章主要是做 Model 的整體概述。首先介紹做 Model 的本質(zhì)，繼而介紹控制它的仿真器的特點(diǎn)，然后再介紹做 Model 的兩個(gè)方向：做加法和做減法；然后重點(diǎn)詳細(xì)講解 Model 的等級(jí)。隨后簡(jiǎn)單介紹一個(gè)“另類(lèi)”的 Table Model。然后強(qiáng)調(diào)做 Model 的戰(zhàn)略性問(wèn)題 ---Plan 的重要性。另外簡(jiǎn)單介紹下做完 Model 要驗(yàn)證；在 Model 的產(chǎn)生和驗(yàn)證方面的現(xiàn)有 Cadence 工具。下表更直接點(diǎn)：其中前兩個(gè)章節(jié)為本文重點(diǎn)章節(jié)。
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了解完 Model 的整體概述之后，以后會(huì)陸續(xù)推出具體技術(shù)細(xì)節(jié)。例如做 Model 的基本功：各種語(yǔ)言的（主要是 VerilogAMS）的寫(xiě)作技巧；做 Model 本身的技巧，注意事項(xiàng)，和 Model 的實(shí)例等等。

以下進(jìn)入主題。

1. Model 的本質(zhì)目的
雷軍雷布斯曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“不要用戰(zhàn)術(shù)上的勤奮掩蓋戰(zhàn)略上的懶惰”。做任何一件事情，搞清楚戰(zhàn)略、想清楚目的，至關(guān)重要。那么問(wèn)題來(lái)了，我們現(xiàn)在這里討論做 Model，那做 Model 的本質(zhì)目的是什么呢？做 Model 的本質(zhì)目的是為了“洞見(jiàn)”。所謂的洞見(jiàn)，就是明察，清楚的看到、而且提前看到，不要做馬后炮的事情?！懊鞑?、清楚”，這就是對(duì)“精度”的要求；“提前”就是對(duì)時(shí)間的要求。所以做 Model 這件事情的本質(zhì)目標(biāo)就是“時(shí)間+精度”?！皶r(shí)間、精度”是其永遠(yuǎn)逃脫不了的兩個(gè)話(huà)題。

那問(wèn)題又來(lái)了，“時(shí)間”和“精度”，到底是誰(shuí)在控制呢？顯然是仿真器。所以搞清楚仿真器這玩意，才是基本功。就像我們高中回答所有政治題，只要有一句“生產(chǎn)力決定生產(chǎn)關(guān)系，生產(chǎn)關(guān)系反作用生產(chǎn)力”，那么肯定能得分一樣。金句，最底層的原理，其實(shí)很簡(jiǎn)單，搞清楚之后，通常事半功倍。

仿真器
在 IC 設(shè)計(jì)的 EDA 領(lǐng)域，最重要的仿真器，其實(shí)無(wú)非兩種：數(shù)字 Digital 和模擬 Analog，當(dāng)然現(xiàn)在混合仿真器 Mix-Signal 也非常重要。他們是什么，之間有什么差別呢？仿真器其實(shí)也就是干兩件事情，一個(gè)是時(shí)間，一個(gè)是數(shù)值。就是你在什么樣的時(shí)間，會(huì)有什么樣的數(shù)值（什么樣的表現(xiàn)）；只是對(duì)于數(shù)字和模擬，它是完全不同的處理原理，這主要是因?yàn)樗麄儽澈笠獾姆匠探M是完全不同的。

Digital 仿真器
它是 Event driven 的，它解的是邏輯方程(logical expression)，而且人家是順序執(zhí)行(sequential manner based)，有很清晰的信號(hào)流和事件發(fā)生順序(well-definedscheme of signal flow and events)，不會(huì)回頭計(jì)算，不做后悔的事情。所以它比較快，時(shí)間和數(shù)值都是離散的。也不容易出現(xiàn)不收斂性的問(wèn)題。它甚至可以看完代碼之后，大致先做個(gè)心中有數(shù)，知道有哪些 Event 要發(fā)生，然后等真正到達(dá)那個(gè)時(shí)間點(diǎn)附近時(shí)候，再看看有沒(méi)有和其他事情抵消掉，抵消掉了，就不用發(fā)生了；抵消不掉了再發(fā)生（腦補(bǔ)一下我們小時(shí)候計(jì)算一些數(shù)學(xué)題合并同類(lèi)項(xiàng)的感覺(jué)）。唯一的問(wèn)題就是它只是和邏輯方程打交道，而現(xiàn)實(shí)世界、實(shí)際 Transistor 哪里是非黑即白的 0，1 世界，所以它的精度之類(lèi)的天然的低；不過(guò)只要把各種協(xié)議和糾錯(cuò)功能做好，也倒是不影響它的出錯(cuò)。很多大的 ASIC， SOC 等，尤其是大規(guī)模集成的 IC，都是 Digital-On-Top，妥妥地必須用數(shù)字仿真器，快是它最重要的特性。

Analog 仿真器
它須解決整個(gè) analog 大環(huán)境、大矩陣( system matrix)，而且是在每一個(gè) simulationstep，它都得站在全局觀(guān)的角度，來(lái)看各種需求是否被滿(mǎn)足。人家可是真正的信號(hào)與系統(tǒng)；所謂的信號(hào)，就是電壓和電流；模擬仿真器都考慮。KCL,KVL，節(jié)點(diǎn)電流為 0，回路電壓為 0，這都是讓他們用簡(jiǎn)單邏輯方程理不清楚的事情。大大的矩陣必須建立起來(lái)才能 Hold 住好多的關(guān)系。任何一個(gè) analog 里面的元素 / 器件（element）對(duì)其他原件都有直接影響(instantaneous influence);正所謂的“牽一發(fā)而動(dòng)全身”；當(dāng)然也有不少 EDA 工具對(duì)較大的 Analog 電路做一下分割(Partition)，以減小矩陣的規(guī)模。Analog 仿真器每想往下走一步，都要先猜解一下，先給個(gè)結(jié)果的“小樣”（類(lèi)似我們平時(shí)買(mǎi)東西的送的小樣兒），給了這個(gè)小樣兒之后，再返回頭看看是不是滿(mǎn)足 tolerance 等各種大 boss 設(shè)置的種種條件門(mén)檻和要求；符合了，算是通過(guò)了一小步；如果沒(méi)有符合，那再打回來(lái)、再改結(jié)果，再測(cè)試，再看看滿(mǎn)足與否，直到最終通過(guò)各種要求；所以有時(shí)候這種迭代就把仿真器搞瘋掉了，直接告訴你有 convergence issue，我收斂不住了，**了，你看著辦吧。

在 Analog 里面，就是這樣子的反復(fù)迭代。而且時(shí)間和數(shù)值都是連續(xù)的，而且 A 影響 B，B 反過(guò)來(lái)影響 A，一步三回頭，所以 Analog 仿真就會(huì)很慢，不過(guò)也會(huì)比較精確。所以很多高性能的 AnalogIC，都離不開(kāi) Analog 仿真器。
混合仿真器它就是采集了兩者之長(zhǎng)，對(duì)性能不太 Care 的部分，我就是用邏輯方程來(lái)求解，我只對(duì) AnalogPart 做矩陣計(jì)算，這樣子就取得了速度和精度兩項(xiàng)的這種。當(dāng)然混合仿真器需要建立自己的 Connection Module，把數(shù)字和模擬信號(hào)之間的橋梁嫁接好，這樣子才能 AD,DA 自由流通，暢通無(wú)阻的存活在整顆 IC 上面。

下表是以上三種仿真器的總結(jié)表格：
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與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，不經(jīng)允許，不得轉(zhuǎn)載！

系列匯總：

之一：談模擬混合信號(hào)設(shè)計(jì)驗(yàn)證？先從這個(gè)職位說(shuō)起吧！

之二：DV 這個(gè)職位不是說(shuō)服了老板就能招到人！

之三：DV 說(shuō)"鬼知道我經(jīng)歷了什么？”

之四：模擬混合驗(yàn)證如此重要，ADV 的前輩們也非等閑！

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