5G Modem SoC的设计与验证考量

SNUG China 2018 Shanghai/Beijing 2018 27 页

5G Modem SoC的设计与验证考量

会议: SNUG China 2018 (上海6/4, 北京6/6) 作者: Peter Zhang, Ph.D. (Synopsys) 页数: 27

议程

1. 5G挑战 2. 方法论 3. 虚拟原型 4. 仿真 5. FPGA原型 6. 总结

5G挑战

通信设备越来越复杂

从0G到5G，频谱利用率持续提升以改善用户体验。

5G Modem核心指标

- 性能: 无线接入技术、频谱利用 - 功耗: 用户电池时间、运营商成本 - 质量: 高可靠性应用、用户体验

严苛的现实

- 高复杂性 - 开发时间短 - 错误代价高

Modem SoC开发流程

一个过于简化的视角——完整开发流程： 1. 市场需求 → 产品就绪 2. 系统设计: 架构与性能、软件架构设计与建模、硬件架构设计与建模 3. 系统软件开发: 驱动程序与协议、嵌入式固件算法与控制 4. ASIC硬件开发: SoC与IP、数字与模拟硬件平台 5. 系统集成: Bring-up与测试、系统测试(外场与合规)

发现难以找到缺陷的关键

- 开发方法论 - 验证工具链 - 经过验证的硬件平台 - Peta-Cycle回归 - 测试仪和外场运行

虚拟原型

Platform Architect和Virtualizer

Platform Architect: 帮助比较系统级选项以做出正确决策 - 架构建模 - 智能架构探索 - 功耗和性能分析

Virtualizer: 早期软件开发 - VDK创建 - VDK中的软件调试和分析 - 功耗和性能模型

高性能SoC仿真

ZeBu仿真

- 高性能 — Peta-Cycle挑战 - 高可扩展容量 — 不断增长的SoC - 速度适配 — 测试仪和外部设备 - 全信号调试 — 难以找到的缺陷 - 功耗分析 — SoC功耗效率 - 混合仿真 — 架构和软件

软件驱动的SoC功耗分析

通过三层方法在数小时内完成数十亿周期的功耗分析： 1. 活动剖面 (1B+周期): 软件场景下的高活动时间窗口 2. 周期功耗 (1M+周期): ZeBu高性能功耗分析 → PrimeTime PX 3. 峰值功耗/签核 (1K+周期): PowerReplay & PrimeTime PX → 门级

速度适配器

桥接仿真到标准测试设备： - I&Q接口(40G Ethernet/私有协议) - 仿真数据格式和速率适配 - 连接仿真器到测试仪

混合方案用于早期软件开发

Virtualizer(虚拟DK) + ZeBu(硬件仿真器)混合附加技术： - Cortex A53/A57 + LPDDR4 + eMMC + H264加速器 - Linux内核 + 视频播放应用 - 混合适配器、一致性等

FPGA原型

HAPS-80 — 业界最快的原型系统

设计/应用	设计规模	性能
USB 3.1	8MG	312MHz
PCIe 3.0	8MG	250MHz
CPU Cortex-A	12MG	80MHz
SoC A72/A57/A9	30MG	25MHz
LTE Modem	70MG	30MHz
Mobile GPU	85MG	36MHz
Mobile SoC	300MG	10MHz
Multi-core Graphics	600MG	5MHz

高性能多FPGA原型

灵活的大规模Modem设计分割： - HAPS-80 System 1: 应用处理器(主机)、骨干互连、SPI/PMOD - HAPS-80 System 2: 层2/3协议处理、实时核、层1 DSP和加速器 - FPGA间IO @ 1.4Gbps HSTDM - MGB板(QSFP/JESD204B)、LPDDR内存板

现实世界接口

子板用于原型设置：PHY子板、IP原型套件、LTE基带、WiFi、蓝牙、RF空中接口等。

原型测试中的Modem

连接到标准测试设备：I&Q接口(40G Ethernet)、原型数据格式适配。

客户成功案例

- Spreadtrum — SNUG 2017: 移动电话呼叫的混合仿真(Hybrid Emulation) - 软件: Linux、eMMC块设备、H264驱动、视频面板 - 硬件(ZeBu): DW uMCTL2控制器、DW AXI、Cortex A53、LPDDR4、H264加速器、GIC

关键要点

1. 建立良好的开发方法论和流程 2. 为目标需求应用合适的验证工具 3. 利用验证连续体左移(不仅适用于5G Modem，也适用于许多其他SoC项目)

验证连续体：Virtualizer/Platform Architect → ZeBu仿真 → HAPS FPGA原型

图片索引

本文共314张图片，存放于 SNUG_CN_Zhang_5G_Modem_SoC_paper_images/ 目录。本文为PPT格式，包含：通信世代演进图、Modem SoC开发流程图、Platform Architect/Virtualizer架构图、ZeBu仿真架构、功耗分析三层方法论、速度适配器、混合仿真方案、HAPS-80性能表、多FPGA分割图、现实世界接口子板、客户成功案例等。