如何验证Chiplet间的高速串行接口?
解读
Chiplet 架构把一颗大芯片拆成多颗小芯粒,通过片间高速串行接口(通常 ≥16 Gbps,国内主流协议有 UCIe、BoW、PCIe6.0、112G PAM4 SerDes 定制协议等)完成 die-to-die 通信。验证目标不仅是“能跑通”,而是要在 sign-off 前证明:
- 物理层电气指标(插入损耗、回损、眼图、抖动、BER≤1e-15)满足国产基板/有机基板或硅中介层通道模型;
- 链路层协议状态机(训练、均衡、自适应、重传、低功耗)在各种工艺-电压-温度(PVT)组合下收敛;
- 系统层一致性(缓存一致性、端到端 QoS、安全隔离)在多 Chiplet 场景下不破坏 SoC 功能;
- 量产测试可覆盖,能在 ATE 上通过环回模式筛出边际单元。
面试官想听到的是“从协议到电气、从 RTL 到量产”的完整验证思路,而不是单纯跑个 BERT。
知识点
- 国内主流 Chiplet 协议:UCIe 1.0/1.1(物理层适配 16~32 GT/s)、国产自主协议“CCLink-D2D”、PCIe6.0 die-to-die 扩展模式。
- 高速 SerDes 验证四件套:IBIS-AMI 通道模型、S 参数、眼图模板、BER 测试;国内 Fab 普遍要求 1e-15 无错运行 30 分钟。
- UVM-SystemVerilog 与混合仿真:数字链路层用 SV/UVM,模拟前端用 SystemVerilog + Verilog-AMS 或 FastSPICE 行为模型;Cadence Xcelium、Synopsys VCS AMS 国内授权普遍。
- 硬件加速平台:国产 Zebu、华为“泰山”EMU、复旦“复微”FM-Platform,可跑 100~200 MHz,实现真实眼图仪器闭环。
- 形式验证:Synopsys VC-Formal 对链路状态机做死锁/活锁检查,覆盖所有均衡系数组合。
- 统计抖动分解:RJ、DJ、PJ、DDJ,国内实验室常用 Keysight DCA-X 86100D 采样示波器,配合 MATLAB 抖动分离脚本。
- 量产筛选:通过 IEEE 1149.6 AC-JTAG 环回 + 内建 PRBS 发生器,ATE(如华峰 STS8200)测 1e-9 BER 三秒,筛除边际单元。
- 安全合规:国密 SM4-GCM 加密通道验证,需用 UVM 加密 scoreboard 比对明文/密文,防止侧信道泄漏。
答案
“我会把验证拆成四层闭环:协议层、链路层、物理层、量产筛。
第一步,协议层:在 UVM 里搭建双 Chiplet 虚拟原型,参考国产 UCIe 1.0 规范,把 Adapter、PHY Adapter、Sideband 全部建模。用 SV constraint 随机化 Flit 长度、CRC 种子、Retry 阈值,跑 10 万条用例,确保链路初始化在 1 ms 内完成,重传窗口不溢出。
第二步,链路层:把 RTL 与模拟前端做协同仿真。模拟部分用 Verilog-AMS 行为模型,通道 S 参数来自国内基板厂实测(12 cm 有机基板,插损 28 dB @ 16 GHz)。在 Xcelium 里跑 1e-9 秒物理时间,统计 LFSR 生成的 PRBS31,BER 用 DPI-C 调 MATLAB 眼图脚本,实时判断眼高≥180 mV、眼宽≥0.45 UI。
第三步,硬件加速:把链路层 RTL 移植到 Zebu 平台,跑 150 MHz 真实流量,同时用 Keysight M8040A 误码仪接出 TX/RX,形成数字-仪表闭环。连续跑 24 小时,目标 BER 1e-15,若出现误码,用 FPGA 触发抓取内部 256 位探针,回灌仿真器复现。
第四步,形式验证:用 VC-Formal 把 LTSSM 展开成 46 个状态、192 条转移边,对均衡系数(CTLE 015 dB、DFE 1-tap -30+30 mV)做全覆盖,证明不存在死锁。
第五步,量产筛选:在 Chiplet 里插入 AC-JTAG 环回指令,ATE 上电后配置 PRBS9,测三秒 BER<1e-9,同时读温度传感器,若中心温度>105 ℃ 自动降档。
最终交付:功能覆盖率 100 %(协议、链路、错误注入),代码覆盖率 98.5 %(排除模拟模块),电气报告通过国内封测厂签字,Sign-off 风险评级为 A,可支持一次流片。”
拓展思考
- 如果未来升级到 224 Gbps PAM4,国内基板插损预计 40 dB,验证平台需要引入实时 DSP 预编码模型,如何在不牺牲仿真速度的前提下把 3-tap FFE + 1-tap DFE 放进 UVM?
- 多 Chiplet 场景下,若其中一颗采用国内 14 nm 工艺,另一颗采用 7 nm,电压域差异导致 Sideband 信号电平不兼容,验证时如何构造跨工艺角的最坏情况?
- 国密算法在 die-to-die 链路加密后,PRBS 无法直接比对,如何设计可观测的“透明模式”既保证验证效率,又不留下后门?