A complexidade dos projetos de chips modernos cresce continuamente. Equipes de engenharia precisam desenvolver CPUs, GPUs e sistemas de inteligência artificial cada vez mais sofisticados. Para enfrentar esse desafio, a NVIDIA trabalha em conjunto com as empresas Cadence e Synopsys na otimização de aplicações críticas de automação de projeto eletrônico, conhecidas pela sigla EDA, para a CPU NVIDIA Vera.
Agora, a NVIDIA está implantando a Vera em fluxos de trabalho de EDA utilizados no desenvolvimento de sua próxima geração de CPUs e GPUs. A iniciativa demonstra como uma arquitetura de CPU de alto desempenho pode acelerar algumas das tarefas de engenharia mais exigentes da indústria de semicondutores.
Aceleração de tarefas críticas no desenvolvimento de chips
O que está em jogo é a velocidade com que novos chips podem ser desenvolvidos. Ao acelerar os processos de EDA, fabricantes e equipes de engenharia podem aumentar o ritmo de desenvolvimento de tecnologias que dependem de circuitos cada vez mais complexos.
Simulação, verificação e implementação são etapas fundamentais no desenvolvimento de semicondutores. Muito antes de um chip chegar à fabricação, engenheiros passam anos validando seu comportamento, identificando casos extremos e refinando o projeto por meio de milhares de iterações.
GPUs e inteligência artificial já aceleraram diversas etapas do desenvolvimento de chips. No entanto, algumas cargas de trabalho críticas de EDA continuam fortemente dependentes do desempenho das CPUs. Simulação lógica, verificação formal e partes da implementação digital, por exemplo, exigem núcleos individuais rápidos, sistemas de memória eficientes e alto desempenho geral.
Nesse cenário, a arquitetura da CPU se torna um fator importante para determinar a rapidez com que as equipes conseguem validar projetos, explorar alternativas e avançar até a etapa de preparação para fabricação, conhecida como tapeout.
Testes com Cadence e Synopsys mostram ganhos de até 1,5 vez
Os testes iniciais da NVIDIA abrangem aplicações importantes de EDA e destacam a capacidade da Vera de acelerar duas das etapas que mais demandam poder computacional no desenvolvimento de chips modernos.
Em fluxos de trabalho selecionados, próximos das condições de produção, os resultados iniciais apontaram ganhos de desempenho de até 1,5 vez.
O Cadence Jasper, plataforma de verificação formal, utiliza tecnologias de prova inteligente e aprendizado de máquina para localizar e corrigir erros, aumentando a produtividade da verificação ainda nas primeiras fases do ciclo de desenvolvimento.
Já o Synopsys VCS é uma solução de verificação funcional de alto desempenho utilizada para simular e validar projetos complexos de chips antes da fabricação. Nos testes realizados, a aplicação foi executada utilizando a mesma quantidade de núcleos.
As duas aplicações registraram até 1,5 vez mais desempenho em cargas de trabalho selecionadas.
Além dos resultados de benchmark, a NVIDIA trabalha diretamente com as duas empresas em tarefas de análise de aplicações, otimização de software e ajustes em nível de sistema. O objetivo é ampliar esses ganhos e melhorar a produtividade dos engenheiros em uma gama maior de fluxos de trabalho ao longo do tempo.
Vera entra no processo de desenvolvimento dos próximos chips da NVIDIA
A NVIDIA está incorporando a Vera aos fluxos de EDA utilizados para criar seus futuros processadores.
A arquitetura combina 88 núcleos de CPU NVIDIA Olympus personalizados, um subsistema de memória LPDDR5X de alta eficiência e a segunda geração do NVIDIA Scalable Coherent Fabric. O conjunto foi projetado para oferecer alto desempenho por núcleo, elevada largura de banda de memória e latência consistentemente baixa em aplicações de engenharia exigentes.
Essas características são especialmente relevantes para cargas de trabalho que combinam tarefas sensíveis à latência com grandes volumes de testes de regressão executados em fazendas de computação.
Uma execução mais rápida pode reduzir o tempo necessário para cada rodada de verificação. Ao mesmo tempo, maior capacidade de processamento permite que os engenheiros avaliem mais alternativas de projeto e realizem mais validações dentro do mesmo período de desenvolvimento.
Do RTL ao silício
Depois de definir a arquitetura e a microarquitetura de um processador, os engenheiros descrevem grande parte de seu comportamento no nível de transferência entre registradores, conhecido como RTL.
A partir daí, diferentes tecnologias de verificação e implementação trabalham em conjunto para transformar o projeto em um chip que possa ser efetivamente fabricado.
Esses fluxos incluem simulação lógica, verificação formal, testes de regressão e implementação digital. O objetivo é validar o funcionamento, identificar casos extremos e transformar o projeto em silício fabricável.
Como essas etapas estão interligadas, ganhos de produtividade na verificação podem ajudar as equipes a encontrar problemas mais cedo, reduzindo a necessidade de iterações posteriores e potencialmente mais caras no processo de desenvolvimento.
NVIDIA usa suas próprias CPUs para ajudar a criar os próximos chips
A utilização da Vera nos próprios fluxos de engenharia da NVIDIA faz parte de uma estratégia mais ampla: aplicar a arquitetura de computação mais adequada a cada tipo de carga de trabalho.
No desenvolvimento de chips, GPUs e inteligência artificial continuam acelerando diversos algoritmos. Ao mesmo tempo, CPUs de alto desempenho permanecem essenciais para tarefas críticas de simulação, verificação e implementação.
A combinação dessas tecnologias contribui para melhorar o desempenho de todo o ciclo de desenvolvimento.
A NVIDIA afirma que pretende avançar nessa estratégia com a próxima geração da Vera, chamada Rosa, baseada no núcleo NVIDIA Rigel, enquanto continua trabalhando na otimização de aplicações de EDA ao longo de seu roteiro de CPUs.
Ao utilizar CPUs NVIDIA para ajudar a projetar futuras CPUs e GPUs da própria NVIDIA, a empresa cria um ciclo contínuo entre projeto de silício, otimização de software e engenharia de sistemas. A ideia é que cada geração de tecnologia ajude a acelerar o desenvolvimento da próxima.
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