RISC-V架构已成主流，这一环节价值凸显

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）从私有架构走向开放架构，这股浪潮正在深刻影响全球半导体产业。作为一种开放的指令集架构（ISA），RISC-V 凭借其开放性和模块化设计，为开发者提供了前所未有的自由度和灵活性，正从早期采用者阶段跨越到主流市场。

RISC-V已进入主流市场，图源：新思科技

根据咨询公司 SHD Group 的研究数据，2024 年全球 RISC-V 芯片的出货量超过 18 亿颗，2030 年将突破 160 亿颗，年复合增长率超过 40%。如今，几乎所有半导体厂商都有在研的 RISC-V 芯片项目。同时，超大规模企业、汽车 OEM 及一级供应商等也在积极参与其中。然而，RISC-V 的定制化优势也带来了验证领域的新课题：如何在满足多样化设计需求的同时，确保芯片质量达到业界标杆水平。为此，新思科技（Synopsys）经过七年多的 RISC-V 验证实践，总结出一套完整的验证方法论，助力整个行业应对这一挑战。

全球RISC-V芯片市场规模，图源：新思科技

RISC-V 的价值与挑战

RISC-V 的模块化 ISA 允许开发者根据特定需求添加或去除相关功能，从而打造出真正适配特定应用场景的处理器。这一特性使得无论是物联网领域的微控制器（MCU）、AI 场景的专用加速器，还是高性能应用处理器（CPU），都能在 ISA 与微架构层面实现深度定制，基于 RISC-V 构建 “领域专属处理器”，进而形成业务差异化优势。

这种创新模式具有极高的技术灵活性，重塑了整个产业链的成本结构与创新节奏。以芯片创新为例，过去十多年，SoC 的差异化更多围绕主频、制程、外围接口等维度展开，如今 RISC-V 的模块化 ISA 将差异化创新重新从封装层面拉回内核层面，让内核再次成为技术壁垒。

从商业视角来看，RISC-V 的模块化 ISA 让 CPU 设计回归“菜单点菜”模式，也可形象地称为“搭乐高式”芯片设计。而传统架构（x86/ARM）采用的是“套餐”模式：无论是手机 SoC 还是车载 MCU，都必须为可能根本用不到的浮点运算、SIMD（单指令多数据）等特性支付成本。

然而，随着 RISC-V 的普及，验证挑战也日益凸显。RISC-V 芯片验证面临设计复杂性、资源限制及验证效率等多重难题，具体表现为：

难题一：设计源头与场景的多样性

RISC-V 芯片的设计源头可能是自研、开源 RTL或供应商授权 IP，部分场景还需添加自定义指令（如 DSP 指令、矩阵乘法指令）。若芯片面向外部软件开发，还需额外验证边角案例（Conner Case），以揭示系统在极限状况下的性能和稳定性。

难题二：用户与开发者的质量预期偏差

终端用户期望 RISC-V 芯片质量对标基于 ARM 架构的芯片，后者需通过 10¹⁵次验证周期（相当于 1 万台 RTL 模拟器全年 24/7 不间断运行）确保稳定性。但多数 RISC-V 芯片开发者面临专业能力、验证方法论与资源的三重缺口，难以弥合这一质量鸿沟。

难题三：团队经验的适配难题

多数验证工程师更擅长 SoC 级验证，缺乏处理器全面验证的经验。尽管处理器验证与 SoC 验证一样需要全面技术支持，但前者对参考模型的质量和功能完整性要求更高。因此，设计团队需深度参与验证流程，如何实现高效协同成为项目落地的关键挑战。

RISC-V全面验证价值凸显

由此可见，在 RISC-V 生态中，处理器 IP 开发者与终端用户之间存在显著的“验证认知偏差”。其开放性、模块化和可定制化特性进一步加剧了状态空间的复杂性，带来了前所未有的验证挑战。要解决这些问题，需要一套完善的验证计划：整合动态验证与形式化验证技术，覆盖所有可能的指令组合和状态转换，确保最终设计出来的 RISC-V 芯片在复杂场景下的可靠性。

全面验证方法将从技术、应用、生态三大维度赋能 RISC-V 的发展。首先，该方法能应对 RISC-V 架构的复杂性，弥补开源生态中的质量缺口——通过标准化验证流程和经过硅验证（Silicon-proven）的工具链，确保设计符合规范且具备硬件可靠性。同时，它不再依赖手动编写测试用例，可显著提升验证效率、缩短开发周期。

其次，全面验证方法能保障安全与功能正确性。当前，RISC-V 芯片应用已延伸至工业自动化、医疗电子、汽车电子等关键领域，这些领域对功能安全、信息安全的要求更为严苛。过往案例表明，即便 100% 设计正确的芯片，也可能因环境条件、α 粒子碰撞、硅老化效应等问题出现安全隐患。而借助功能覆盖率（Functional Coverage）和形式化验证工具，可有效保障功能安全与信息安全。

最后是生态层面的加持，全面验证方法不仅是质量保障工具，更是推动 RISC-V 生态扩展的关键。它能显著提升各行业使用 RISC-V 芯片的信心，进一步促进产业繁荣。

新思科技提供一站式 RISC-V 验证解决方案

作为半导体、人工智能、汽车电子及软件安全等产业的核心技术驱动者，新思科技始终走在 RISC-V 验证领域的前沿，构建了一套覆盖形式化验证和动态验证的完整方案。

新思科技RISC-V处理器验证方案，图源：新思科技

形式化验证：为 RISC-V 设计提供全面的分析和调试技术

形式化验证利用数学逻辑证明设计是否符合规范，无需依赖测试用例。新思科技的 VC Formal 是业内主流的形式化验证工具，原生集成 Synopsys VCS®、Verdi®、VC SpyGlass™、VC Z01X 故障模拟及其他新思科技设计与验证解决方案。针对 RISC-V 处理器单元设计的特性，VC Formal 提供的核心能力包括：

属性验证（FPV）：结合预定义的 RISC-V 断言 IP（AIP），检查设计是否满足特定功能属性，是模型检查的核心应用形式。
时序等效性检查（SEQ）：用于对比两个设计（如添加新功能前后的 RISC-V 处理器设计）在时序逻辑行为上是否一致，确保设计修改未引入功能偏差。此外，数据路径验证（DPV）作为 SEQ 的细分应用，专注于验证处理器中数据运算与传输路径（如 ALU、乘法器等）的功能正确性。
寄存器验证（FRV）：从形式上验证配置寄存器的行为，如 “只读”“读/写”“复位值” 等属性，无需再通过定向测试验证。
安全验证（FSV）：从形式上确保安全数据不会流向非安全目标，并保障数据完整性。

在这个环节里，新思科技提供完整的 RISC-V 断言 IP 库，包含各类高性能、优化后的 RISC-V 断言 IP，可用于验证标准总线协议，且兼容新思科技 VC 形式化解决方案与 VCS 仿真。用户可直接调用该 IP 库，无需从零构建断言 IP，大幅缩短验证启动时间。

动态验证：让 RISC-V 庞大的状态空间不再棘手

由于 RISC-V 是一套基于开放标准的 ISA，设计人员可自由设计和扩展定制处理器，同时仍能与不断发展的配套工具及软件生态系统保持兼容。但对于验证工作而言，RISC-V 这一特性导致状态空间极速膨胀。动态验证通过模拟实际运行场景，确保 RISC-V 处理器功能正确性。新思科技在该领域提供的核心工具包括 ImperasDV 协同仿真环境、STING 测试生成工具等，同时设计人员还可借助新思科技的 AI 助手 ——VSO.ai 加速动态验证进程。

其中，ImperasDV 是 RISC-V 处理器动态验证的核心平台，关键组件包括 ImperasDV、ImperasFPM、RISC-V 验证接口（RVVI）、ImperasFC，核心逻辑为 “RTL 与参考模型并行仿真 + 实时状态对比”，可有效覆盖 RISC-V 处理器庞大的状态空间。ImperasDV 提供锁步比较设计验证方法，允许在 SystemVerilog 环境中运行被测设备（DUT）并构建自动化验证平台，且能与新思科技的 VCS 仿真工具和 Verdi 调试工具无缝集成，进一步提升验证效率。此外，ImperasFC 针对 RISC-V 指令集架构的每一项扩展提供自动化功能覆盖，解决了传统动态验证中 “手工编写测试用例效率低、覆盖不全” 的问题。

STING 是用于验证 RISC-V 处理器和 SoC 的随机自检测试生成器，支持多核架构，并可配置整个系统的地址空间、缓存层级等参数。通过在底层随机生成测试场景，STING 能在较短时间内完成对复杂硬件的验证，加速验证过程。同时，STING 提供多样化测试开发机制（包括约束随机测试、定向测试、复杂场景测试等），兼顾灵活性与易用性，可提升测试覆盖面与准确性。此外，它还支持 “左移” 验证流程，同一套测试激励可贯穿多平台，减少重复开发工作量。

综上所述，新思科技的 RISC-V 验证方案通过 “动态 + 形式化” 的技术整合，为开发者提供了一套可落地、高可靠的验证路径。该方案不仅解决了当前 RISC-V 验证的核心痛点，更支撑了 RISC-V 生态的多元化扩张，成为推动开放架构在各垂直领域落地的关键基础设施。