5、现代处理器验证：从过去到未来

现代处理器验证：从过去到未来

一、奔腾 4 处理器验证回顾

在奔腾 4 处理器的验证过程中，由于设计的复杂性，工程团队面临着巨大的挑战。在硅前验证阶段，仅靠仿真已经无法满足需求，团队不得不采用大型服务器农场来全天候处理批量测试。

奔腾 4 验证项目在微处理器领域率先广泛使用了形式验证技术。不过，由于整个设计包含 4200 万个晶体管，形式工具难以处理，所以这些技术仅应用于一些关键模块，如浮点单元和解码器逻辑。通过有针对性地对过去设计中容易出错的模块进行形式验证，取得了很好的效果，在流片前发现并修复了几个关键的漏洞。其中一个漏洞在每 5×10²⁰ 条浮点指令中才可能出现一次，如果仅依靠仿真验证方法，很可能会遗漏这个漏洞，而它的发现避免了一场可能对公司造成严重影响的灾难。

从发现的漏洞数量来看，形式验证虽然发现的漏洞质量很高，但数量相对较少，约占硅前总漏洞的 6%。而基于集群级随机测试的仿真验证则发现了大部分的错误，在总共 7855 个错误中，有 3411 个是通过这种方式发现的，这得益于其可扩展性和相对较高的速度。为了使随机测试生成尽可能有效，工程师们跟踪了设备内部 250 万种单元级行为类型，并引导测试序列尽可能覆盖这些条件。此外，超过 12000 个定向汇编级测试也导致了很高的错误发现率，发现了 2000 多个漏洞。

奔腾 4 的硅后验证阶段虽然只有十个月，但在此期间，设备执行的周期数比三年的硅前验证工作还要多。这些原型机以 1GHz 及以上的速度运行，在不同的温度和电压下进行测试，运行大量的应用程序和随机测试，并与一系列外围设备进行通信。除了时间和工程努力外，硅后验证还需要高昂的设备成本，验证工程师通常需要构建和调试专门的内部测试和分析平台，并购买测试模式