芯片仿真验证系统、方法以及电子设备与流程

1.本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种芯片仿真验证系统、方法以及电子设备。


背景技术：

2.近年来，光子计算引起了广泛的关注，在一些相关的计算设备或计算系统中，光子集成电路(photonicintegratedcircuit，简称pic)芯片和电子集成电路(electronicintegratedcircuit，简称eic)芯片制造完后集成在在一起，才构成完整的硬件。


技术实现要素：

3.本发明提供一种芯片仿真验证系统、方法以及电子设备，可以用于对pic芯片进行软件开发验证，还可以解决现有技术中仅能在pic芯片和eic芯片集成之后才能对pic芯片进行软件开发验证的问题，也可适用于在仅有pic芯片的情况下，对整个计算设备或计算系统的软硬件功能进行仿真模拟、验证，或者基于已有的pic芯片开发软件栈，将软件栈开放给客户或者厂商，让最终的用户能够提前使用pic芯片的功能。
4.第一方面，本发明提供一种芯片仿真验证系统，所述系统包括：所述芯片仿真验证系统包括控制模块、模拟器模块以及包括光子集成电路芯片的光子集成电路芯片封装；
5.所述控制模块用于将与仿真请求相关的数据和指令加载至所述模拟器模块；
6.所述模拟器模块用于模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要所述光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作；
7.所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述光子计算操作，并将所述光子计算操作的计算结果返回至所述模拟器模块以供所述控制模块获取。
8.在本发明的一些实施例中，所述模拟器模块包括第一接口单元、控制单元以及存储单元，所述控制模块通过所述第一接口单元将所述数据和所述指令加载至所述模拟器模块，并将所述数据保存至所述存储单元。
9.在本发明的一些实施例中，所述光子集成电路芯片封装还包括第二数据物理接口和信号转换电路，通过所述第二数据物理接口接收所述模拟器模块转发的所述数据和所述指令，并经所述信号转换电路实现信号转换后由所述光子集成电路芯片执行光子计算操作。
10.在本发明的一些实施例中，所述系统还包括一主机，所述控制模块和所述模拟器模块均运行于所述主机上，所述模拟器模块与所述光子集成电路芯片封装通过所述第二数据物理接口进行通信。
11.在本发明的一些实施例中，所述第一接口单元为模拟的pcie接口。
12.在本发明的一些实施例中，所述第二数据物理接口为usb接口或网络接口。
13.在本发明的一些实施例中，所述协作芯片为eic芯片。
14.在本发明的一些实施例中，所述第二数据物理接口与所述模拟器模块通信；所述信号转换电路被配置为转换将来自光子集成电路芯片的电信号转换为所述第二数据物理接口输出的电信号，或者将所述第二数据物理接口接收的信号转换为输入至所述光子集成电路芯片的信号。
15.在本发明的一些实施例中，所述主机包括第一数据物理接口，所述第一数据物理接口与所述光子集成电路芯片封装的第二数据物理接口进行通信。
16.第二方面，本发明还提供一种芯片仿真验证方法，所述方法包括：
17.控制模块将与仿真请求相关的数据和指令加载至模拟器模块；
18.所述模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作；
19.所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述计算操作，并将所述计算操作的计算结果返回至所述模拟器模块以供所述控制模块获取。
20.在本发明的一些实施例中，所述模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作的步骤包括：
21.所述控制模块通过第一接口单元将所述数据和所述指令加载至所述模拟器模块，并将所述数据保存至存储单元，其中所述模拟器模块包括第一接口单元、控制单元以及存储单元。
22.在本发明的一些实施例中，所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述计算操作的步骤包括：
23.通过第二数据物理接口接收所述模拟器模块转发的所述数据和所述指令，并经信号转换电路实现信号转换后由所述光子集成电路芯片执行光子计算操作，其中所述光子集成电路芯片封装包括光子集成电路芯片、第二数据物理接口以及信号转换电路。
24.在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：
25.配置一主机，所述控制模块和所述模拟器模块均运行于所述主机，其中所述主机包括第一数据物理接口；
26.所述模拟器模块先经过所述主机的第一数据物理接口再经过所述光子集成电路芯片封装的第二数据物理接口与所述光子集成电路芯片进行通信。
27.第三方面，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面任一项所述的芯片仿真验证系统。
28.本发明提供一种芯片仿真验证系统、方法以及电子设备，通过对光子集成电路芯片进行初步封装以得到光子集成电路芯片封装，然后再通过光子集成电路芯片封装提供的接口与模拟器模块进行通信，并且模拟器模块能够模拟协作芯片的功能和行为，从而可以实现在pic芯片制造完后，未完成eic芯片或尚未将pic芯片及eic芯片进行集成之前对pic芯片进行软件开发验证，或其它功能验证。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明提供的芯片仿真验证系统的示意图；
31.图2是本发明第一实施例提供的芯片仿真验证系统的示意图；
32.图3是本发明第二实施例提供的芯片仿真验证系统的示意图；
33.图4是本发明提供的芯片仿真验证方法的流程示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
36.在光子计算相关的计算设备或计算系统中，光子集成电路(photonicintegratedcircuit，简称pic)芯片和电子集成电路(electronic integratedcircuit，简称eic)芯片制造完后集成在在一起，才构成完整的硬件。
37.本发明人发现，如果等整个计算设备或计算系统的完整硬件完成后，再对pic芯片或整体硬件进行测试、软件开发，其流程缓慢，将是不利的。
38.而本发明实施例可以在pic芯片制造完成后，未完成eic芯片或尚未将pic芯片及eic芯片进行集成就可以对pic芯片进行软件开发验证，以及调用pic芯片的硬件功能。可以用于对pic芯片进行软件开发验证，还可以解决现有技术中仅能在pic芯片和eic芯片集成之后才能对pic芯片进行软件开发验证的问题，也可适用于在仅有pic芯片的情况下，对整个计算设备或计算系统的软硬件功能进行仿真模拟、验证，或者基于已有的pic芯片开发软件栈，将软件栈开放给客户或者厂商，让最终的用户能够提前使用pic芯片的功能。
39.下面结合图1-图4描述本发明的芯片仿真验证系统、方法以及电子设备。
40.请参考图1，图1是本发明提供的芯片仿真验证系统的示意图。一种芯片仿真验证系统，包括控制模块100、模拟器模块200以及光子集成电路芯片封装300。
41.示例性地，控制模块100用于将与仿真请求相关的数据和指令加载至模拟器模块200。
42.其中，控制模块100(可以包括主程序)可运行在具有人机交互界面的主机上。所述数据和所述指令可以来自于一预设软件栈(softwarestack)，软件栈是在计算机系统或应用程序中，按层次结构排列的软件组件集合，其提供了一个模块化和可扩展的软件设计框架，用于构建复杂的计算机系统和应用程序。
43.示例性地，模拟器模块200用于模拟(simulate)协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至光子集成电路芯片封装300以及控制光子集成电路芯片执行光子计算操作。
44.具体地，模拟器模块200可以模拟协作芯片的各种功能和行为，例如可以包括模拟协作芯片的工作原理、逻辑运算、数据处理、通信接口等功能。还包括模拟协作芯片的输入、输出、计算、存储等方面的行为，使得用户可在软件层面上测试和验证协作芯片的功能和性能。
45.示例性地，光子集成电路芯片封装300根据接收到模拟器模块200转发的数据和指令以控制光子集成电路芯片执行所述光子计算操作，并将所述光子计算操作的计算结果返回至模拟器模块200以供控制模块100获取。
46.本发明在基于光子集成电路芯片封装300的基础上，还提供了控制模块100和模拟器模块200，模拟器模块200比较灵活，可以协助光子集成电路芯片封装300验证光子集成电路芯片的光子计算操作。在真实硬件设备即光子集成电路芯片封装300在控制模块100和模拟器模块200的配合下，支持对光子集成电路芯片的软件开发验证。
47.需要说明的是，协作芯片可以是eic芯片，eic芯片的功能和行为可以在模拟器模块200中进行模拟。
48.请参阅图2，图2是本发明第一实施例提供的芯片仿真验证系统的示意图。本发明所述芯片仿真验证系统包括光子集成电路芯片封装300和主机400。其中，主机400包括第一数据物理接口，光子集成电路芯片封装300包括第二数据物理接口，第一数据物理接口、第二数据物理接口是实体的接口。控制模块100和模拟器模块200均运行于主机400上，模拟器模块200先经过主机400的第一数据物理接口再经过光子集成电路芯片封装300的第二数据物理接口与光子集成电路芯片进行通信。
49.例如，第一数据物理接口和第二数据物理接口可以是usb接口或网络接口。模拟器模块200支持usb接口，它可以通过usb通信与光子集成电路芯片封装300进行连接。usb提供了高速、可靠的数据传输，在主机400连接光子集成电路芯片封装300之间实现数据传输和满足通信要求。
50.在示例性的实施方式中，光子集成电路芯片封装300可外置于主机400，通过第二数据物理接口与主机400进行连接；在一些实施方式中，光子集成电路芯片封装300可以插入主机400的主板上以实现与主机400的连接。
51.请参考图3，图3是本发明第二实施例提供的芯片仿真验证系统的示意图。本发明的模拟器模块200包括第一接口单元210、控制单元220以及存储单元230。控制模块100通过第一接口单元210将所述数据和所述指令加载至模拟器模块200，并将所述数据保存至存储单元230。模拟器模块200中的第一接口单元210、控制单元220以及存储单元230都是模拟的协作芯片或与之关联的功能单元。
52.示例性地，第一接口单元210为模拟的pcie(peripheral componentinterconnectexpress，一种高速串行计算机总线标准)接口。也就是说，通过模拟器模块200来模拟pcie接口的功能和行为。模拟的pcie接口可以模拟pcie总线上的数据传输、配置寄存器、命令和控制信号等操作，以实现对pcie设备的仿真和测试。这样可以在没有实际硬件设备的情况下进行pcie接口的开发、调试和验证。
53.具体地，模拟器模块200的第一接口单元210用于与控制模块100进行通信，并提供与控制模块100连接的接口。模拟器模块200通过第一接口单元210可以接收来自控制模块100的指令和数据，并将其传递给控制单元220进行处理。控制单元220可以模拟协作芯片的内部状态和操作以及模拟协作芯片的功能和行为，它通过接收来自第一接口单元210输入的指令和数据，并根据协作芯片的预设算法和逻辑进行处理和计算。存储单元230可用于存储模拟器模块200的配置信息、算法和数据等，它可以包括寄存器、缓冲区、存储器芯片等。存储单元230还用于存储控制单元220所需的参数、状态信息和中间结果等，并提供对这些数据的读取和写入功能。
54.通过第一接口单元210、控制单元220和存储单元230的功能，模拟器模块200能够模拟协作芯片的功能和工作原理。模拟器模块200的第一接口单元210可以接收控制模块100输入的指令和数据，经过控制单元220的处理后，生成相应的输出结果，可以将所述输出结果返回给控制模块100。如模拟器模块200需要光子集成电路芯片参与的计算任务则将所述指令传输至光子集成电路芯片封装，并控制光子集成电路芯片从所述存储单元230获取所述数据以执行光子计算操作。然后光子集成电路芯片封装300将所述光子计算操作的计算结果返回至模拟器模块200以供控制模块100获取。
55.模拟器模块200的控制单元220根据协作芯片的特定算法和逻辑，模拟协作芯片的功能和行为，以实现对协作芯片和光子集成电路芯片的仿真和测试。存储单元230则用于存储相关的配置信息和数据，并在需要时提供给控制单元220和光子集成电路芯片使用。
56.需要说明的是，本发明所述芯片仿真验证系统先将数据和指令加载到模拟器模块200的第一接口单元210，再由控制单元220将所述数据存储至存储单元230并将指令通过第二数据物理接口转发给光子集成电路芯片封装300，光子集成电路芯片封装300根据所述指令从模拟器模块200的存储单元230读取所述数据。
57.由此可知，本发明将模拟器模块200和光子集成电路芯片封装300组合成一套仿真环境，并且模拟器模块200具备与光子集成电路芯片封装300一起协助协作的能力，可以模拟协作芯片的功能和行为。
58.下面对本发明提供的芯片仿真验证方法进行描述，下文描述的芯片仿真验证方法与上文描述的芯片仿真验证系统可相互对应参照。
59.请参考图4，图4是本发明提供的芯片仿真验证方法的流程示意图，一种芯片仿真验证方法，可应用于上述芯片仿真验证系统，所述方法包括：
60.步骤410，控制模块将与仿真请求相关的数据和指令加载至模拟器模块。
61.步骤420，模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至光子集成电路芯片封装以及控制光子集成电路芯片执行光子计算操作。
62.步骤430，光子集成电路芯片封装根据接收到模拟器模块转发的数据和指令以控制光子集成电路芯片执行所述计算操作，并将所述计算操作的计算结果返回至模拟器模块以供控制模块获取。
63.示例性地，所述模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作的步骤包括：
64.所述控制模块通过所述第一接口单元将所述数据和所述指令加载至所述模拟器模块，并将所述数据保存至所述存储单元。
65.示例性地，所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述计算操作的步骤包括：
66.通过所述第二数据物理接口接收所述模拟器模块转发的所述数据和所述指令，并经所述信号转换电路实现信号转换后由所述光子集成电路芯片执行光子计算操作。
67.示例性地，所述方法还包括：
68.配置一主机，所述控制模块和所述模拟器模块均运行于所述主机；
69.所述模拟器模块与所述光子集成电路芯片封装通过所述第二数据物理接口进行通信。
70.具体地，主机还包括第一数据物理接口，模拟器模块先经过主机的第一数据物理接口再经过光子集成电路芯片封装的第二数据物理接口与光子集成电路芯片进行通信。
71.在此需要说明的是，本发明实施例提供的上述芯片仿真验证方法，能够实现上述系统实施例所实现的功能，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与系统实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
72.在本发明的一些实施例中，本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以包括上述任一实施例所述的芯片仿真验证系统，所述芯片仿真验证系统包括控制模块、模拟器模块以及光子集成电路芯片封装。
73.其中，光子集成电路芯片封装可以包括第二数据物理接口、信号转换电路以及光子集成电路芯片。光子集成电路芯片封装为光子集成电路芯片与模拟器模块的通信提供了合适的物理接口，也使得其能适用于主机的通信。光子集成电路芯片可以包括光耦合结构、波导、光电转换单元、电光转换单元、光源等光子器件，可根据需要配置各种光子器件的数量，可以是一个或者多个。
74.示例性地，电光转换单元可以包括调制器，以将电信号转换为光信号。光耦合结构可用于与激光或者光纤进行光耦合，从而向光子集成电路芯片输入光信号，或者从光子集成电路芯片输出光信号，例如，使用光纤进行光信号的输入、输出；光耦合结构可以包括光栅耦合器、端面耦合器等。波导可以用于传播光信号，用作信息传播的信道。光电转换单元可以可包括光探测器，用于将光信号转换为电信号，光探测器可以包括例如光电二极管。光源产生的光可以耦合至波导，还可以被电信号调制。
75.在此需要说明的是，本发明实施例提供的上述芯片仿真验证方法，能够实现上述系统实施例所实现的功能，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与系统实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种芯片仿真验证系统，其特征在于，所述芯片仿真验证系统包括控制模块、模拟器模块以及包括光子集成电路芯片的光子集成电路芯片封装；所述控制模块用于将与仿真请求相关的数据和指令加载至所述模拟器模块；所述模拟器模块用于模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要所述光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作；所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述光子计算操作，并将所述光子计算操作的计算结果返回至所述模拟器模块以供所述控制模块获取。2.根据权利要求1所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述模拟器模块包括第一接口单元、控制单元以及存储单元，所述控制模块通过所述第一接口单元将所述数据和所述指令加载至所述模拟器模块，并将所述数据保存至所述存储单元。3.根据权利要求2所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述光子集成电路芯片封装还包括第二数据物理接口和信号转换电路，通过所述第二数据物理接口接收所述模拟器模块转发的所述数据和所述指令，并经所述信号转换电路实现信号转换后由所述光子集成电路芯片执行光子计算操作。4.根据权利要求3所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述系统还包括一主机，所述控制模块和所述模拟器模块均运行于所述主机上，所述模拟器模块与所述光子集成电路芯片封装通过所述第二数据物理接口进行通信。5.根据权利要求2所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述第一接口单元为模拟的pcie接口。6.根据权利要求3所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述第二数据物理接口为usb接口或网络接口。7.根据权利要求1所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述协作芯片为eic芯片。8.根据权利要求3所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述第二数据物理接口与所述模拟器模块通信；所述信号转换电路被配置为转换将来自光子集成电路芯片的电信号转换为所述第二数据物理接口输出的电信号，或者将所述第二数据物理接口接收的信号转换为输入至所述光子集成电路芯片的信号。9.根据权利要求4所述的芯片仿真验证系统，其特征在于，所述主机包括第一数据物理接口，所述第一数据物理接口与所述光子集成电路芯片封装的第二数据物理接口进行通信。10.一种芯片仿真验证方法，其特征在于，所述方法包括：控制模块将与仿真请求相关的数据和指令加载至模拟器模块；所述模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作；所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述计算操作，并将所述计算操作的计算结果返回至所述模拟器模块以供所述控制模块获取。
11.根据权利要求10所述的芯片仿真验证方法，其特征在于，所述模拟器模块模拟协作芯片的功能和行为，并通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至所述光子集成电路芯片封装以及控制所述光子集成电路芯片执行光子计算操作的步骤包括：所述控制模块通过第一接口单元将所述数据和所述指令加载至所述模拟器模块，并将所述数据保存至存储单元，其中所述模拟器模块包括第一接口单元、控制单元以及存储单元。12.根据权利要求10所述的芯片仿真验证方法，其特征在于，所述光子集成电路芯片封装根据接收到所述模拟器模块转发的数据和指令以控制所述光子集成电路芯片执行所述计算操作的步骤包括：通过第二数据物理接口接收所述模拟器模块转发的所述数据和所述指令，并经信号转换电路实现信号转换后由所述光子集成电路芯片执行光子计算操作，其中所述光子集成电路芯片封装包括光子集成电路芯片、第二数据物理接口以及信号转换电路。13.根据权利要求10所述的芯片仿真验证方法，其特征在于，所述方法还包括：配置一主机，所述控制模块和所述模拟器模块均运行于所述主机，其中所述主机包括第一数据物理接口；所述模拟器模块先经过所述主机的第一数据物理接口再经过所述光子集成电路芯片封装的第二数据物理接口与所述光子集成电路芯片进行通信。14.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的芯片仿真验证系统。

技术总结
本发明提供一种芯片仿真验证系统、方法以及电子设备，所述系统包括控制模块、模拟器模块以及光子集成电路芯片封装，控制模块用于将与仿真请求相关的数据和指令加载至模拟器模块；模拟器模块通过其提供的接口将需要光子集成电路芯片参与的计算任务转发至光子集成电路芯片封装以及控制光子集成电路芯片执行光子计算操作；光子集成电路芯片封装根据接收到模拟器模块转发的数据和指令以控制光子集成电路芯片执行光子计算操作，并将光子计算操作的计算结果返回至模拟器模块以供控制模块获取，可实现在PIC芯片制造完后，未完成EIC芯片或尚未将PIC芯片及EIC芯片进行集成之前对PIC芯片进行软件开发验证，或其它功能验证。或其它功能验证。或其它功能验证。


技术研发人员：孟怀宇 沈亦晨 姜亚华 罗家建 陈章
受保护的技术使用者：杭州光智元科技有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/7