Önemli Noktalar:
- Entegre Devre (IC – Integrated Circuit) tasarımında izlenebilirliğin sağlanması, teknik, organizasyonel, ve tedarik zinciri karmaşıklıklarından ortaya çıkan potansiyel risklerin yok edilmesinde önem taşır.
- Çoğu modern entegre devre heterojen fikri mülkiyet bloklarının bir birleşimi olduğundan, dahili olarak izlenebilirlik becerisine sahip bir fikri mülkiyet yönetimi yazılımı tasarım performansı ve kalitenin artırılması adına güçlü bir çözüm sunar.
- Entegre devre tasarım izlenebilirliği otomotive ve havacılık-uzay için görev-kritik uygulamalarda fonksiyonel güvenlik standartlarına uyum için kritiktir.
Entegre devre tasarımı, otomotiv, savunma, havacılık-uzay ve yarı iletken sektörlerinde kullanılan kompleks çipler için yıllara yayılabilen uzun ve karmaşık bir süreçtir. Farklı ekiplerden yüzlerce tasarımcının işbirliğini gerektiren bu süreç boyunca tasarım isterleri değişiklik gösterebilir ve anahtar elementleri tasarlayan çalışanlar emekli olabilir veya işten ayrılabilir.
Tüm bunların arasında, bir yarı iletken tasarım şirketi yılları içinde oluşan tüm gerekliliklerin, değişim taleplerinin ve tasarım kararlarının kurum hafızasına yerleşmesini nasıl sağlayabilir? Eğer bir araba veya uçak modelinin yıkıcı başarısızlığı onyıllar önce tasarlanmış ve piyasaya sürülmüş bir entegre devreye kadar izlenirse, üreticisi hatayı nasıl tespit edip düzeltebilir? Şirket tüm gerekli güvenlik önlemlerini yıllar önce almış olduğunu nasıl kanıtlayabilir?
Bahsedilenler tasarım izlenebilirliğinin önemini vurgulayan gerçek hayat problemlerinden birkaçı. Bu yazı entegre devre tasarım izlenebilirliği, temel uygulamalar ve izlenebilirliği kolaylaştırmak için işlevsel araçlara dair genel bir bakış sunuyor.
Entegre Devre Tasarım İzlenebilirliği Nedir?
Entegre devre tasarım izlenebilirliği, her tasarım kararı ve değişikliğinin aşağıdaki şartlara uygunluğunu teyit eden bir süreç özelliğidir.
- Ürün yaşam döngüsünün tümünde sistematik olarak kayıtlı ve dokümante edilmiş olmak
- Karar veya değişime öncülük eden orijinal gereklilik veya devamında gelen değişim talebine dek izlenebilir olmak
İzlenebilirlik, gereksinim aşamasından cihazın nihai devre dışı bırakılmasına kadar, tüm ara aşamalar, sürümler ve tasarım yinelemeleri dahil olmak üzere, uçtan uca olmalıdır. İzlenebilirlik, aşamalar arasında hem ileriye hem de geriye doğru mümkün olmalıdır. Bu, her kararın veya değişikliğin aşağıdaki aşamalardan herhangi birinden herhangi bir diğerine izlenebilir olması gerektiği anlamına gelir:
- gereksinim toplama
- sistem spesifikasyonları
- sistem mimarisi ve tasarımı
- alt sistem ve modül tasarımı
- elektronik tasarım otomasyonu (EDA) araçları kullanılarak gerçekleştirme
- birim testi
- entegrasyon testi
- sistem testi
- kabul testi
- cihaz ve ilişkili yazılım sürümleri
- her değişiklik talebinden sonra yukarıdaki aşamaların birden fazla yinelemesi
- nihai devre dışı bırakma
Bu aşamalar, yarı iletken tasarım sürecinin V-model illüstrasyonları olarak aşağıda gösterilmiştir. İllüstrasyonlar, izlenebilirliğin hem V boyunca hem de V'nin karşısında gerekli olduğunu vurgulamaktadır.
Aşağıdaki V üzerindeki iki yönlü oklar, herhangi bir aşamadan itibaren izlenebilirliğin her iki yönde de mümkün olması gerektiğini ifade etmektedir.
Şekil 1. IC tasarım sürecinin V-modeli boyunca çift yönlü izlenebilirlik
V'nin üzerindeki çift yönlü oklar, her bir uygulama öncesi aşama ile buna karşılık gelen uygulama sonrası aşama arasında karşılıklı izlenebilirliği vurgular.
Şekil 2. IC tasarım sürecinin V-modeli boyunca izlenebilirlik
IC tasarımında izlenebilirlik neden gereklidir?
İzlenebilirlik, IC tasarımındaki şu üç unsurun yarattığı sorunları ele alır:
- Teknik karmaşıklıklar
- Organizasyonel karmaşıklıklar
- Tedarik zinciri karmaşıklıkları
Teknik karmaşıklıklar
Modern bir IC, örneğin bir akıllı telefon sistem çipi (SoC), dijital arayüz, analog radyo frekansı, kamera kontrolcüsü gibi onlarca fikri mülkiyet (IP) bloğundan oluşan karmaşık bir cihazdır. Her alt sistemin kendine özgü gereksinimleri, tasarım zorlukları ve doğrulama adımları olduğundan, süreç doğal olarak teknik karmaşıklıklar içerir.
Her IP bloğu, yeniden kullanılabilir bir dizi işlevsellik ve ilişkili devreyi kapsar. Bu bloklar, daha karmaşık IP bloklarının daha basit IP bloklarına bağlı olduğu bir bağımlılık hiyerarşisinde yer alır. Birçok IP bloğu, organizasyondaki birden fazla proje tarafından paylaşılır. Bu bağımlılıklar nedeniyle, yaygın olarak kullanılan daha alt düzey bir IP bloğundaki küçük bir tasarım değişikliği, bu bloğa bağlı olan daha üst düzey IP bloklarını ve farklı projelerdeki cihazları etkiler.
İzlenebilirlik, bu teknik karmaşıklığı kontrol altına alır; tüm bu bağımlılıkları tanımlar, tüm seviyelerdeki değişiklikleri sistematik olarak izler ve etkilenen tüm paydaşlara bildirimde bulunur. Ayrıca, izlenebilirlik, hiyerarşide herhangi bir yerde bir değişiklik olduğunda çalışan otomatik doğrulama paketlerini teşvik eder.
Organizasyonel karmaşıklıklar
Yarı iletken sektöründe şirket satın almaları veya yatırımlar nedeniyle ekipler genellikle dünyanın dört bir yanına dağılmış durumdadır ve her ekip IC tasarımının farklı bir alanında uzmanlaşmıştır. Bu ekipler, uyumsuz ve teknik karmaşıklığı artıran farklı araçlar ve iş akışları kullanıyor olabilir. Bu tür organizasyonel sorunlar, tasarım aşamaları arasında kritik bilgilerin verimli bir şekilde değişimini engelleyerek tasarımda ince sorunlara ve uyumsuzluklara yol açabilir.
İzlenebilirlik, tasarım aşamaları arasında organizasyonel faktörlerden bağımsız olarak güçlü bağlantılar kurulmasını zorunlu kılarak bu sorunları hafifletir. Şirketler, güçlü izlenebilirliği kolaylaştıran iş birliği ve ortak veri platformları oluşturmak zorunda kalır.
Tedarik zinciri karmaşıklıkları
Yarı iletken tedarik zinciri uygulamaları, başka bir karmaşıklık düzeyi ekler. Günümüzde birçok cihaz şirketi, tamamen entegratör konumundadır. Bu şirketler, alt sistem tasarımlarının bir kısmını veya tamamını daha uzmanlaşmış şirketlere dış kaynak olarak verebilir ve ardından bu tamamlanmış tasarımları bir sistem çipi (SoC) gibi çok büyük ölçekli bir entegrasyon (VLSI) cihazına entegre edebilir. Bazıları üretim tesisine sahip değildir (fabless) ve üretimi üçüncü taraf dökümhanelere dış kaynak olarak devreder. Diğerleri ise hem tasarımı hem de üretimi gerçekleştiren entegre cihaz üreticileridir (IDM).
Bu şekilde birçok şirketin yer aldığı tedarik zincirlerinde, farklı şirketlerdeki ekipler arasındaki iletişim zayıf ve seyrek olabilir.
İzlenebilirlik, organizasyonel sınırların ötesinde tasarım aşamaları arasında güçlü bağlantılar kurulmasını zorunlu kılarak bu sorunu ele alır. Bu tedarik zincirleri, güçlü izlenebilirliği kolaylaştıran iş birliği ve veri alışverişi platformlarını oluşturmak zorunda kalır.
Güçlü IC tasarım izlenebilirliğinin faydaları nelerdir?
Şekil 3. Keysight HUB'ın IP katalog tarayıcısı
Güçlü IC tasarım izlenebilirliği, yarı iletken ürünler ve ekipler için çeşitli faydalar sağlar. Bunlar arasında şunlar yer alır:
- Doğal tutarlılık: İzlenebilirlik, gereksinimler, spesifikasyonlar, uygulama ve doğrulama arasında her zaman güçlü bir tutarlılık sağlamayı amaçlar. Bu, tasarım sürecinde yaygın olan uyumsuzlukları ve yanlış anlamaları otomatik olarak önler.
- Ekipler arası organizasyonel hafıza: Tasarımın tüm yönlerinin ekipler arasında ve zamanla derinlemesine anlaşılmasını kolaylaştırır. Mühendisler, geçmiş tasarım kararlarının arkasındaki düşünceyi keşfedebilir, bu da bir tasarımı değiştirmeyi kolaylaştırır.
- Kolaylaştırılmış hata analizi: Önceki noktayla ilişkili olarak, izlenebilirlik hata tespiti ve kök neden analizlerini kolaylaştırır.
- Verimli değişiklik yönetimi ve etki analizi: İzlenebilirlik, bilinmeyenlerin sayısını azalttığından, mühendisler tasarımı değiştirme konusunda daha güvenli hareket edebilirler. İzlenebilirlik, görünmez hataların ileride büyük arızalara neden olabileceği endişesini ortadan kaldırır. Ayrıca, izlenebilirlik, etkilenen tüm ekipleri ve projeleri otomatik olarak tanımlar; bu etkileri manuel olarak analiz etmeye gerek kalmaz.
- Daha fazla tasarım yeniden kullanımı: İzlenebilirlik, mevcut IC tasarımlarının yeniden kullanımını kolaylaştırır. Bu durum, uzun vadeli güvenilirlik ve maliyet avantajları sağlar.
- Geliştirilmiş işlevsel güvenlik: IC tasarım izlenebilirliği, IC'lerin kullanıldığı güvenlik kritik sistemlerin işlevsel güvenliğini artırır.
- Daha yüksek güvenilirlik: İzlenebilirlik, IC'lerin ve bunların kullanıldığı sistemlerin operasyonel ömürleri boyunca güvenilirliğini otomatik olarak artırır.
- Geliştirilmiş tedarik zinciri güvenliği: Kötü niyetli aktörler ve devlet destekli saldırganların, kritik endüstrilerde donanım güvenlik açıklarını hedef aldığı bilinmektedir. İzlenebilirlik, tasarım sürecine potansiyel olarak riskli donanım bağımlılık ağaçları için donanım güvenliği doğrulamalarını dahil etmeyi zorunlu kılar.
Ayrıca, izlenebilirlik, çeşitli kritik sektörleri yöneten düzenlemeler kapsamında önerilen veya zorunlu bir en iyi uygulama olarak kabul edilmektedir:
- Otomotiv standartlarına uyum: Uluslararası Standardizasyon Organizasyonu'nun (ISO) otomotiv işlevsel güvenliği için hazırladığı 26262 standardı, donanım güvenlik gereksinimleri ile yarı iletken tasarımları arasında izlenebilirlik gerektirir. İzlenebilirlik, ileri sürücü destek sistemleri (ADAS) ve makine öğrenimi tabanlı otonom araçlar gibi otomotiv elektronik sistemlerine yönelik sistem çipleri (SoC) üretenler için kritiktir.
- Diğer sektör standartlarına uyum: IC tasarım izlenebilirliği, havacılık IC'leri için DO-254, tıbbi cihazlar için Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) 62304 ve endüstriyel nesnelerin interneti (IoT) cihazları gibi genel elektronik bileşenler için IEC61508 gibi güvenlik standartlarının temel bir gereksinimidir.
IC tasarım izlenebilirliğinin yaygın zorlukları nelerdir?
İyi bir IC tasarım izlenebilirliğini uygulamak, aşağıdaki gibi zorlukların üstesinden gelmeyi gerektirir:
- Veri siloları: İzlenebilirlik için gerekli olan veriler genellikle organizasyon sınırları içinde veya dışında farklı sistemlerde izole edilmiş şekilde bulunur. Bu farklı sistemlerin merkezi bir izlenebilirlik sistemiyle entegre edilmesi zor olabilir.
- Sürüm kontrolü: IC tasarımları, farklı uygulamalara hizmet edebilmek için sık sık değişikliğe uğrar. Sistem seviyesinde tutarlı entegrasyonu sürdürmek zor olabilir. İzlenebilirlik, yanlış tasarım varyantının seçilmesi gibi sorunları önlemek için tüm tasarım öğelerinin etkili bir sürüm kontrolünü gerektirir.
- Gerçek zamanlı işlemler: İzlenebilirlik, hem kısa vadeli hem de uzun vadeli faydalar sağlar. Kısa vadede, bir alt sistemde yapılan küçük bir değişikliği algılayıp etkilenen tüm alt sistemler ve projeler için otomatik doğrulama çalıştırmalarını hemen tetikleyebilirse çok yararlı olur. Ancak, bu, güvenilir değişiklik algılama ve gerçek zamanlı uyarı gerektirir ve veriler izole edilmişse bu bir zorluktur.
- Bağımlılık takibi: Bağımlılık hiyerarşilerini tanımlamak bir zorluktur, çünkü uygun araçlar olmadan binlerce bağımlı dosyayı manuel olarak izlemek emek yoğun bir görevdir.
- Araç çeşitliliği: İzlenebilirlik, mühendislerin tercih ettiği günlük araç ekosistemine sorunsuz bir şekilde entegre edildiğinde en etkili olur. Ancak, her tasarım aşaması, genellikle sağlayıcılarının birlikte çalışabilirlik yerine bağımlılık yaratmayı tercih ettiği özel araçlar kullanır. Sonuç olarak, izlenebilirliği diğer araçlarla entegre etmek bir zorluk olabilir.
- Depolama gereksinimleri: İzlenebilirlik, büyük miktarda tasarım verisinin (hem metin hem de ikili formatlarda) ve bunların tüm sürüm metadatalarının depolanmasını içerir.
- Yasal anlaşmalara uyum: İzlenebilirlik ve IP yeniden kullanımı hedefleri, bazen üçüncü taraflarla imzalanan lisanslama ve fikri mülkiyet koruma anlaşmalarıyla çelişebilir. İzlenebilirlik uygulamaları, yalnızca yetkili personelin bu IP'lere erişebilmesini sağlamak için erişim kontrolleri gibi önlemler sunarak bu yönleri ele almalıdır.
Sonraki bölümlerde, yukarıdaki zorlukların üstesinden gelen etkili bir IC tasarım izlenebilirliği sürecinin yönlerini inceleyeceğiz.
IC Tasarım İzlenebilirliğinde IP Yönetiminin Rolü
Şekil 4. Keysight HUB'ın kolay IP seçimi için karşılaştırma araçları
Modern IC tasarımlarının çoğu, geliştirme süresini kısaltmak ve maliyetleri düşürmek için üçüncü taraflardan ve dış kaynaklardan alınan IP bloklarına dayanır. Bu nedenle, izlenebilirlik de en iyi şekilde aynı IP blok seviyesi üzerinde uygulanır. Etkili bir izlenebilirlik, aynı zamanda etkili bir IP yönetimi gerektirir.
İzlenebilirlik için etkili bir IP yaşam döngüsü yönetim sistemi aşağıdaki yeteneklere sahip olmalıdır:
- IP tasarımcılarının IP oluşturmasını, yönetmesini ve paylaşmasını kolaylaştırmalıdır. IP yönetim sistemi, tasarımcıların tasarımlarının tüm yönlerini derinlemesine anlamasını teşvik etmeli ve IP'nin yeniden kullanımını kolaylaştırmalıdır.
- IP kullanıcılarının, kuruluş genelinde mevcut olan tüm dahili ve üçüncü taraf IP bloklarını görebilmeleri gerekir. Ancak bu görünürlük, yalnızca lisanslı bilgilerle ve yalnızca yetkili mühendislerle sınırlı olmalıdır. Diğerleri için bir talep ve onay iş akışı bulunmalıdır.
- Yöneticiler, tüm tasarım hiyerarşisi boyunca net bir IP izlenebilirliği elde edebilmelidir. Bu, değişiklik incelemelerine, çakışma analizine ve sürüm onaylarına erişimi içermelidir.
IC Tasarım İzlenebilirliği için 7 En İyi Uygulama
Etkili IC tasarım izlenebilirliği için aşağıdaki en iyi uygulamaları hayata geçirin:
- Merkezi platform: IP yönetimi ve izlenebilirlik için kurumsal çapta merkezi bir platform, birden fazla zorluk ve karmaşıklığı ele alır. İzole edilmiş veriler daha kolay entegre edilebilir. Gerçek zamanlı değişiklik algılama ve eylemler mümkün hale gelir.
- Yaygın kullanılan araçlarla entegrasyon: İzlenebilirlik özelliklerini tasarım sürecinde kullanılan tüm tasarım ve geliştirme araçlarıyla entegre edin. Bu entegrasyon, tüm araçların en güncel verilerle çalışmasını sağlar, iş akışlarını düzenler ve veri uyuşmazlıkları veya eski bilgilerden kaynaklanan hataları azaltır.
- Güvenlik kontrolleri uygulayın: Her kullanıcı için tanımlanmış roller ve izinlerle sağlam veri güvenliği ve erişim kontrolleri uygulayın. Bu, hassas ve değerli fikri mülkiyetin (IP) yetkisiz erişim veya hırsızlığa karşı korunması için kritik öneme sahiptir.
- Tam tasarım hiyerarşisi takibi: Tüm tasarım hiyerarşisi için izlenebilirlik uygulayın. Platform, çok derin bağımlılıkları yönetebilmeli, bu hiyerarşinin herhangi bir seviyesindeki küçük değişiklikleri algılayabilmeli ve bu değişikliği etkilenen tüm IP bloklarına ve projelere iletebilmelidir.
- Uzun vadeli sürüm kontrolü: IP öğelerinin etkili ve uzun vadeli sürüm kontrolü hayati önem taşır. Tüm tasarım dokümanları, register transfer level (RTL) dosyaları, doğrulama verileri, cihaz modelleme verileri, ürün geliştirme kitleri ve üretim süreci için gerekli dosyalar sürüm kontrolü altında olmalıdır. Bir sürümden yıllar sonra bile mühendisler, hangi sürümün üretime geçtiğini tam olarak izleyebilmelidir.
- Sistematik sürümleme politikaları: Semantik sürümleme gibi yapılandırılmış sürümleme politikalarını uygulayın. Yapılandırılmış sürümleme, mühendislik değişiklik emirlerini (ECO'lar) daha verimli bir şekilde yönetmeye yardımcı olur ve ISO 26262 gibi standartlara uyumu kolaylaştırır.
- Değişiklik görselleştirme: İzlenebilirlik platformu, mühendislerin değişiklikleri derinlemesine anlamalarını sağlayan kullanışlı görsel araçlar sunmalıdır. Örneğin, bir tasarım şemasındaki değişiklik, bir metin formatındaki netlist yerine bir görsel olarak gösterildiğinde daha hızlı anlaşılabilir.
