Switchboard: An Open-Source Framework for Modular Simulation of Large Hardware Systems

硬件系统的扩展已经成为提高性能的重要策略，因为摩尔定律逐渐失效。不幸的是，由于吞吐量慢和构建时间长，大型硬件系统的模拟通常是设计瓶颈。在本文中，我们提出了一种针对由延迟不敏感接口连接的模块化块组成的设计的解决方案。我们的方法是以与设计本身类似的方式构建硬件模拟，使用每个块的预构建模拟器，并通过运行时的快速共享内存队列连接模拟器。这提高了构建时间，因为模拟器扩展只涉及运行更多预构建模拟器的实例。它还解决了模拟速度的问题，因为预构建模拟器可以并行运行，无需细粒度同步或全局屏障。我们介绍了一个实现我们方法的框架Switchboard，并讨论了两个应用程序，展示了它的速度，可扩展性和准确性：（1）一个Web应用程序，用户可以在互连器上运行芯片快速模拟，（2）分布在数千个云计算核心上的一百万个RISC-V核的晶圆尺度模拟。

如何解决硬件系统模拟的速度和建模时间问题？

使用模块化块和延迟不敏感接口构建硬件模拟，并在运行时通过快速的共享内存队列连接这些预构建模拟器。

提出了Switchboard框架，可以快速、可扩展、准确地模拟硬件系统。通过两个应用程序展示了Switchboard的性能：一个是能够快速模拟芯片上的芯片组的Web应用程序，另一个是在数千个云计算核心上分布式模拟了一百万个RISC-V核心的晶圆级模拟。

与该论文相关的研究包括：使用GPU加速硬件模拟、使用FPGA进行硬件加速等。