开篇之问：Simulation 与 Emulation
在深入 FPGA 原型验证技术之前，明确核心概念至关重要。我们需要厘清两个高频出现的术语：Simulation（仿真）和 Emulation（硬件仿真）。尽管中文翻译相近，但在芯片验证领域，它们代表了截然不同的技术路径。
Quickturn 传奇：开启硬件仿真时代
诞生——当灵感遇见契机 1988 年 5 月，硅谷三位 EDA 专家迈克·达穆尔、史蒂夫·桑普尔和汤姆·佩恩面临行业痛点：芯片设计复杂度激增，软件仿真消耗了英特尔等公司 80% 的 EDA 计算资源。复杂处理器设计的仿真实例往往需要数周甚至数月，导致 68% 的项目延期。
他们提出了一个颠覆性的想法：直接用硬件来验证硬件。不同于当时仅适用于小规模设计的 FPGA，他们计划将多片 FPGA 组合成'门海'，通过自动化工具映射设计，实现硬件级仿真。首个产品命名为'RPM'（快速原型机）。
困局——无名之物的尴尬 产品问世后，市场定位陷入迷茫。客户困惑于它究竟是仿真加速器还是 FPGA 原型。当时的行业分类清晰，但 RPM 不属于任何一类。营销经典《定位》启发了团队：与其在现有市场中争第一，不如创造新市场。
最终，他们选择了'Emulation'（硬件仿真）。这个命名既保留了与仿真的词源联系，又强调了硬件属性，成功与'原型'区分开来。
突破——英特尔改变一切 1989 年，英特尔工程师阿扎姆·巴尔卡图拉因奔腾 P5 处理器的验证瓶颈接触到 Quickturn。传统仿真周期太长，已成为上市最大瓶颈。Quickturn 展示了在流片前几个月即可运行操作系统和真实软件的潜力。
合作面临巨大挑战：专有 RTL 代码需手工转换、规模未知、成本高昂。双方达成创造性协议：英特尔按项目付费，获得所需的所有 RPM。阿扎姆团队每天工作 18 小时，完成代码转换、模块分割、连接调试。最终，14 台 RPM 摆成 U 形，时钟频率降至约 300kHz，虽远低于目标，但已是当时仿真速度的数千倍。
1991 年 11 月，英特尔副总裁在论坛上远程运行 Lotus 123 电子表格。这意味着奔腾设计在流片前已能运行真实软件，关键 Bug 被提前修复，产品上市时间预计提前数月。
遗产——开创一个时代 Quickturn 提炼出 Time-to-Market (TTM) 理论模型，向客户展示延迟上市意味着永久损失收入。这一视角转换将技术工具提升为战略投资。
初识 FPGA 原型验证
FPGA 原型验证演进于多种验证方法，融合了它们的优点。以下是主要技术路径的对比：
软件仿真（Software Simulation）
- 原理：依靠 CPU 编译及运行，模拟芯片逻辑和时序。
- 类比：输入物理规律和材料参数，计算机模拟搭建虚拟高楼并测试稳定性。
- 优点：调试能力强，可查找内部任何问题；易于部署，不依赖硬件。
- 缺点：速度极慢（HZ 到 KHZ），运行一次可能需数周甚至数月。
硬件加速仿真（Hardware Accelerated Simulation）
- 原理：使用专用硬件（含 FPGA 的加速卡）执行耗时的设计计算，测试平台仍运行在主机 CPU 上。
- 类比：将结构应力分析卸载到并行计算能力强的硬件模块，设计师在主计算机上操控整体模型。
- 优点：比纯软件仿真快 10 到 1000 倍。
