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De nombreuses définitions de Jumeau Numérique ont été données, ceci est notamment dû au fait qu’il s’applique à n’importe quel contexte. Il peut être défini comme la réplique numérique d’une entité physique, pouvant même être vivante. Par exemple, grâce à la simulation de la dynamique thermo-fluide, des Jumeaux Numériques de parties du corps humain sont créés pour simuler leur comportement lorsque les conditions changent. Le Jumeau Numérique comble le fossé entre le monde physique et le monde virtuel grâce à l’échange de données entre les deux environnements. Lorsque nous parlons de Jumeau Numérique, nous faisons référence à une réplication numérique de ressources physiques potentielles et effectives (jumeau physique), qui peuvent être des processus, des personnes, des lieux, des systèmes et des dispositifs.

Sur certains aspects, on pourrait dire qu’il ne s’agit pas d’un concept totalement nouveau, car la conception réalisée à l’aide d’outils numériques existe depuis l’existence de l’ordinateur, c’est-à-dire au moins trente ans. La différence est qu’aujourd’hui absolument tout peut être numérisé au sein d’un système. De plus, la connexion entre le monde physique et le monde virtuel est active continuellement, alimentée par des échanges d’informations à double sens. Pour donner un exemple qui parlera au plus grand nombre, la météorologie permet de créer des modèles virtuels de plus en plus sophistiqués de la réalité atmosphérique. Ces derniers, tout en permettant d’obtenir des prévisions de plus en plus fiables, sont constamment améliorés par les données collectées sur le terrain, grâce aux capteurs et à l’Internet of Things.

Le jumeau numérique dans la conception IC

Le concept de Jumeau Numérique s’applique aussi naturellement à la conception de semi-conducteurs (IC). Dans ce contexte, il a été défini comme une représentation numérique fidèle d’un produit ou d’un système en cours de développement, offrant une représentation fonctionnellement correcte, prévisible et reproductible du produit ou du système. Ceci permet d’effectuer des activités de vérification, d’analyse des performances et de validation du système (Frank Schirrmeister). Un point très intéressant est précisément l’application du même paradigme à tout un système. Si nous pensons à un avion, le Jumeau Numérique peut être appliqué à toutes les parties du système, à n’importe quelle échelle, depuis le semi-conducteur jusqu’à l’aérodynamique de l’avion.

L’échange de données entre réel et virtuel s’applique également au niveau des semi-conducteurs. Sur le plan conceptuel, le Jumeau Numérique intègre également des données sur le fonctionnement réel du système sur le terrain. De cette manière, les modèles sont améliorés et les stratégies opérationnelles sont adaptées. Le Jumeau Numérique apprend cela tout au long de son cycle de vie et transmet ces connaissances à son jumeau réel, selon Roland Jancke, de Fraunhofer IIS / EAS.

L’avantage du Jumeau Numérique réside dans le fait qu’il permet d’avoir une connaissance de la réalité qu’il serait impossible d’avoir dans le monde réel. C’est le cas par exemple des "capteurs virtuels", c’est-à-dire de l’application de sondes pour mesurer la température à l’intérieur d’un circuit intégré et ainsi simuler son comportement d’un point de vue technique. Il est possible de simuler différents aspects d’une puce, tels que la fonctionnalité, la mécanique, les températures ou encore la dynamique des fluides. De cette façon on peut prévoir le rendement en tenant compte de tous les aspects.

L’échelle dimensionnelle du circuit intégré le rend particulièrement adapté à l’adoption du Jumeau Numérique. Que vous ayez besoin de concevoir un système électronique, ou le logiciel de ce système comme par exemple un FPGA, il est beaucoup plus réaliste de simuler son comportement via une représentation virtuelle que de créer un prototype physique avec toutes les connexions dans un environnement réel. C’est pourquoi quelque chose d’analogue au Jumeau Numérique a toujours été présent dans la conception de circuits intégrés. Maintenant, avec des projets comprenant des milliards de transistors, cela est devenu inévitable.

Le jumeau numérique dans la conception et la vérification FPGA

Dans l’industrie automobile, l’application du Jumeau Numérique au niveau du système a toujours été présente. Dans le secteur automobile il existe une corrélation étroite, à tous les niveaux, entre les pièces mécaniques et électroniques. Le logiciel vous permet de gérer le Jumeau Numérique mécanique et celui électronique. L’approche adoptée aujourd’hui par l’industrie automobile doit beaucoup aux méthodes adoptées pour la conception de circuits intégrés.

Le défi pour la conception de FPGA consiste à opérer au niveau d’abstraction le plus approprié. Pour obtenir des simulations de comportements fiables dans le monde réel, tous les détails présentés doivent être précis et fiables, ce qui n’est pas toujours possible. Par exemple, si nous parlons d’émulation hybride qui rassemble le modèle RTL s’exécutant sur la boîte d’émulation et fonctionne en parallèle avec un prototype virtuel, nous avons des niveaux d’abstraction très différents. Le prototype virtuel et le modèle RTL ont des vitesses d’exécution très différentes.

Les applications les plus intéressantes du Jumeau Numérique concernent le développement de nouvelles fonctionnalités, plutôt que l’amélioration de celles existantes. Selon Joe Sawicki, vice-président exécutif de Siemens IC EDA, "Si vous construisez une puce réseau, vous pouvez exécuter des packages toute la journée. C’est facile, dans l’environnement de vérification numérique. Même chose pour un CPU. Je peux démarrer un système d’exploitation, exécuter des applications et c’est assez. Mais lorsque nous traitons quelque chose qui va à l’encontre d’un réseau de LiDAR, comme avec certains capteurs fonctionnant à côté d’un système de freinage, c’est là que l’intérêt du Jumeau Numérique prend tout son sens, car il permet une vérification plus importante. Nous nous demandons s’il est ainsi possible d’identifier des problèmes qui ne pourraient autrement pas être résolus. Beaucoup de concepteurs misent sur cet aspect".

Nous parlons de quantités de données qu’il ne serait même pas concevable de prendre en compte sur le plan physique. Le Jumeau Digital permet tout cela. L’étendue des simulations qu’il est possible de réaliser aujourd’hui est telle qu’elle échappe à la compréhension de l’être humain. Mais, pièce par pièce, il est possible de simuler toutes les situations qui pourraient entraîner des pannes ou des dysfonctionnements dans le monde réel, ce qui est idéal pour les entreprises.

Les instruments de SIEMENS pour la vérification FPGA

Le concept de Jumeau Numérique est désormais pleinement appliqué depuis que Mentor fait partie de Siemens. En raison de la complexité croissante des projets FPGA, les technologies de vérification requises sont nettement plus avancées, améliorant le débogage des FPGA, fournissant une couverture de code et améliorant la vitesse de vérification.

L’évolution des fonctionnalités du FPGA a conduit à la création de solutions FPGA incluant l’intégration d’adresses IP tierces, de DSP et de processeurs multiples, tous connectés via des protocoles de bus à haute vitesse avancés. Tout cela se traduit par une offre d’outils de vérification FPGA, basés sur le concept de Jumeau Numérique et aidant les concepteurs à obtenir plus rapidement des produits de haute qualité.

L’offre Siemens pour la vérification FPGA comprend trois familles d’outils :

 ModelSim L’environnement de simulation et de débogage unifié et facile à utiliser de ModelSim offre aux concepteurs de FPGA d’aujourd’hui des fonctionnalités avancées dans un environnement de travail productif

 Questa® Advanced Simulator : Le simulateur avancé Questa® combine une simulation de performances et de capacités avec des fonctionnalités avancées de débogage unifiées et de couverture fonctionnelle pour la prise en charge native la plus complète du Verilog, SystemVerilog, VHDL, SystemC, SVA, UPF et UVM.

 Verification IP Vérification immédiate pour les projets FPGA axés sur l’IP, avec des environnements de vérification normalisés pour les protocoles standard, tels que les modèles ARM, AMBA, AXI, PCIe, mémoire / Ethernet (DRAM Flash).

https://www.cadlog.fr/