电子设计自动化有自己的秘密小冷聚变。这是一项人人都暗自希望实现却又公开否认的创新。这一发展将使生活变得美丽，狗和猫快乐地生活在一起，钱长在树上。这个缺失的环节是“行为综合”，即直接将不计时的算法描述编译成实际的硬件架构。一旦这成为可能，数字硬件设计师，在今天的ASIC和FPGA设计中创造许多魔力的微架构专家，将不再是必要的。他们所有相关的专业知识、技巧和技术都将被封装在一个强大的软件应用程序中，它将在周一早上不喝一口咖啡因就能快速输出优化的数据路径，并在整个星期内制造出设计完美的硬件，而不会要求加薪或改善401-K福利。任何有能力的软件工程师都能从他们最新的c++应用程序中找到一个函数，并重新编译它以实现硬件，从而提高1000倍的性能。
虽然对于VHDL和verilog硬件设计专家来说，这种前景听起来既令人兴奋又可怕，但从来没有理由对此感到严重担忧。这个问题带来的技术挑战在EDA中产生了类似于费马大定理的东西，有类似数量的虚假成功公告。事实上，已经有足够多的不成熟、虚假和夸张的说法，以至于“行为综合”这个术语已经变得如此恶毒，以至于营销人员都不会碰它。使用一些行为综合技术的新产品被简单地描述为“自动创建RTL”或“从算法到架构”。
行为综合成功的标准在过去的15年里一直保持不变。一个实用的系统将能够从算法描述中自动生成硬件，其质量可以与有能力的设计师创建的手写RTL相媲美。就像费马提出的问题一样，答案不是单一的、简单的、优雅的解决方案，而是许多领域的工作的复杂汇编，试图模仿领先硬件架构师的最佳创意策略。
Mentor Graphics本周发布的Catapult C系统可能会让我们朝着这个目标又迈进一步。根据Mentor的说法，Catapult C创建了“从未计时的c++中优化的ASIC/FPGA硬件”。这里代表重大进展的两个关键字是“优化”和“定时”。迄今为止，大多数C和c++硬件生成的方法都依赖于伪定时输入，通过在源代码描述中添加调度约束和其他特定于硬件的信息，专门的库使C和c++适应硬件设计。Mentor的方法，通过完全不定时的算法描述，为编译器创建针对项目设计目标优化的硬件架构提供了最大的灵活性。这也意味着针对硬件的C或c++更像软件开发人员通常编写的通用代码。
根据Catapult C的早期采用者的说法，该产品能够创建与手工编码的RTL相竞争的结果，有时甚至超过RTL。爱立信移动平台EDA和方法协调项目负责人Peter Nord表示:“我们能够实现31%的门数减少，这与硅面积和功耗密切相关。”
“我们对结果印象深刻。事实上，我们可以通过最小的修改来合成我们不受时间限制的系统级C/ c++源代码，这对这个项目的成功起到了重要的作用。它提供了从我们的系统级模型一直到RTL的精确路径，这使我们能够在更短的时间内实现所需的设计目标，”西门子ICN系统级芯片设计副总裁Rudolf Krumenacker说。
虽然在综合工具中，结果的质量总是很重要的，但算法或行为综合使问题复杂化。RTL合成工具的糟糕结果可能与最佳结果相差20-50%，但在行为合成中，得到与目标相差10-100倍的结果并不罕见。行为综合期间做出的体系结构级决策对设计大小和性能的影响远远大于寄存器级优化方法所提供的狭窄的可能性范围。因此，能够控制结果以满足特定应用程序的区域或性能需求是很重要的。Catapult C为设计人员提供了一个方便的界面，可以显示架构决策对性能和芯片面积的影响，并在图形上绘制各种解决方案，以便进行比较。
算法综合的关键问题之一是行为模块接口的创建。模块的I/O接口施加了限制工具可用的体系结构选项的约束。由于这个原因，许多看似有希望的行为层面设计的学术尝试在实际应用中失败了。虽然工具通常可以为特定算法生成近乎最优的硬件架构，但当在边界处应用真实的I/O约束时，这个过程就会崩溃。Mentor通过一项正在申请专利的接口合成技术解决了这个问题，该技术在算法代码周围创建了一个包装器，弥合了算法和任何外部硬件之间的差距。在外部，包装器使用许多流行标准(如AMBA总线)管理接口，在内部，包装器约束Catapult C综合系统生成针对所选接口的限制和时间优化的硬件体系结构。接口综合还允许设计人员从一个外部接口切换到另一个外部接口，并为每个外部接口生成优化的硬件，而无需修改算法C源代码。
Catapult C使用库构建器工具为目标硅实现结构和所选的RTL合成工具收集表征数据。这使得Catapult C可以创建针对特定目标高度优化的RTL代码，减少了对周期结束计时调试的需求。
虽然Catapult C可能代表了算法编译技术的重大进步，但硬件工程师仍然可以在他们的工作中高枕无忧。Catapult C提供了一个对硬件架构师来说很容易访问的界面，但对软件开发人员来说可能仍然有些困惑。虽然循环流水线、数据流依赖、并行性、延迟和吞吐量等概念对于大多数考虑顺序的C程序员来说似乎很陌生，但RTL设计人员会发现他们在使用这个工具时非常熟悉，这就像RTL开发中从斧头切换到电锯一样。使用Catapult C的交互反馈、自动化和控制设施，很容易看到该公司声称的RTL设计人员显著提高生产力的说法是有根据的。
费马定理的解是漫长的。它不是一个突破性的发展，而是像一座桥梁的逐步建造，每跨的完成都使两端靠得更近。所以很可能是行为综合。Catapult C代表了桥梁中一个更重要的跨越，它将在某一天将设计自动化过程从算法无缝连接到硬件，并促进硬件设计中从未见过的生产力水平。
