比特微“全定制”顛覆傳統(tǒng)芯片設計，搭載其的神馬M10礦機9月問世

　　在日前廈門海滄舉行的“2018集微半導體峰會”的“AI/5G論壇”上，礦機(區(qū)塊鏈服務器)及其芯片的黑馬——深圳比特微電子有限公司的董事長、總經理兼CTO楊作興博士登臺，介紹了新的全定制設計方法，并稱采用該方法設計的16nm區(qū)塊鏈芯片BT1800，與競品相比，功耗和成本均降低了50%左右。該芯片將用于9月19日發(fā)布的神馬M10礦機，算力指標是33T到35T。

　　據(jù)悉，成立只有2年出頭的比特微迄今營業(yè)額已累積達18億元，主營業(yè)務是礦機，核心是芯片。為何比特微的全定制芯片如此高效?其設計方法學是否可以推廣至其他芯片設計領域?會上，楊作興博士作了報告《全定制設計——AI和區(qū)塊鏈的基石》，會后，電子產品世界記者采訪了他。

　　新的“全定制設計方法”

　　全定制設計不是新方法，其誕生于上世紀八九十年代，后來被興起的EDA(電子設計自動化)工具所掩蓋。

　　其實，仍然有些公司在用全定制設計方法學，例如高通、蘋果等公司的手機芯片也許還在采用這種方法，但很少對外界說。

　　全定制有幾個特點。下圖是業(yè)內通常采用的芯片設計流程，方法是由高級語言寫代碼，還有代工廠單元庫，綜合成門級網表，然后做自動布局，然后再用工具生成時鐘，之后再布線，形成GDS。

　　全定制設計有三個不同地方，如下圖。

　　第一是不用代工廠的單元庫，用自己的單元庫。為什么用自己的單元庫?因為代工廠的單元庫是面向所有客戶的，要考慮所有應用的范圍，所以在一些局部特殊的場景下，可能在面積、功耗、速度方面不是最優(yōu)的。

　　第二邏輯綜合。楊博士現(xiàn)在又重新回到手動寫門級網表的時代。

　　第三是看似最笨的一件事情，就是手動布局。很多人會覺得這比較瘋狂，我們做PCB(印制電路板)的時候，有幾塊芯片、幾百個電阻電容，對它們進行手動布局。但是在芯片里，在幾千萬個單元器件的情況下，有誰會傻到用手動去布?但是有些時候不可能的事情其實是有可能的，比特微進行了手動布局，用自己的庫手動寫門級網表，稱之為“全定制設計”。當然還有比這更極端的，據(jù)說高通公司能夠做自己的PDK MODEL，是除了代工廠之外能夠自己做PDK MODEL的公司!

　　全定制的優(yōu)勢

　　比特微做了三個實驗，可以說明全定制好在哪里。

　　第一個實驗是2011年做的900MHz RFID TAG(射頻識別標簽)芯片，它有一個重要特征：是無源的，所有的能量來自電磁波，從空中吸收電磁波。此時還不是全定制設計，楊博士只做了一件事：把幾千門的邏輯手動地寫下來。結果功耗優(yōu)化了5倍，功耗×面積優(yōu)化比例達到了11倍。

　　第二次實驗是在2015年(當時做了一個28nm的BTC(比特幣)芯片。之前的APR方法做出來的功耗是513W(如下表)，友商全定制的方法達到了300W，功耗×成本優(yōu)化比例達到了4.28倍。采用比特微的全定制方法設計后，與APR方法相比，同樣的功能、工藝下，功耗和成本減少了一半，功耗×成本優(yōu)化了11.88倍。

　　第三次實驗是在兩年后的2017年，在16nm上嘗試BTC的芯片應用。比特微又把功耗優(yōu)化到了65W，功耗×成本優(yōu)化比例達到了5.54倍(如下表的黃色字)。

　　如何實現(xiàn)全定制設計?

　　這里有四個關鍵點，第一是單元庫，第二是手動布局，第三是時鐘，第四是手動門級網表。

　　*單元庫。比特微做的庫的功耗、面積、速度有很大優(yōu)勢。但是有些很特殊應用環(huán)境，如果處理不好會出問題。比特微的庫從28nm到16nm，做了所有的庫。

　　*手動布局。一般APR方法是做到50%~70%，在比特微全定制里最好的記錄是能做到97%。因為在比特微的設計里，每個地方都是寸土尺金，不能讓版圖里有空檔。

　　*時鐘。傳統(tǒng)設計方法是SKEW越小越好，但是在全定制里是反過來——所有的寄存器不能在同一個時鐘相位工作，需按照一定的規(guī)劃錯峰執(zhí)行，這樣在功耗和速度方面會有很大的好處。

　　*門級網表。需要前后端耦合在一起設計，其難度較大。因為傳統(tǒng)的芯片設計是邏輯設計和物理設計分開做，各部門存在一定的隔閡。例如寫代碼的人不知道最終單元器件是什么樣，不知道自己的作品最終是什么樣。后端工程師也不知道這個功能是怎么一回事。而全定制設計在寫代碼的時候要知道你所寫的器件的面積、功耗、速度是不是唯一的，如果不是唯一的，要問一下有沒有更好的選擇。在設計一個器件的時候，需要考慮你需要跟誰連，線有多長，它的速度是多少，功耗是多少，會不會不平衡等問題。

　　“全定制設計方法”可推廣到其他領域

　　全制定方法學會先在虛擬貨幣和AI領域成為主要方法學，然后有可能逐步擴展到手機、PC、服務器和IoT領域。全定制設計雖然是手動，但是也使用模塊化概念，只是與以前的模塊有不一樣的地方。以前的模塊只有邏輯信息，沒有物理信息，現(xiàn)在除了邏輯信息，還有物理信息，這樣可以一層層壘出來。

　　虛擬貨幣領域從2013年開始，中國力量最開始是參與，到2015年的時候，中國力量開始領先，到今年——2018年時，在全世界做虛擬貨幣的只有中國力量。相信全制定方法學可以幫助中國力量在世界半導體歷史上起到一個中堅力量。

　　設計業(yè)可以靠“全定制”扛起摩爾定律大旗

　　從28nm到16nm、10nm、7nm，甚至到未來的5nm……，半導體工藝一代代地演進，但是也即將遇到一個殘酷的現(xiàn)實，雖然在每18個月內，半導體工廠/代工廠非常辛苦地讓我們的晶體管數(shù)量在單位面積里不斷增加，但是我們悲觀地發(fā)現(xiàn)，雖然工藝在進步，但是帶來的好處卻越來越少，例如從28nm到16nm，面積縮小了40%，速度提高了30%~ 40%。而同樣電壓下的功耗沒有什么改善。而在28nm之前的好處是功耗降低了一半，面積縮小了一半多，速度增加一倍多。但目前來看，這樣好事已經一去不復返了。

　　現(xiàn)在輪到做設計工程師為這個產業(yè)作貢獻的時候了，而且設計里還有很大的挖掘空間，能夠接替制造業(yè)，繼續(xù)扛起摩爾定律大旗，使摩爾定律再前行五年、十年。

　　熱門問答

　　*全定制與人的關系極大

　　實現(xiàn)這種全定制方法與人有很大關系，對工程師的悟性要求非常高。之前我們做芯片喜歡用EDA工具，以后更要精雕細刻地去做，每個部分都要恰到好處。

　　實際上，有兩樣東西需要積累，一個是IP。二是會的人很少，不是自己看書就可以學會，要師傅帶徒弟，所以人才的積累是需要一點時間的。楊作興博士認為兩三年、五年、十年應該可以培養(yǎng)出這樣的人才。

　　但是在做小芯片方面，全定制和EDA工具兩種方法的效率差不多。例如全定制芯片三個月到六個月完成(注：全新的約是六個月完成)。對于未來，比較大的CPU、AI芯片，全定制方法會慢一些，需要一個過程。

　　*區(qū)塊鏈對芯片的需求

　　區(qū)塊鏈對芯片的需求主要有兩個，一個是做BTC，一個是做ETH，例如比特幣、ETH等這些適合做ASIC。

　　比特微的第一代芯片是BT1000，也是有1億顆的銷售量，現(xiàn)在要推第二代——16nm的BT1800芯片，但是比目前同行號稱16納米的性能高一些，功耗約是同行的一半，成本大概低50%。

　　所以全定制很大性能的拓展?jié)摿ΑＨ缟衔乃?，楊作興博士也是通過兩年時間超越自己1倍。為什么能超越?就是因為兩年間有一些新的想法加進來。

　　*區(qū)塊鏈與AI的關系

　　談到區(qū)塊鏈與AI的關系，楊作興博士認為區(qū)塊鏈解決的是生產關系，AI是解決生產力的問題。因為區(qū)塊鏈是解決信任問題，因為區(qū)塊鏈用技術的力量把制度寫到代碼里，這個系統(tǒng)沒有人可以運行，使機器也非?？尚?。AI最重要的是要解決生產力的問題。人工智能現(xiàn)在有N個應用，但楊博士認為最好的應用是在工業(yè)中提高生產效率方面，這是對人類影響最大的一個地方。

　　*比特幣走勢

　　當前比特幣的價格下滑，未來市場走勢如何?楊作興指出，比特幣市場周期很大程度是跟四年減半有關系的，當時是在2016年減半，減半以后，2017年猛漲。此前的2012年減半，然后2013年又漲了，猛漲完了以后熊了一年，今年是猛漲之后又可能會熊一年。

　　我們做電子產品的人看重是這個產品是不是解決剛需。楊博士對比特幣的未來充滿了期待，也許比特幣會跌好幾倍，但是未來還會再漲N倍。

　　*下一步AI芯片的規(guī)劃

　　AI是比特微的重要方向，計劃2019年開始試著做。比特微在等兩個東西，第一個足夠的資金，因為做芯片掙錢是很難的，例如楊作興博士從2001年做芯片到現(xiàn)在，在方舟、中星微等多家公司工作過，深切地體會到掙錢的艱辛，所以一直在考慮芯片如何盈利。盡管AI是重要的方向，但是AI要賺錢要等待應用和算法成熟。而且做芯片和算法都是非常艱苦的工作，不像軟件——一個19歲的學生就可以做，做芯片沒有一二十年的經驗積累是不行的。所以比特微將堅持芯片與算法合作的策略。算法公司是AI行業(yè)的先進者，希望他們先幫芯片公司多趟趟雷。前期肯定不容易，特別是做芯片，芯片的特點是不能有任何改動，芯片出去了以后就再也動不了了。

　　那么，現(xiàn)在有很多算法公司自己在推芯片，是不是做AI芯片的時間點快到了?楊作興博士指出，不是說多少人做芯片，時機就到了。比特微的想法很簡單，比別人的功耗低就行了。

　　*為何目前只有中國在做比特幣芯片?

　　搭載比特微芯片BT1800的神馬礦機產品今年9月19日將會對外發(fā)布， M10礦機產品目前的指標是33T到35T，這是目前市面上性能最高的。

　　為何目前只有中國在做比特幣芯片?實際上，芯片看似簡單，但是難的是實現(xiàn)，即便有些大公司人很多，但也無濟于事，就好像特種兵一樣，不需要很多人，不是靠堆人堆出來的。

　　集成電路領域需要最頂尖、極致的人才。因為芯片行業(yè)與其他行業(yè)不同，別的行業(yè)都有產業(yè)壁壘，而我們芯片行業(yè)沒有，需要精品。芯片制造工藝到了7nm以后，每個產品的銷售量需要上億才合算，而能上億的爆品很少，目前來看也就手機能上億，PC銷量已在下滑了。所以未來每個領域有一個頂尖的人領頭做芯片就可以了，全世界有十來個領頭的就夠了，沒有必要搞十幾萬人做設計。

　　*比特微2017年有數(shù)億元的凈利潤

　　比特微2016年成立。含礦機在內的業(yè)務，第一年銷售了4.3億元，凈利潤7千多萬;2017年上半年有13億元的銷售額，有幾億元的凈利潤，上繳了近1億元的稅。

　　*中國是做產業(yè)的沃土

　　很多人創(chuàng)業(yè)成立公司是有海歸背景——在國外做了一二十年，但是楊作興博士一直在本土做芯片設計。為何他當年沒有選擇出國，他成功的資本是什么?楊作興博士稱，做產業(yè)的話，還是在國內做比較好，因為很多同學從國外回來創(chuàng)業(yè)，與此同時，國內同學已經搞了10來年了，積累了豐富的經驗。

　　楊作興博士最大的感受是：在自己沒錢的時候特別想有錢，等到有錢的時候就想做點事情，為這個產業(yè)做點事情。楊博士希望全定制方法學在區(qū)塊鏈和AI中起到更大的作用。

　　關于受訪人楊作興博士及比特微、集微大會，請參考以下新聞背景資料。

　　清華博士從業(yè)二十余年

　　楊作興先生是清華大學工程物理系博士，具有20多年芯片、硬件設計經驗，歷任多家公司芯片/硬件工程師、技術主管、CTO、總經理、董事長等職務，積累了豐富的芯片、硬件設計經驗，獨創(chuàng)全定制低功耗、高性能芯片設計方法學，在多款芯片上成功應用，并取得商業(yè)上的成功。楊作興博士同時也擁有豐富的技術管理、業(yè)務管理、公司經營經驗。

　　2016.7-現(xiàn)在 創(chuàng)建比特微，任董事長、總經理，兼CTO。主導設計28nm低功耗高性能區(qū)塊鏈BT1000芯片，其應用的產品銷售額約20億元RMB。第二代16nm芯片BT1800芯片，功耗和成本業(yè)界領先，預計可創(chuàng)造約100億元銷售額。

　　2015.2-2016.6 以兼職身份，采用自創(chuàng)的全定制設計工程方法，主導北京比特大陸公司設計了S7、S9、L3三款區(qū)塊鏈礦機專用芯片，功耗和成本當時業(yè)界領先，其產品S7、S9、L3為其公司創(chuàng)造利潤20億、200億、20億元RMB。

　　2014.3-2015.2 進入區(qū)塊鏈行業(yè)，創(chuàng)建深圳高德麥納科技有限公司，后進入深圳比特泉科技，任IC設計首席工程師，將自創(chuàng)的芯片全定制設計工程方法，首創(chuàng)應用到區(qū)塊鏈芯片設計，功耗和成本降低了50%，引領行業(yè)技術方向。

　　比特微成立2年，主做區(qū)塊鏈服務器及ASIC

　　深圳比特微電子科技有限公司(以下簡稱“比特微”)，成立于2016年7月，主營業(yè)務為區(qū)塊鏈、人工智能等領域專用集成電路芯片及產品/方案的研發(fā)、生產及銷售，并提供相應的系統(tǒng)解決方案及技術服務。

　　比特微研發(fā)團隊擁有多名清華、北大等名校博士、碩士，平均有15年以上的知名集成電路和通訊公司芯片設計、產品的成功研發(fā)經驗，創(chuàng)始團隊是國內最早將專用集成電路引入區(qū)塊鏈計算設備領域的團隊之一，比特微現(xiàn)有研發(fā)人員占公司的40%以上。

　　比特微是一家芯片設計和產品公司，擁有完整的設計流程和大量自主核心技術，核心技術涵蓋了算法、集成電路微結構的精細優(yōu)化、低功耗技術、高級芯片封裝技術、系統(tǒng)級供電與散熱技術等。這些核心技術和工程方法在公司的區(qū)塊鏈服務器芯片和產品的量產中得到成功驗證和應用。

　　比特微現(xiàn)階段主要產品為區(qū)塊鏈服務器及其專用集成電路芯片，其自主研發(fā)的芯片產品，相對業(yè)內之前所使用的GPU方案和FPGA方案，大幅提升了計算性能、降低了系統(tǒng)成本，在區(qū)塊鏈計算領域具有明顯的競爭優(yōu)勢。比特微除了目前所專注區(qū)塊鏈領域外，響應國家芯片戰(zhàn)略，根據(jù)公司發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，正計劃通過自主研發(fā)、戰(zhàn)略合作等形式，將其芯片及產品核心研發(fā)能力向人工智能等其他重復并行計算領域探索延伸。

　　“第二屆集微半導體峰會”廈門舉行

　　中國廈門2018年8月31日 由集微網、中國半導體投資聯(lián)盟、廈門半導體投資集團有限公司主辦的第二屆2018集微半導體峰會在廈門海滄隆重舉行。峰會以“產業(yè)資本的風向標”為主題，規(guī)模更勝首屆，近千名來自中國半導體行業(yè)的高管、投資機構高層以及各地政府高級公務人員參與了本次會議，共同探討中國集成電路產業(yè)的投資與發(fā)展大計。