EDA、RISC-V、芯片服務(wù)公司談芯片設(shè)計(jì)的三大熱點(diǎn)

在AIoT時(shí)代，如何提升芯片設(shè)計(jì)的效率？在“中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2019年會(huì)（ICCAD 2019）“上，Cadence南京凱鼎電子、SiFive、賽昉科技、摩爾精英的老總分析了這些芯片設(shè)計(jì)業(yè)的熱點(diǎn)，他們的主要觀點(diǎn)是：①設(shè)計(jì)上云；②系統(tǒng)級(jí)融合；③利用AI提升EDA工具的效率。

從右至左：Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛，SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士，賽昉科技CEO徐滔，摩爾精英董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官?gòu)埜?jìng)揚(yáng)

芯片設(shè)計(jì)的趨勢(shì)1：設(shè)計(jì)上云

1）哪些公司需要上云？

Cadence南京凱鼎電子¹副總裁劉矛指出，云計(jì)算已經(jīng)開始在芯片設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要的作用，可以縮短設(shè)計(jì)周期和提升芯片性能。

例如Cadence最近推出了Cloudburst平臺(tái)，在后端實(shí)現(xiàn)上比前代產(chǎn)品/業(yè)界水平提升了20%左右，就是應(yīng)用了并行計(jì)算的技術(shù)，聯(lián)系云平臺(tái)，把計(jì)算資源充分利用起來(lái)，使芯片設(shè)計(jì)不再局限于物理環(huán)境，可以讓全世界的芯片公司在不同的物理環(huán)境下去訪問(wèn)EDA平臺(tái)，可以在同一環(huán)境下去使用一個(gè)云平臺(tái)加速芯片設(shè)計(jì)的速度。

現(xiàn)在系統(tǒng)公司的芯片設(shè)計(jì)和其云平臺(tái)開發(fā)已經(jīng)形成了一個(gè)正循環(huán)，雙方在相互促進(jìn)，把整個(gè)行業(yè)往前推進(jìn)。例如谷歌在做芯片的設(shè)計(jì)，針對(duì)自己的云計(jì)算或大數(shù)據(jù)的特殊要求，使用Cadence的EDA軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)出來(lái)芯片，可應(yīng)用到谷歌的平臺(tái)上。

SiFive²首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士認(rèn)為設(shè)計(jì)上云非常適合中國(guó)的國(guó)情，因?yàn)樵谶^(guò)去40年里，傳統(tǒng)的硅設(shè)計(jì)需要很多硬件、EDA工具、IP去驗(yàn)證等，流程太復(fù)雜了。中國(guó)已經(jīng)決定在接下來(lái)的四五年內(nèi)設(shè)計(jì)自己的芯片，但沒(méi)有足夠的人才、硬件和IP，所以中國(guó)必須采用云技術(shù)。由于將設(shè)計(jì)移到云端，每家公司就不再需要服務(wù)器了，不用向大公司申請(qǐng)EDA授權(quán)、購(gòu)買服務(wù)包，可以直接從云端去獲取服務(wù)，從本地登錄到云端就可以做設(shè)計(jì)，流程將極大簡(jiǎn)化。

Cadence和SiFive在2018年10月3日有一個(gè)重大宣布，已經(jīng)在云端發(fā)布了第一個(gè)芯片，全部是在云端做的芯片,把芯片發(fā)給臺(tái)積電流片，用短短的2個(gè)月就完成了。

賽昉科技³CEO徐滔補(bǔ)充道：不僅是EDA工具，包括整個(gè)IP、后端，整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)都在云上，這樣可極大地解放生產(chǎn)力，還解決了人才短缺的問(wèn)題。

摩爾精英⁴董事長(zhǎng)兼CEO張競(jìng)揚(yáng)補(bǔ)充道，上云對(duì)芯片行業(yè)很有幫助，因?yàn)楦淖兞苏麄€(gè)協(xié)作模式——過(guò)去僅是一家公司的內(nèi)部協(xié)作，一家公司在芯片行業(yè)最大的也就是數(shù)萬(wàn)人。一旦上云之后，是全行業(yè)在協(xié)作。全行業(yè)大概是100萬(wàn)人，甚至以后會(huì)有幾百萬(wàn)人，比萬(wàn)人級(jí)多了2個(gè)數(shù)量級(jí)，這就會(huì)帶來(lái)效率的極大提升（如下圖）。

圖：摩爾創(chuàng)芯生態(tài)鏈

過(guò)去一些大企業(yè)合并，第2年財(cái)報(bào)能馬上能降低25%的運(yùn)營(yíng)成本，原因是把2家公司相同的部門精簡(jiǎn)了。通過(guò)全行業(yè)的協(xié)作，會(huì)帶來(lái)類似的精簡(jiǎn)效果。全行業(yè)的646億美元如果能效率提升25%，會(huì)省下160億美元。從降低風(fēng)險(xiǎn)角度看，今天為什么一顆芯片開發(fā)又慢又費(fèi)時(shí)？因?yàn)樾酒镏挥?6億美元去購(gòu)買IP，和全行業(yè)的646億美元比，有95%的東西買不到。對(duì)于一家公司來(lái)說(shuō)，用95%的自有東西去開發(fā)，會(huì)有大量的風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)。如果上云以后，一個(gè)好的IP/設(shè)計(jì)可以被全行業(yè)的人使用。

另一個(gè)是設(shè)計(jì)流水線上云。這是中國(guó)小公司做得較少的，因?yàn)橐?guī)模很小，沒(méi)有必要做一個(gè)完整的流程。當(dāng)行業(yè)可以貢獻(xiàn)一個(gè)流水線的時(shí)候，可以幫助小公司開發(fā)。

摩爾芯片云做的事情還有封裝的整合。當(dāng)有大量的IP和開發(fā)者在摩爾芯片云平臺(tái)上開發(fā)時(shí)，就會(huì)形成大量的測(cè)試完整的裸片，可以通過(guò)封裝的形式滿足物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用。這些IP和裸片像電子書和實(shí)體書的關(guān)系一樣對(duì)應(yīng)。

預(yù)計(jì)未來(lái)10年，大部分芯片或行業(yè)一半以上的芯片會(huì)通過(guò)這樣的方式在開發(fā)，只有很少的非常高端的芯片會(huì)像今天這樣在一家公司內(nèi)部，所有東西都自己開發(fā)，協(xié)作一定是未來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。

2)設(shè)計(jì)上云的挑戰(zhàn)

摩爾精英董事長(zhǎng)兼CEO張競(jìng)揚(yáng)稱現(xiàn)在很少還采用這種上云服務(wù)。因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)的人不太愿意變化，不愿意上云。但是趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。

最先會(huì)改變的是中小企業(yè)。因?yàn)橹行∑髽I(yè)財(cái)力有限，希望少付一些IP費(fèi)用，也愿意分享IP。為此，摩爾精英不跟客戶空談云（例如問(wèn)客戶的IP是否放在云上？），只是說(shuō)服客戶把IP訪問(wèn)權(quán)交給摩爾精英，但其他方面還是客戶自己控制。這種方式，客戶是愿意接受的。因?yàn)椴还艽蠊具€是小公司，內(nèi)部的項(xiàng)目做完了，關(guān)掉了，把IP放在云上，哪怕短期內(nèi)沒(méi)有訪問(wèn)也沒(méi)有關(guān)系的。

圖：摩爾芯片云

摩爾精英做芯片服務(wù)，將服務(wù)3種IP廠商。①目前是標(biāo)準(zhǔn)IP廠商。以前標(biāo)準(zhǔn)IP廠商要收很高的版權(quán)費(fèi)，現(xiàn)在如果放在云端，起碼會(huì)晚一點(diǎn)收費(fèi)。②下一步將是芯片公司里的IP。因?yàn)槿绻鸌P兩三年沒(méi)有人用，就不太好用了，必須有人不斷地用，賺到錢才可以維護(hù)IP有效性。③個(gè)人IP開發(fā)者或IP工作室，這些人來(lái)自于現(xiàn)在的大公司或擁有核心技術(shù)、但沒(méi)有市場(chǎng)能力的公司，他們將來(lái)可能會(huì)變成IP公司。

芯片設(shè)計(jì)的趨勢(shì)2：系統(tǒng)級(jí)融合

Candence推出了新一代電熱協(xié)同仿真工具：Celsius Thermal Solver（如下圖），是熱和電仿真的融合。今后，電子設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的融合是怎么發(fā)展的？

Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛解釋道，Cadence做EDA已經(jīng)有30年了，之前專注于芯片設(shè)計(jì)，這兩年看到越來(lái)越多的系統(tǒng)公司也在做芯片,他們遇到的問(wèn)題是芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何更好地進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。

以前芯片公司和系統(tǒng)公司是各自獨(dú)立的，芯片公司根據(jù)自己對(duì)市場(chǎng)的理解把芯片做出來(lái)，銷售給系統(tǒng)公司，系統(tǒng)公司再開發(fā)整個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)周期非常長(zhǎng)。隨著系統(tǒng)公司自己做芯片，系統(tǒng)公司在做芯片的早期就想知道在系統(tǒng)里如何融合應(yīng)用這個(gè)芯片，包括熱分析、電磁分析等。

由于芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜。經(jīng)?？吹娇蛻粼O(shè)計(jì)到后半段，由于芯片發(fā)熱對(duì)芯片設(shè)計(jì)有很大的影響，芯片設(shè)計(jì)又要回到最開始，甚至有時(shí)候要重新做一個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)來(lái)重新做芯片的設(shè)計(jì)，極大地影響了整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)周期。

為此，Cadence從3年前推出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，從整個(gè)系統(tǒng)角度，不僅是芯片，還包括封裝、軟件，最近又引入了電磁分析和熱分析，主要目的是幫助系統(tǒng)公司包括芯片設(shè)計(jì)公司從最早期就可以把系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一方面都考慮到設(shè)計(jì)里面（如下圖）。

圖：Cadence的新系統(tǒng)分析軟件構(gòu)想

通過(guò)這些軟件導(dǎo)入，客戶實(shí)際設(shè)計(jì)里出現(xiàn)了一個(gè)好現(xiàn)象：系統(tǒng)公司引入設(shè)計(jì)流程之后，相比于以前的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，周期減少了30%以上的時(shí)間，使他們的系統(tǒng)推向市場(chǎng)的時(shí)間也變得非?？?，變得更加有競(jìng)爭(zhēng)性。

芯片設(shè)計(jì)趨勢(shì)3：用AI提升EDA工具的效率

1）AI EDA

在此之上，Cadence還引入了一套全新的AI技術(shù)。在整套EDA和客戶設(shè)計(jì)的流程里，Cadence還有一個(gè)大膽的想法：以后做芯片設(shè)計(jì)就完全不需要人了，只需要人寫一個(gè)規(guī)格書，剩下的事情全部由EDA軟件去完成。

對(duì)于把AI引入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程里，Cadence已經(jīng)發(fā)布了AI的EDA軟件，有一些客戶已經(jīng)開始使用了。基于AI軟件，通過(guò)學(xué)習(xí)之前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就可以根據(jù)客戶的需要，自動(dòng)把最優(yōu)化的設(shè)計(jì)快速地做出來(lái)（如下圖）。通過(guò)這種AI EDA設(shè)計(jì)方法，會(huì)看到芯片設(shè)計(jì)周期比原來(lái)提高了10%~20%，PPA（性能、功耗、面積/成本）也有10%~20%的改進(jìn)。這樣可以大大減少芯片公司/系統(tǒng)公司對(duì)芯片設(shè)計(jì)人才的需求。

圖：Cadence的機(jī)器學(xué)習(xí)工具

另外，不僅是設(shè)計(jì)芯片，在整個(gè)設(shè)計(jì)方法學(xué)/設(shè)計(jì)流程上，Cadence也把AI引入進(jìn)來(lái)。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，把以前的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以抽象的數(shù)據(jù)庫(kù)形式保存下來(lái)，以后在設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，不管在前端還是后端實(shí)現(xiàn)，甚至模擬電路的實(shí)現(xiàn)都可以把經(jīng)驗(yàn)介入到芯片設(shè)計(jì)里，使芯片設(shè)計(jì)的效率和性能可以有很大的提升。

2）目前AI用得好的只有后端

關(guān)于AI EDA設(shè)計(jì)，目前相對(duì)比較成熟的是后端，是不是因?yàn)檫@部分因?yàn)橛谐墒斓墓に囈?guī)則書，比較容易標(biāo)準(zhǔn)化？其他的，諸如偏設(shè)計(jì)仿真部分相對(duì)比較難。另外，AI是需要數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練的，EDA這部分從哪兒得到足夠的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練？不斷地越來(lái)越智能？     

的確，目前Cadence推出來(lái)的產(chǎn)品在后端布局布線上和模擬版圖設(shè)計(jì)上，后續(xù)還有一些研發(fā)在進(jìn)行中，Cadence有一個(gè)團(tuán)隊(duì)從七八年前開始研究AI對(duì)前端設(shè)計(jì)包括仿真上的幫助。

AI是越學(xué)越聰明的，如果沒(méi)有足夠多的數(shù)據(jù)，本身設(shè)計(jì)庫(kù)大小容量有限。Cadence本身有上千的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，在給客戶之前會(huì)先自己做訓(xùn)練，也會(huì)根據(jù)客戶的需求去設(shè)計(jì)，使之變得越來(lái)越聰明。

很多人不希望把自己的數(shù)據(jù)共享出來(lái)，放到一個(gè)大的平臺(tái)上——如果放到大平臺(tái)的理想可以實(shí)現(xiàn)，EDA軟件可以有大量的數(shù)據(jù)庫(kù)供學(xué)習(xí)，效率一定會(huì)更高。當(dāng)然共享會(huì)面臨很多問(wèn)題，諸如專利、法務(wù)等。在目前的早期，Cadence還是以自己的數(shù)據(jù)為主，讓客戶通過(guò)這些數(shù)據(jù)慢慢去學(xué)習(xí)。

SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士補(bǔ)充道：后端的確更加容易實(shí)現(xiàn)AI。因?yàn)楹蠖烁嗟氖悄M驗(yàn)證、測(cè)試等。前端有非常大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)榍岸耸侨说陌l(fā)明創(chuàng)造，可以天馬行空。Sherwani博士提出的解決方案是通過(guò)使用Template來(lái)限制設(shè)計(jì)的選擇數(shù)。

另外，為了能夠做AI工作，非常重要的一點(diǎn)是需要有開放的基礎(chǔ)設(shè)施。如果是封閉的界面和接口，AI是無(wú)法進(jìn)步的。必須每一個(gè)階段的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠和其他人分享，這時(shí)候你的原始數(shù)據(jù)不是個(gè)體數(shù)據(jù)，不同公司都可以做出貢獻(xiàn)。

小結(jié)：中國(guó)蘊(yùn)藏著半導(dǎo)體發(fā)展的機(jī)會(huì)

SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士：中國(guó)正啟動(dòng)獨(dú)立自主的產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體是這一切的核心，RISC-V在其中能夠扮演非常重要的角色，相信未來(lái)RISC-V在中國(guó)將會(huì)有極大的發(fā)展。

基于RISC-V，中國(guó)可以打造非常好的產(chǎn)品，并把這些產(chǎn)品輸出到全世界。大約5到10年前，全世界很多窮人沒(méi)有衣服和鞋子穿，現(xiàn)在已經(jīng)穿上了衣服、鞋子，哪個(gè)國(guó)家在生產(chǎn)這些并且服務(wù)于全世界？是中國(guó)。中國(guó)應(yīng)該感到自豪，不僅僅自己實(shí)現(xiàn)了扶貧脫貧，而且給全世界的窮人和扶貧工作做出了貢獻(xiàn)。所以半導(dǎo)體行業(yè)如果在中國(guó)大力發(fā)展，也將會(huì)發(fā)揮類似作用，能夠讓全世界的窮人用上筆記本電腦、手機(jī)等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化所需要的工具。無(wú)論什么樣的中國(guó)公司，需要什么樣的RISC－V技術(shù)，SiFive都愿意全力以赴地提供。

賽昉科技CEO徐滔：從地緣政治和商業(yè)模式角度看，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)正處于轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這時(shí)痛苦而充滿機(jī)會(huì)。如果擁抱RISC-V，會(huì)給中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)新契機(jī)。

Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛：Cadence對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體的發(fā)展會(huì)持續(xù)支持。Cadence目前在中國(guó)已經(jīng)有千名員工，在南京專門為適合中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)境成立了南京凱鼎公司，希望在未來(lái)1年或更長(zhǎng)的時(shí)間里，持續(xù)為中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)我們自己的力量。

摩爾精英董事長(zhǎng)兼CEO張競(jìng)揚(yáng)：摩爾精英的使命是：讓中國(guó)沒(méi)有難做的芯片。

注：

1：Cadence/南京凱鼎電子公司：最近Cadence推出了一個(gè)智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，幫助系統(tǒng)公司來(lái)進(jìn)入半導(dǎo)體領(lǐng)域。南京凱鼎是Cadence在2017年年底成立的子公司，目的是為中國(guó)本土提供完全本土化的IP方案，南京凱鼎已有逾百名員工。

2：SiFive由RISC-V發(fā)明者創(chuàng)立。RISC-V是一個(gè)新的開源的處理器架構(gòu)。SiFive提供RISC-V商業(yè)化處理器IP及芯片解決方案。

3：上海賽昉科技有限公司于2018年由SiFive和中國(guó)本土團(tuán)隊(duì)合作成立，立足中國(guó)市場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)有的RISC-V IP系列進(jìn)行維護(hù)及優(yōu)化，并且開發(fā)更高端的RISC-V內(nèi)核。

4：摩爾精英2015年成立，主要做三類業(yè)務(wù)：芯片設(shè)計(jì)服務(wù)、芯片生產(chǎn)供應(yīng)鏈服務(wù)、人才和企業(yè)的服務(wù)。摩爾精英服務(wù)的對(duì)象是中國(guó)芯片創(chuàng)業(yè)公司，也包含華為等傳統(tǒng)大客戶。因?yàn)橹袊?guó)創(chuàng)業(yè)公司相對(duì)體量較小，每家公司約三四十人，所以摩爾精英做了一個(gè)一站式平臺(tái)，使創(chuàng)業(yè)公司可以專注在他們的核心產(chǎn)品設(shè)計(jì)上。