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

　　祝維豪? （《電子產(chǎn)品世界》編輯，北京 100036）
　　摘? 要：在AIoT時(shí)代，如何提升芯片設(shè)計(jì)的效率？在“中國集成電路設(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。
　　關(guān)鍵詞：EDA；設(shè)計(jì)上云；系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)；AI；RSIC-V

　　1 設(shè)計(jì)上云

　　1）哪些公司需要上云？
　　Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛指出，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，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)，在相互促進(jìn)，把整個(gè)行業(yè)往前推進(jìn)。例如谷歌也在做芯片設(shè)計(jì)，主要針對(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)出的芯片，已應(yīng)用到谷歌的平臺(tái)上。
　　SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士認(rèn)為設(shè)計(jì)上云非常適合中國的國情，因?yàn)樵谶^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，流程非常復(fù)雜。中國已經(jīng)決定在接下來的四五年內(nèi)設(shè)計(jì)自己的芯片，但沒有足夠的人才、硬件和IP，所以中國必須利用云技術(shù)來提升設(shè)計(jì)效率。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，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CEO徐滔補(bǔ)充道：不僅是EDA工具，包括整個(gè)IP、后端，即整個(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題。

　　摩爾精英董事長兼CEO張競揚(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100萬人，甚至以后會(huì)有幾百萬人，比萬人級(jí)多了2個(gè)數(shù)量級(jí)，這就會(huì)帶來效率的極大提升。
　　過去一些大企業(yè)合并，第2年財(cái)報(bào)能馬上能降低25%的運(yùn)營成本，原因是把2家公司相同的部門精簡了。通過全行業(yè)的協(xié)作，會(huì)帶來類似的精簡效果。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)于一家公司來說，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。這是中國小公司做得較少的，因?yàn)橐?guī)模很小，沒有必要做一個(gè)完整的流程。當(dāng)行業(yè)可以貢獻(xiàn)一條流水線的時(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)形成大量的測試完整的裸片，可以通過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10年，大部分芯片或行業(yè)一半以上的芯片會(huì)通過這種方式在開發(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)作一定是未來的趨勢。 

　　2）設(shè)計(jì)上云的挑戰(zhàn)

　　摩爾精英董事長兼CEO張競揚(yáng)稱現(xiàn)在還很少有企業(yè)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。但是大趨勢不可逆轉(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（例如問客戶的IP是否放在云上），只是說服客戶把IP訪問權(quán)交給摩爾精英，但其他方面還是客戶自己控制?？蛻羰窃敢饨邮苓@種方式的。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)沒有訪問也不受影響。
　　摩爾精英做芯片服務(wù)，將服務(wù)三類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的有效性。③個(gè)人IP開發(fā)者或IP工作室，這些人來自于現(xiàn)在的大公司或擁有核心技術(shù)、但沒有市場能力的公司，他們將來可能會(huì)變成IP公司。
　　2 系統(tǒng)級(jí)融合

　　Candence推出了新一代電熱協(xié)同仿真工具：CelsiusThermal Solver，是熱和電的仿真的融合，顯示了電子業(yè)的融合趨勢。那么今后，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業(yè)務(wù)已經(jīng)有30年了，之前專注于芯片設(shè)計(jì)，這兩年看到越來越多的系統(tǒng)公司也在做芯片，他們遇到的問題是芯片設(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)市場的理解把芯片做出來，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。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)越來越復(fù)雜。經(jīng)常看到客戶設(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)又重新回到最開始，甚至有時(shí)要重新做一個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)，極大地影響了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間和周期。
　　為此，Cadence在2016年左右提出了系統(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，目的是幫助系統(tǒng)公司和芯片設(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。
　　通過這些軟件導(dǎo)入，客戶的實(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。

　　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)。Cadence還有一個(gè)大膽的想法：以后做芯片設(shè)計(jì)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。通過這種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。
　　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。通過機(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)庫形式保存下來，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用得好的為何只有后端？
　　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@部分有成熟的工藝規(guī)則書，比較容易標(biāo)準(zhǔn)化？另外，AI是需要數(shù)據(jù)來訓(xùn)練的，從哪兒得到足夠的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練？
　　的確，目前Cadence推出來的產(chǎn)品主要在后端布局布線和模擬版圖設(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2011年左右就開始研究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，如果沒有足夠多的數(shù)據(jù)，本身設(shè)計(jì)庫大小容量會(huì)很有限。Cadence本身有上千的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，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)，使之變得越來越聰明。
　　很多人不希望把自己的數(shù)據(jù)共享出來，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)面臨很多問題，諸如專利、法務(wù)等。在目前的早期階段，Cadence還是以自己的數(shù)據(jù)為主，讓客戶通過這些數(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使用Template來限制設(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是無法進(jìn)步的。必須每一個(gè)階段的數(shù)據(jù)庫能夠和其他人分享，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)。
　　4 小結(jié)：中國蘊(yùn)藏著半導(dǎo)體發(fā)展的潛力

　　SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani博士：中國正啟動(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RISC-V在中國會(huì)有極大的發(fā)展。
　　基于RISC-V，中國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，全世界很多窮人沒有衣服和鞋子穿，現(xiàn)在已經(jīng)穿上了衣服、鞋子，哪個(gè)國家在生產(chǎn)這些并且服務(wù)于全世界？是中國。中國應(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)等現(xiàn)代化工具。
　　賽昉科技CEO徐滔：從地緣政治和商業(yè)模式角度看，中國半導(dǎo)體行業(yè)正處于轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這時(shí)既痛苦又充滿機(jī)會(huì)。如果擁抱RISC-V，會(huì)給中國半導(dǎo)體行業(yè)帶來新契機(jī)。
　　Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛：Cadence目前在中國已經(jīng)有千名員工，在南京專門為適合中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)環(huán)境成立了南京凱鼎公司，希望持續(xù)為中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。
　　摩爾精英董事長兼CEO張競揚(yáng)：摩爾精英的使命是：讓中國沒有難做的芯片。

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第02期第16頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。