半導體設計迎來「開源潮」

在半導體設計領域，免費對外開放的「開源」（Open Source）技術開始得到廣泛應用。這是一種利用任何人都能訪問的工具集合來解決因技術高級化帶來的成本增加和技術人員短缺等結構性問題的嘗試。日本產業(yè)技術綜合研究所（產綜研）和美國谷歌已經開始優(yōu)化其使用環(huán)境。越來越多的企業(yè)也開始采用開源規(guī)格。

4 月，由日本產業(yè)技術綜合研究所（產綜研）全額出資的 AIST Solutions 設立「OpenSUSI」。該團體描繪的藍圖是完善可利用設計所需工具集的環(huán)境，以促進日本半導體工廠的代工接單服務。

開源的優(yōu)勢

開源對于半導體設計來說，具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

降低設計成本：半導體設計通常需要昂貴的工具群和人才，而開源提供了一種通過任何人都能訪問的工具群來解決這一問題的途徑。據(jù)美國半導體產業(yè)協(xié)會介紹，截至 2020 年，5 納米半導體的設計成本高達 5.42 億美元，與 2006 年的 64 納米產品相比，設計成本膨脹了 19 倍。開源工具的應用有望降低這一成本，使更多企業(yè)，尤其是新興企業(yè)，能夠承擔半導體設計的費用。

提高產業(yè)競爭力：開源工具和半導體設計有助于提升整個產業(yè)的競爭力。通過開放技術，工程師們可以共享設計資源，促進技術創(chuàng)新和進步。這種協(xié)作和共享的精神，有助于推動半導體設計領域的快速發(fā)展。具有代表性的例子是軟件「GitHub」，全世界的工程師共享源代碼，并將其應用于軟件開發(fā)。操作系統(tǒng)（OS）Linux 是驅動智能手機等多種電子設備運行的基礎。

降低進入門檻：開源工具為有志于從事芯片設計的學生和研究人員提供了更多的機會。它們降低了進入門檻，使得更多人能夠參與到半導體設計的過程中來。這不僅有助于培養(yǎng)更多的人才，也為產業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

促進國際合作：開源工具的應用有助于促進國際合作。

如今，在半導體設計領域，同樣的趨勢也在加快。對外開放的工具集可以降低設計的成本和門檻，為新興企業(yè)等帶來更多機會。AIST Solutions 的業(yè)務總監(jiān)岡村淳一表示：「開源的工具和半導體有助于提高產業(yè)競爭力?！箽W洲的研究人員于 3 月向各國機構發(fā)出了要求擴充支持體系的公開信，呼吁「開源工具可大幅降低有志于從事芯片設計的學生和研究人員的入門門檻」。

美國匯聚了新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence Design Systems）等設計軟件巨頭，除了以蘋果為代表，還有很多具備高水平半導體設計能力的大型科技企業(yè)。同時，美國的開源步伐也在加速，已經誕生了如設計軟件「OpenRoads」等開源項目。美國谷歌與新興企業(yè)等合作，主導了以開源代碼為基礎的服務，使得少量半導體也可以委托生產，從而拓寬了自主設計領域。

作為設計核心的開源指令集「RISC-V」在商業(yè)應用方面已經走在了前列。指令集規(guī)定了半導體在面對指令時如何運行。如果將半導體芯片比作一座城市，那么指令集就相當于交通規(guī)則。根據(jù)這個規(guī)則，可以制作每個區(qū)域的設計圖（IP）。ARM 公司的 IP 在該市場占據(jù)主導地位，但在這種情況下，人們對于壟斷持有很高的危機感。在提高設計自由度的需求的推動下，新指令集備受關注。

今年 3 月瑞薩電子宣布率先在業(yè)內推出基于內部自研 CPU 內核構建的通用 32 位 RISC-V 微控制器（MCU）——R9A02G021。盡管多家 MCU 供應商最近加入了投資聯(lián)盟以推動 RISC-V 產品的開發(fā)，但瑞薩已獨立設計并測試了一款全新 RISC-V 內核——該內核現(xiàn)已在商用產品中實現(xiàn)應用，并可在全球范圍內銷售。全新的 R9A02G021 MCU 產品群為嵌入式系統(tǒng)設計人員提供了一條清晰的路徑，讓他們能夠基于開源指令集架構（ISA）開發(fā)各種功耗敏感及成本敏感型應用。

生成式 AI（人工智能）用半導體也在使用開源指令集。美國 Meta 于 4 月發(fā)布的自主設計半導體就采用了 RISC-V。與 Rapidus 合作的加拿大設計企業(yè) Tenstorrent 也在進行相關開發(fā)。

據(jù)美國調查公司 SHD 集團介紹，使用 RISC-V 設計的大型芯片（SoC）的出貨量預計到 2030 年將達到 160 億顆，年均增長率將超過 40%。

開源同時也面臨一些挑戰(zhàn)。英國調查公司 Omdia 的鈴木壽哉指出：「與單純的軟件相比，要開放與制造工序相關的設計工具，讓任何工廠都能使用，技術方面的難度很大?！?/p>

但是，對于提出半導體產業(yè)復興方針的日本來說，高水平的設計能力和人才是不可或缺的。在開源方面的努力是拓寬自主設計領域、提高教育和研究活力的重要一環(huán)。