EDA、RISC-V、芯片服務(wù)公司談芯片設計的三大熱點(diǎn)

　　祝維豪? （《電子產(chǎn)品世界》編輯，北京 100036）
　　摘? 要：在AIoT時(shí)代，如何提升芯片設計的效率？在“中國集成電路設計業(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計業(yè)的熱點(diǎn)，他們的主要觀(guān)點(diǎn)是：①設計上云；②系統級融合；③利用AI提升EDA工具的效率。
　　關(guān)鍵詞：EDA；設計上云；系統級設計；AI；RSIC-V

　　1 設計上云

　　1）哪些公司需要上云？
　　Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛指出，云計算已經(jīng)開(kāi)始在芯片設計中發(fā)揮重要的作用，可以縮短設計周期和提升芯片性能。
　　例如Cadence最近推出了Cloudburst平臺，在后端實(shí)現上比前代產(chǎn)品/業(yè)界水平提升了20%左右，就是應用了并行計算的技術(shù)，聯(lián)系云平臺，把計算資源充分利用起來(lái)，使芯片設計不再局限于物理環(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(fǎng)問(wèn)EDA平臺，可以在同一環(huán)境下去使用一個(gè)云平臺加速芯片設計的速度。
　　現在系統公司的芯片設計和其云平臺開(kāi)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計，主要針對自己的云計算或大數據的特殊要求。使用Cadence的EDA軟件平臺設計出的芯片，已應用到谷歌的平臺上。
　　SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士認為設計上云非常適合中國的國情，因為在過(guò)去40年里，傳統的硅設計需要很多硬件、EDA工具、IP去驗證等，流程非常復雜。中國已經(jīng)決定在接下來(lái)的四五年內設計自己的芯片，但沒(méi)有足夠的人才、硬件和IP，所以中國必須利用云技術(shù)來(lái)提升設計效率。由于將設計移到云端，每家公司就不再需要服務(wù)器了，不用向大公司申請EDA授權、購買(mǎi)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計，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，把芯片發(fā)給臺積電流片，用短短的2個(gè)月就完成了。
　　賽昉科技CEO徐滔補充道：不僅是EDA工具，包括整個(gè)IP、后端，即整個(gè)基礎設施和生態(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。

　　摩爾精英董事長(cháng)兼CEO張競揚補充道，上云對芯片行業(yè)很有幫助，因為改變了整個(gè)協(xié)作模式——過(guò)去僅是一家公司的內部協(xié)作，一家公司在芯片行業(yè)最大的也就是數萬(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)人級多了2個(gè)數量級，這就會(huì )帶來(lái)效率的極大提升。
　　過(guò)去一些大企業(yè)合并，第2年財報能馬上能降低25%的運營(yíng)成本，原因是把2家公司相同的部門(mén)精簡(jiǎn)了。通過(guò)全行業(yè)的協(xié)作，會(huì )帶來(lái)類(lèi)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)險角度看，今天為什么一顆芯片開(kāi)發(fā)又慢又費時(shí)？因為芯片里只有36億美元去購買(mǎi)IP，和全行業(yè)的646億美元比，有95%的東西買(mǎi)不到。對于一家公司來(lái)說(shuō)，用95%的自有東西去開(kāi)發(fā)，會(huì )有大量的風(fēng)險和浪費。如果上云以后，一個(gè)好的IP/設計可以被全行業(yè)的人使用。
　　另一個(gè)是設計流水線(xiàn)上云。這是中國小公司做得較少的，因為規模很小，沒(méi)有必要做一個(gè)完整的流程。當行業(yè)可以貢獻一條流水線(xiàn)的時(shí)候，可以幫助小公司開(kāi)發(fā)。
　　摩爾芯片云做的事情還有封裝的整合。當有大量的IP和開(kāi)發(fā)者在摩爾芯片云平臺上開(kāi)發(fā)時(shí)，就會(huì )形成大量的測試完整的裸片，可以通過(guò)封裝的形式滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的各種應用。這些IP和裸片像電子書(shū)和實(shí)體書(shū)的關(guān)系一樣對應。
　　預計未來(lái)10年，大部分芯片或行業(yè)一半以上的芯片會(huì )通過(guò)這種方式在開(kāi)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部，所有東西都自己開(kāi)發(fā)，協(xié)作一定是未來(lái)的趨勢。 

　　2）設計上云的挑戰

　　摩爾精英董事長(cháng)兼CEO張競揚稱(chēng)現在還很少有企業(yè)采用這種上云服務(wù)。因為半導體行業(yè)的人不太愿意變化。但是大趨勢不可逆轉。
　　最先會(huì )改變的是中小企業(yè)。因為中小企業(yè)財力有限，希望少付一些IP費用，也愿意分享IP。為此，摩爾精英不跟客戶(hù)空談云（例如問(wèn)客戶(hù)的IP是否放在云上），只是說(shuō)服客戶(hù)把IP訪(fǎng)問(wèn)權交給摩爾精英，但其他方面還是客戶(hù)自己控制?？蛻?hù)是愿意接受這種方式的。因為不管大公司還是小公司，內部的項目做完了、關(guān)掉了，把IP放在云上，哪怕短期內沒(méi)有訪(fǎng)問(wèn)也不受影響。
　　摩爾精英做芯片服務(wù)，將服務(wù)三類(lèi)IP廠(chǎng)商。①目前是標準IP廠(chǎng)商。以前標準IP廠(chǎng)商要收很高的版權費，現在如果放在云端，起碼會(huì )晚一點(diǎn)收費。②下一步將是芯片公司里的IP。因為如果IP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(qián)才可以維護IP的有效性。③個(gè)人IP開(kāi)發(fā)者或IP工作室，這些人來(lái)自于現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。
　　2 系統級融合

　　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，電子設計和系統設計的融合是怎么發(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(zhuān)注于芯片設計，這兩年看到越來(lái)越多的系統公司也在做芯片，他們遇到的問(wèn)題是芯片設計和系統設計如何更好地進(jìn)行協(xié)同設計。
　　以前芯片公司和系統公司是各自獨立的，芯片公司根據自己對市場(chǎng)的理解把芯片做出來(lái)，銷(xiāo)售給系統公司；系統公司再開(kāi)發(fā)整個(gè)系統。這個(gè)周期非常長(cháng)。隨著(zhù)系統公司自己做芯片，系統公司在做芯片的早期就想知道在系統里如何應用這個(gè)芯片，包括熱分析、電磁分析等。
　　由于芯片設計越來(lái)越復雜。經(jīng)?？吹娇蛻?hù)設計到后半段，由于芯片發(fā)熱對芯片設計有很大的影響，芯片設計又重新回到最開(kāi)始，甚至有時(shí)要重新做一個(gè)系統的架構，極大地影響了整個(gè)系統的設計時(shí)間和周期。
　　為此，Cadence在2016年左右提出了系統設計的概念，從整個(gè)系統角度，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，目的是幫助系統公司和芯片設計公司從最早期就可以把系統設計的每一方面都考慮到。
　　通過(guò)這些軟件導入，客戶(hù)的實(shí)際設計里出現了一個(gè)好現象：系統公司引入設計流程之后，相比于以前的傳統設計流程，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：以后做芯片設計完全不需要人了，只需要人寫(xiě)一個(gè)規格書(shū)，剩下的事情全部由EDA軟件去完成。
　　對于把AI引入到系統設計流程里，Cadence已經(jīng)發(fā)布了AI的EDA軟件，有一些客戶(hù)已經(jīng)開(kāi)始使用了?；?于A(yíng)I軟件，通過(guò)學(xué)習之前的設計經(jīng)驗，就可以根據客戶(hù)的需要，自動(dòng)把最優(yōu)化的設計快速地做出來(lái)。通過(guò)這種AI EDA設計方法，會(huì )看到芯片設計周期比原來(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/系統公司對芯片設計人才的需求。
　　另外，不僅是設計芯片，在整個(gè)設計方法學(xué)/設計流程上，Cadence也把AI引入進(jìn)來(lái)。通過(guò)機器學(xué)習，把以前的芯片設計經(jīng)驗以抽象的數據庫形式保存下來(lái)，以后在設計芯片的時(shí)候，不管在前端還是后端實(shí)現，甚至模擬電路的實(shí)現都可以把經(jīng)驗介入到芯片設計里，使芯片設計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A(yíng)I EDA設計，目前相對比較成熟的是后端，是不是因為這部分有成熟的工藝規則書(shū)，比較容易標準化？另外，AI是需要數據來(lái)訓練的，從哪兒得到足夠的數據來(lái)訓練？
　　的確，目前Cadence推出來(lái)的產(chǎn)品主要在后端布局布線(xiàn)和模擬版圖設計上，后續還有一些研發(fā)在進(jìn)行中，Cadence有一個(gè)團隊從2011年左右就開(kāi)始研究AI對前端設計包括仿真上的幫助。
　　AI是越學(xué)越聰明的，如果沒(méi)有足夠多的數據，本身設計庫大小容量會(huì )很有限。Cadence本身有上千的設計數據庫，在給客戶(hù)之前會(huì )先自己做訓練，也會(huì )根據客戶(hù)的需求去設計，使之變得越來(lái)越聰明。
　　很多人不希望把自己的數據共享出來(lái)，放到一個(gè)大的平臺上——如果放到大平臺的理想可以實(shí)現，EDA軟件可以有大量的數據庫供學(xué)習，效率一定會(huì )更高。當然共享會(huì )面臨很多問(wèn)題，諸如專(zhuān)利、法務(wù)等。在目前的早期階段，Cadence還是以自己的數據為主，讓客戶(hù)通過(guò)這些數據慢慢去學(xué)習。
　　SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士補充道：后端的確更加容易實(shí)現AI。因為后端更多的是模擬驗證、測試等。前端有非常大的挑戰性，因為前端是人的發(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)限制設計的選擇數。
　　另外，為了能夠做AI工作，非常重要的一點(diǎn)是需要有開(kāi)放的基礎設施。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)階段的數據庫能夠和其他人分享，這時(shí)候你的原始數據不是個(gè)體數據，不同公司都可以做出貢獻。
　　4 小結：中國蘊藏著(zhù)半導體發(fā)展的潛力

　　SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士：中國正啟動(dòng)獨立自主的產(chǎn)業(yè)，半導體是這一切的核心。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(méi)有衣服和鞋子穿，現在已經(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。中國應該感到自豪，不僅僅自己實(shí)現了扶貧脫貧，而且給全世界的窮人和扶貧工作做出了貢獻。所以半導體行業(yè)如果在中國大力發(fā)展，也將會(huì )發(fā)揮類(lèi)似作用，能夠讓全世界的窮人用上筆記本電腦、手機等現代化工具。
　　賽昉科技CEO徐滔：從地緣政治和商業(yè)模式角度看，中國半導體行業(yè)正處于轉折點(diǎn)，這時(shí)既痛苦又充滿(mǎn)機會(huì )。如果擁抱RISC-V，會(huì )給中國半導體行業(yè)帶來(lái)新契機。
　　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(zhuān)門(mén)為適合中國半導體產(chǎn)業(yè)環(huán)境成立了南京凱鼎公司，希望持續為中國的半導體產(chǎn)業(yè)貢獻自己的力量。
　　摩爾精英董事長(cháng)兼CEO張競揚：摩爾精英的使命是：讓中國沒(méi)有難做的芯片。

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