本文來自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。
芯片是科技發(fā)展的核心關(guān)鍵和技術(shù)底座。當(dāng)下RISC-V、Chiplet、AI、汽車電子等成為該行業(yè)的高頻詞。這兩年的半導(dǎo)體行業(yè)，皆圍繞著這幾個(gè)技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展，也間接地加劇了對(duì)EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具的需求。面對(duì)這些技術(shù)進(jìn)步和市場需求變化，在芯片新戰(zhàn)場上，堪稱“芯片之母”的EDA又該如何擁抱這些新挑戰(zhàn)？
芯片新戰(zhàn)場，挑戰(zhàn)重重
說起來RISC-V和Chiplet早已存在一段時(shí)間了，只是最近幾年才變得火熱。
RISC-V架構(gòu)確實(shí)具備眾多優(yōu)勢，如免費(fèi)開源、簡潔的指令集（基礎(chǔ)指令集只有40多條），高度模塊化的設(shè)計(jì)能力，以及允許針對(duì)不同類型的芯片進(jìn)行指令集的組合……但也正因?yàn)槿绱?，一定程度上也阻礙了其發(fā)展。由于所有廠商都可以自由使用、修改或增加指令集，因此每家廠商設(shè)計(jì)的芯片可能都不相同。這不僅增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，也使得驗(yàn)證變得更加困難。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，EDA工具需要提供更高級(jí)的建模、模擬和驗(yàn)證功能，特別是在確保定制化的RISC-V核心滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、性能要求以及處理器性能、功耗和安全性方面的嚴(yán)格驗(yàn)證。
Chiplet技術(shù)，作為當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新風(fēng)口，同樣給EDA行業(yè)帶來了一系列挑戰(zhàn)。這種技術(shù)是使用小型模塊化的“Chiplet”來組成更大、更復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)。同時(shí)也代表著異構(gòu)集成的芯片技術(shù)。在摩爾定律放緩的背景下，許多業(yè)界專家視其為中國半導(dǎo)體企業(yè)的新機(jī)遇。然而，清華大學(xué)教授魏少軍指出，Chiplet技術(shù)更多是作為先進(jìn)制造工藝的補(bǔ)充，而非替代品，其核心在于實(shí)現(xiàn)成本可控的異質(zhì)集成。這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于計(jì)算邏輯與DRAM集成、手機(jī)領(lǐng)域以節(jié)省空間，以及汽車、工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
魏少軍還提到，Chiplet技術(shù)的出現(xiàn)可能促成一種新的商業(yè)模式：利用標(biāo)準(zhǔn)化的芯粒構(gòu)建專用芯片。這是為什么一些國際大公司正在努力制定Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的原因，通過這些標(biāo)準(zhǔn)，他們可以將自己的芯片作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，集成到各種終端應(yīng)用中，從而擴(kuò)大市場份額。
這種技術(shù)所帶來的新挑戰(zhàn)，如異構(gòu)集成系統(tǒng)中接口和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，要求工程師在異質(zhì)芯片的性能和靈活性之間尋找平衡。同時(shí)，這也意味著需要新的EDA工具鏈、上下游生態(tài)系統(tǒng)的整合，以及適應(yīng)新的商業(yè)模式。
此外，隨著Sora的發(fā)布，AI的熱潮再度掀起。而算力，是AI時(shí)代最確定的賽道。Open AI的創(chuàng)始人奧特曼在達(dá)沃斯論壇上表示：“對(duì)大規(guī)模AI準(zhǔn)備的算力基礎(chǔ)設(shè)施還不夠。”大算力芯片需要處理大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的運(yùn)算，這要求EDA必須支持高級(jí)的設(shè)計(jì)和仿真功能。工具必須能夠有效處理高性能計(jì)算需求，同時(shí)保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。
RISC-V是架構(gòu)，Chiplet、AI是技術(shù)，這些都不是獨(dú)立發(fā)展的，最終需要落地到產(chǎn)品上。就比如汽車是以上這些最重要的一個(gè)應(yīng)用終端，落地靠的是各種汽車電子。其中，RISC-V可以為AI應(yīng)用提供定制化的處理器平臺(tái)，也允許汽車制造商和供應(yīng)商設(shè)計(jì)滿足特定需求的處理器，例如優(yōu)化能效或計(jì)算性能。同時(shí)，通過組合不同的Chiplet來達(dá)到所需的性能和功能。而AI算法可以在這些專門設(shè)計(jì)的處理器上運(yùn)行，以處理汽車傳感器數(shù)據(jù)、做出決策和提供先進(jìn)的駕駛輔助功能。這就很考驗(yàn)如今的EDA，不僅僅支持單一芯片的設(shè)計(jì)，還要能夠支持更廣泛的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。這意味著需要能夠處理來自不同來源和技術(shù)的芯片和組件的集成。
在這個(gè)充滿新技術(shù)和應(yīng)用挑戰(zhàn)的時(shí)代，我們面對(duì)包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)支持、高級(jí)建模/模擬和驗(yàn)證功能、系統(tǒng)規(guī)范性測試、統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，以及處理大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜運(yùn)算的能力等等在內(nèi)的眾多技術(shù)挑戰(zhàn)。鑒于這些技術(shù)日新月異，EDA如何通過創(chuàng)新理念、工具、設(shè)計(jì)方法和策略來適應(yīng)這些變化？又如何確保芯片設(shè)計(jì)正確，以及確保設(shè)計(jì)正確芯片？這里的“正確”不僅在于芯片功能方面，更在于設(shè)計(jì)出真正需要的、有市場價(jià)值的芯片。
EDA公司的精準(zhǔn)芯策略
目前，針對(duì)上述挑戰(zhàn)很多頭部EDA公司正處在探索、嘗試和發(fā)展的階段。以國內(nèi)的思爾芯為例，該公司正積極在新應(yīng)用和新技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行布局，如RISC-V、Chiplet、AI、GPU、高性能計(jì)算（HPC）和汽車電子等，并給出了針對(duì)性的解決方案。
思爾芯的創(chuàng)始人、董事長兼CEO林俊雄指出：“面對(duì)芯片設(shè)計(jì)的新挑戰(zhàn)，我們圍繞‘精準(zhǔn)芯策略’（Precision Chip Strategy,PCS），采用異構(gòu)驗(yàn)證方法，以及并行驅(qū)動(dòng)和左移周期方法，旨在確保芯片設(shè)計(jì)正確（Design the Chip Right），也確保設(shè)計(jì)正確芯片（Design the Right Chip）。”
林俊雄所提到的“確保芯片設(shè)計(jì)正確”和“確保設(shè)計(jì)正確芯片”這兩個(gè)概念，雖然聽起來相似，但實(shí)際上涵蓋了芯片設(shè)計(jì)過程中的兩個(gè)非常重要且不同的方面。
確保芯片設(shè)計(jì)正確：關(guān)注的是在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中，如何以最高效、最準(zhǔn)確的方式來驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì)。這包括通過合適的設(shè)計(jì)方法學(xué)，在不同的設(shè)計(jì)階段選用高效的工具，進(jìn)行徹底的仿真和驗(yàn)證。這一過程強(qiáng)調(diào)的是“正確地做事”，即在技術(shù)和操作層面上精確無誤地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。
確保設(shè)計(jì)正確芯片：關(guān)注的是確保設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出符合市場需求和應(yīng)用場景需求的芯片。這涉及對(duì)市場趨勢的理解、對(duì)未來技術(shù)發(fā)展的預(yù)測以及對(duì)客戶需求的深刻洞察。面對(duì)多變的市場，要有新的設(shè)計(jì)方法與工具去高效且精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)。這一過程強(qiáng)調(diào)的是“做正確的事”，即設(shè)計(jì)出真正需要的、有市場價(jià)值的芯片。
芯片設(shè)計(jì)一直以來都在強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，一旦芯片流片失敗，不僅導(dǎo)致高額的成本損失，還可能使企業(yè)錯(cuò)過重要的市場窗口。這一點(diǎn)無論是過去還是技術(shù)日新月異的現(xiàn)在，都依然如此。這就是為什么EDA廠商始終推進(jìn)和改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，以確保芯片設(shè)計(jì)的正確。觀察整個(gè)芯片開發(fā)流程中，每個(gè)階段的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證需求是各不相同的。為了確保每一步都設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，就需要充分的仿真。但是傳統(tǒng)的軟件仿真方法一旦遇到設(shè)計(jì)規(guī)模變大，性能就會(huì)大大降低。為此，思爾芯通過異構(gòu)驗(yàn)證方法，融合了多種先進(jìn)仿真與驗(yàn)證技術(shù)，針對(duì)不同階段采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證策略。
思爾芯異構(gòu)驗(yàn)證方法包括架構(gòu)設(shè)計(jì)（芯神匠）、軟件仿真（芯神馳）、硬件仿真（芯神鼎）和原型驗(yàn)證（芯神瞳），覆蓋了從IP開發(fā)到系統(tǒng)驗(yàn)證的全過程。此外，通過利用數(shù)字電路調(diào)試軟件（芯神覺）以及豐富的外置應(yīng)用庫/降速橋/VIP，思爾芯構(gòu)建了一個(gè)全面的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和調(diào)試環(huán)境。這個(gè)環(huán)境不僅促進(jìn)了跨團(tuán)隊(duì)的高效協(xié)作，也確保了設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到預(yù)定的準(zhǔn)確性，從而在短的時(shí)間內(nèi)高效實(shí)現(xiàn)了“確保芯片設(shè)計(jì)正確”的目標(biāo)。
其次，在傳統(tǒng)的工作流程中，軟件開發(fā)、系統(tǒng)規(guī)范性測試、各類認(rèn)證、客戶演示等都要在流片回來上板后才能進(jìn)行。這是一個(gè)漫長的等待過程，由于現(xiàn)在的技術(shù)日新月異，很多設(shè)計(jì)是到樣片上板測試后才發(fā)現(xiàn)早期的規(guī)格或架構(gòu)錯(cuò)誤，或是并不符合市場需求。此時(shí)，如何確保設(shè)計(jì)正確芯片？現(xiàn)在思爾芯通過并行驅(qū)動(dòng)，左移周期方法，在芯片設(shè)計(jì)的初始階段，就實(shí)現(xiàn)并行驅(qū)動(dòng)的工作流程。這意味著在設(shè)計(jì)的一開始，并在每一個(gè)階段，利用工具高效且準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)計(jì)。
先是使用思爾芯的芯神匠架構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（Genesis Architect），設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行有效的規(guī)劃和架構(gòu)設(shè)計(jì)。這不僅提高了設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，也加快了后續(xù)的開發(fā)流程。之后，工程師可以通過芯神瞳原型驗(yàn)證（Prodigy）與芯神匠架構(gòu)軟件（Genesis Architect）的協(xié)同建模，將RTL代碼映射進(jìn)原型驗(yàn)證中，使得設(shè)計(jì)模型和最終芯片相一致。透過架構(gòu)設(shè)計(jì)與原型驗(yàn)證的模型，它的運(yùn)行速度可接近最終芯片，因此可以進(jìn)行提前軟件開發(fā)，客戶演示等，亦可提早進(jìn)行各種認(rèn)證，例如汽車電子的安全性認(rèn)證等。這種方法大大縮短了開發(fā)時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程的時(shí)間提前，即“左移”，從而又快又好地實(shí)現(xiàn)“確保設(shè)計(jì)正確芯片”。
通過這些設(shè)計(jì)方法和工具，思爾芯不僅加速了新興趨勢下復(fù)雜芯片的設(shè)計(jì)過程，還確保設(shè)計(jì)正確芯片，確保芯片設(shè)計(jì)正確，幫助客戶在競爭激烈的芯片市場中獲得優(yōu)勢。
林俊雄還強(qiáng)調(diào)，思爾芯率先在產(chǎn)品中使用了AI技術(shù)，小到從分割（partitioning）算法的資源預(yù)估，大到架構(gòu)層級(jí)優(yōu)化（architecture-level optimization）工具的設(shè)計(jì)空間探索，都有很重要的AI應(yīng)用。
思爾芯是國內(nèi)數(shù)字前端EDA領(lǐng)域的行業(yè)龍頭，也是業(yè)內(nèi)最早開發(fā)原型驗(yàn)證工具的企業(yè)。在思爾芯20周年的閉門論壇上，林俊雄介紹：“2004年在上海成立至今，這20年間，我們一直專注于客戶，貼近客戶并始終堅(jiān)持以客戶需求為導(dǎo)向的原則。讓客戶能夠站在雙方幾十年的知識(shí)積累和客戶經(jīng)驗(yàn)上，客戶可以在很短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)貼近自己具體應(yīng)用需求的SoC重建，降低風(fēng)險(xiǎn)并加速軟件開發(fā)進(jìn)程，提前實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整合。”
截至目前，思爾芯的客戶數(shù)量已超過600家，包括英特爾、三星、索尼、黑芝麻、開芯院、芯動(dòng)科技等。其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G通信、智慧醫(yī)療、汽車電子等終端領(lǐng)域。
寫在最后
在當(dāng)今這個(gè)以RISC-V、Chiplet、AI和汽車電子為代表的新技術(shù)時(shí)代中，如何確保設(shè)計(jì)正確芯片以及確保芯片設(shè)計(jì)正確成為了各界的核心關(guān)注點(diǎn)。盡管芯片設(shè)計(jì)的正確性極為關(guān)鍵，但同時(shí)幫助芯片公司符合市場需求并把握市場窗口同樣重要。這正突顯了思爾芯“精準(zhǔn)芯策略”在該方面的重要性。
在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)的芯片設(shè)計(jì)新戰(zhàn)場上，EDA的角色不僅僅是適應(yīng)新興技術(shù)的發(fā)展，更重要的是積極地?fù)肀Ш鸵I(lǐng)這些挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)不斷變化的市場和技術(shù)需求，EDA工具必須持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新和演進(jìn)，以滿足越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求。
在這方面，思爾芯憑借其20年的技術(shù)積累和完善的數(shù)字前端EDA解決方案，已經(jīng)展現(xiàn)出了其卓越的能力。通過實(shí)施“精準(zhǔn)芯策略”、提供本地化支持和定制服務(wù)，思爾芯不僅加速了客戶產(chǎn)品的上市時(shí)間，還成功開辟了新的市場空間。這一切，都是思爾芯對(duì)于不斷變化的技術(shù)和市場環(huán)境的積極響應(yīng)和前瞻性布局的結(jié)果。
