拿起石頭做武器那一刻,決定了人類將成為這個(gè)星球的萬物之靈,工具是人類文明高度的衡量標(biāo)準(zhǔn),是生產(chǎn)力水平的代表,也是行業(yè)變革的催化劑。相機(jī)出現(xiàn)之前,畫師既是藝術(shù)家,也是一種職業(yè);相機(jī)出現(xiàn)之后,畫師就只剩下藝術(shù)屬性,普通人稍加訓(xùn)練,拍出的照片惟妙惟肖,與實(shí)景纖毫不差,面對(duì)工具加持的影像愛好者,在實(shí)景還原方面,一般畫師就算有十年功力也難比過,畫筆仍可以呈現(xiàn)藝術(shù),但影像產(chǎn)業(yè)的繁榮則離不開現(xiàn)代工具。在工程領(lǐng)域也是如此,芯片設(shè)計(jì)最早都是靠工程師一筆一劃用紙筆將設(shè)計(jì)在圖紙上呈現(xiàn)出來,但集成度的提高很快讓設(shè)計(jì)任務(wù)超出人力極限,各種工具應(yīng)運(yùn)而生,幫助工程師應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā),最后,EDA工具與IP成為了一個(gè)百億美元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。

為什么EDA工具要從“Photoshop”變成“美圖秀秀”?

最早的芯片產(chǎn)品開發(fā)者就像畫師一樣,從產(chǎn)品定義到邏輯設(shè)計(jì),從版圖到封裝,從測(cè)試到應(yīng)用,每一個(gè)晶體管都靠頭腦和手工處理,屬于高強(qiáng)度勞動(dòng)密集型工作,對(duì)開發(fā)人員知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)要求極高,培養(yǎng)人才周期很長(zhǎng),不利于產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、設(shè)計(jì)重用和模型化開發(fā)等技術(shù)發(fā)展,芯片功能開發(fā)與具體物理實(shí)現(xiàn)逐漸剝離開,芯片架構(gòu)師與數(shù)字電路設(shè)計(jì)工程師不再需要關(guān)注晶體管在物理實(shí)現(xiàn)時(shí)的很多細(xì)節(jié),單元庫(kù)、硬件描述語言和硅IP的出現(xiàn),讓工程師可以用抽象化的高級(jí)語言設(shè)計(jì)芯片,通過邏輯綜合工具把抽象化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的邏輯電路連接組合,從而突破了人力極限,推動(dòng)芯片沿著摩爾定律預(yù)測(cè)的方向不斷提升集成度。

EDA工具就這樣連接兩端,一端連接思路活躍的工程師,一端連接規(guī)則嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢硎澜纭Ｋ?EDA工具提高升級(jí)也沿著兩個(gè)方向走,一個(gè)方向面向工程師,即工具的易用性,簡(jiǎn)化難度,降低門檻,讓更多人可以從事芯片開發(fā);一個(gè)方向是面向物理世界的,即功能性,規(guī)則要夠細(xì),功能要夠強(qiáng),規(guī)模要夠大,效率要夠高,做好芯片工藝升級(jí)換代的支撐。

但易上手和功能強(qiáng)不能兼美的情況還很普遍,對(duì)此,EDA大廠的答案很簡(jiǎn)單,不做選擇,全都提供。

新思科技中國(guó)董事長(zhǎng)兼全球資深副總裁葛群告訴探索科技(techsugar),隨著數(shù)字社會(huì)全面來臨,芯片應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,不同設(shè)計(jì)需求將長(zhǎng)期共存,新思為開發(fā)者提供了不同類型的集成電路設(shè)計(jì)工具,以滿足更多元化的工程需求。

他用“美圖秀秀”和“Photoshop”來舉例。家電等功能簡(jiǎn)單的終端產(chǎn)品所使用的芯片并不復(fù)雜,性能要求也不高,普通工藝就能滿足應(yīng)用要求;而像CPU、GPU等追求極致性能的SoC,功能繁多,集成度要求極高,需要最先進(jìn)的工藝才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于前者而言,相對(duì)簡(jiǎn)單的“美圖秀秀”級(jí)別的工具便可滿足其設(shè)計(jì)需求,而后者則需要更為專業(yè)的“Photoshop”級(jí)別的工具。

葛群表示,由于數(shù)字社會(huì)中芯片的需求量激增,未來使用“美圖秀秀”類EDA工具進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的場(chǎng)景會(huì)更多,市場(chǎng)潛力也會(huì)更大。因此,使芯片設(shè)計(jì)變得像用“美圖秀秀”做圖一樣簡(jiǎn)單,而不是維持在原來只有少數(shù)人才能掌握的專業(yè)“Photoshop”,是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的前景及新思一直以來的期待。

降低EDA工具使用門檻大勢(shì)所趨,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,人才缺口已經(jīng)成為影響行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭的決定性因素。

從1959年集成電路產(chǎn)業(yè)誕生,到1994年全球半導(dǎo)體產(chǎn)值首次突破1000億美元,用時(shí)35年,而在突破千億美元大關(guān)之后6年,半導(dǎo)體產(chǎn)值即破2000億元美元,3000億關(guān)口和4000億關(guān)口分別用了10年和7年。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IC Insights的估算,2021年全球半導(dǎo)體產(chǎn)值將突破5000億美元,這也算4000億到5000億關(guān)口用時(shí)4年,而該機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2年之后的2023年,全球半導(dǎo)體產(chǎn)值將突破6000億。

市場(chǎng)規(guī)模在膨脹,大芯片提高集成度的游戲還在延續(xù),那么向EDA工具要開發(fā)效率的要求就會(huì)一直存在,而降低專業(yè)軟件使用門檻,補(bǔ)齊人才缺口,用“美圖秀秀”級(jí)別使用難度的軟件,也能開發(fā)出功能強(qiáng)大的芯片,就成為EDA工具廠商的使命。

新思能提供什么樣的“Photoshop”和“美圖秀秀”?

在小芯片開發(fā)上,現(xiàn)有工具已經(jīng)比較強(qiáng)大,縱然還不能像“美圖秀秀”一樣一鍵完成設(shè)計(jì),但有足夠豐富的工具、IP庫(kù)與設(shè)計(jì)案例供開發(fā)者選擇,已經(jīng)大幅降低了開發(fā)難度。大芯片則要難很多,動(dòng)輒集成數(shù)十億顆晶體管,支持千百個(gè)功能,待測(cè)項(xiàng)成千上萬,先進(jìn)工藝要考慮的參數(shù)遠(yuǎn)多于成熟工藝,開發(fā)周期還是固定的18個(gè)月左右,像移動(dòng)或桌面處理器這樣巨大的系統(tǒng)工程,廠商往往要投入大幾千工程師年開發(fā)資源,而至少每年升級(jí)一代主打產(chǎn)品已經(jīng)成為頭部芯片產(chǎn)品公司的慣例,如此浩大的工程,應(yīng)該如何簡(jiǎn)化呢?

葛群介紹,新思為開發(fā)者提供了一套組合拳,利用開發(fā)左移、設(shè)計(jì)上云、人工智能與硅生命周期管理等創(chuàng)新理念和技術(shù)變革,芯片設(shè)計(jì)企業(yè)在工具和新式開發(fā)方法學(xué)幫助下,分解工程難度、加速設(shè)計(jì)進(jìn)程、縮短開發(fā)時(shí)間,從而提高研發(fā)產(chǎn)出率。

具體來看,開發(fā)左移(Shift Left)是指提前啟動(dòng)芯片驗(yàn)證和軟件開發(fā)工作。傳統(tǒng)開發(fā)流程各環(huán)節(jié)順序展開,功能驗(yàn)證和軟件開發(fā)只能等芯片生產(chǎn)好之后才能正式開始,隨著芯片集成度提高,芯片驗(yàn)證與軟件開發(fā)工作量越來越大,投入工程師資源不變時(shí),開發(fā)時(shí)間就大大延長(zhǎng),極大增加了錯(cuò)過新產(chǎn)品市場(chǎng)最佳投放時(shí)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

解決之道就是開發(fā)左移,利用IP復(fù)用、驗(yàn)證左移和Virtualizer等虛擬原型設(shè)計(jì)解決方案,軟件工程師和驗(yàn)證工程師不需要等芯片生產(chǎn)出來,就可以在新思打造的虛擬原型平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)與功能驗(yàn)證。這樣,開發(fā)者從最初產(chǎn)品定義期就開始驗(yàn)證項(xiàng)目流程管理的順暢性、合理性,讓整體步驟前移,從而加速設(shè)計(jì)進(jìn)程、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間并提高設(shè)計(jì)成功率。

人工智能在芯片設(shè)計(jì)工具、方法論和流程上應(yīng)用效果如何,是EDA工具能否從“Photoshop”轉(zhuǎn)向“美圖秀秀”的關(guān)鍵。在這個(gè)領(lǐng)域,新思已經(jīng)結(jié)出碩果。2020年初,新思推出DSO．a(chǎn)i技術(shù),通過在芯片設(shè)計(jì)工作中引入人工智能,讓EDA工具更智能化,更好用,并進(jìn)一步提高了芯片設(shè)計(jì)的抽象層次,大幅降低芯片設(shè)計(jì)的難度和門檻,讓開發(fā)者將更多精力投放在高層次模塊的創(chuàng)新上。新思還利用人工智能技術(shù)在芯片設(shè)計(jì)的巨大求解空間里搜索優(yōu)化目標(biāo),自主執(zhí)行次要決策,幫助芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以專家級(jí)水平進(jìn)行操作,從而大幅提高整體生產(chǎn)力。

此外,新思諸多工具在推動(dòng)人工智能硬件研發(fā)方面也起到了關(guān)鍵作用,尤其在硅工程、IP、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。2020年10月,新思宣布與IBM Research人工智能硬件中心的合作進(jìn)入新階段,目標(biāo)是在新思的工具和工程師協(xié)助下,2029年將人工智能計(jì)算性能比當(dāng)前提升1000倍。

芯片設(shè)計(jì)上云是另一個(gè)重點(diǎn)方向。“云上EDA”融合了EDA技術(shù)與云端運(yùn)算性能和存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì),能解決大型芯片設(shè)計(jì)面臨的算力缺口問題,為開發(fā)者提供價(jià)格便宜的、實(shí)時(shí)可用的算力,研發(fā)環(huán)境部署簡(jiǎn)單快捷、高度協(xié)同,還可獲得專家實(shí)時(shí)響應(yīng)和支持。多年前,新思就開始與大型芯片公司合作,開展內(nèi)部云上部署。例如,新思與臺(tái)積電共同部署云上設(shè)計(jì)和芯片制造平臺(tái),幫助臺(tái)積電成為首家實(shí)現(xiàn)云設(shè)計(jì)的代工廠。世界上首枚完全在云上實(shí)現(xiàn)的芯片,就誕生在臺(tái)積電的云設(shè)計(jì)平臺(tái)上。新思還與臺(tái)積電在微軟Azure平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)云上時(shí)序簽核(signoff)新流程,加快片上系統(tǒng)開發(fā)效率。

硅生命周期管理(SLM)平臺(tái)則可視為芯片產(chǎn)品開發(fā)的大管家,該工具通過分析芯片內(nèi)部的片上監(jiān)控器和傳感器數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SoC的全生命周期管理。新思的SLM平臺(tái)為芯片開發(fā)及應(yīng)用管理提供最豐富的數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)收集范圍覆蓋芯片的設(shè)計(jì)校正、生產(chǎn)良率、測(cè)試驗(yàn)證、質(zhì)量監(jiān)控、性能評(píng)測(cè)到使用維護(hù)等環(huán)節(jié),利用這些數(shù)據(jù),結(jié)合新思融合設(shè)計(jì)(Fusion Design)工具,開發(fā)人員可以對(duì)芯片的性能、可靠性和安全性進(jìn)行深入分析,這為SoC開發(fā)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累打開全新視角,為開發(fā)者在芯片開發(fā)和系統(tǒng)應(yīng)用中的每個(gè)階段實(shí)現(xiàn)優(yōu)化帶來可能。

從上述產(chǎn)品來看,EDA公司本質(zhì)上就是軟件公司,但和通用軟件或互聯(lián)網(wǎng)公司差異極大。軟件特色之一是迭代快,尤其互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品,上線之后再通過反復(fù)迭代試錯(cuò)來完善產(chǎn)品是常見的做法。EDA產(chǎn)品的試錯(cuò)空間就沒那么大,大芯片開發(fā)投入大,時(shí)間窗口緊,一代產(chǎn)品沒有趕上就步步被動(dòng),因此芯片產(chǎn)品公司期望在產(chǎn)品交付前把致命性缺陷都排除。新思三大業(yè)務(wù)都在圍繞幫客戶在限定時(shí)間內(nèi)開發(fā)出最低缺陷的產(chǎn)品做文章,例如開發(fā)左移、IP化設(shè)計(jì)和軟件完整性等。

兼容并包是EDA發(fā)展之道

EDA公司的杠桿作用特別明顯。宏觀來看,EDA加上IP全球產(chǎn)值規(guī)模不過百億美元,卻是5000億美元半導(dǎo)體行業(yè)的“蘇伊士運(yùn)河”,EDA和IP被“堵住”,晶圓制造公司和芯片設(shè)計(jì)公司均無法運(yùn)轉(zhuǎn);微觀來看,EDA與IP運(yùn)用得好壞,決定著一個(gè)芯片產(chǎn)品公司的開發(fā)效率,還影響著產(chǎn)品質(zhì)量和知識(shí)傳承,因此優(yōu)秀的芯片產(chǎn)品公司和EDA公司相互成就,彼此激勵(lì),一款釋放生產(chǎn)力的新工具,往往源自于芯片產(chǎn)品公司在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)的定制化需求。

作為芯片產(chǎn)業(yè)的根技術(shù)和硬科技,EDA與IP的重要性不言而喻。中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展磕磕絆絆,尚不能支撐當(dāng)前本土芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,但近年來,我國(guó)對(duì)EDA產(chǎn)業(yè)重視程度提高很多,國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一大批EDA和IP公司,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近期準(zhǔn)備上市的EDA與IP企業(yè)就有7家。

葛群建議,本土EDA廠商在謀發(fā)展時(shí)要更具耐心,持續(xù)投入積淀,然后靜待時(shí)間來發(fā)酵。一款芯片的設(shè)計(jì)周期通常是一至兩年,但僅一個(gè)EDA點(diǎn)工具的開發(fā)周期就需要三年,平臺(tái)型工具更至少需要五年的開發(fā)時(shí)間。新思的發(fā)展歷程就頗多借鑒之處,從點(diǎn)工具入場(chǎng),通過長(zhǎng)期研發(fā)投入和不斷并購(gòu),歷時(shí)30多年新思才構(gòu)建起了如今陣列完整的EDA工具庫(kù)。EDA本土化發(fā)展也不可能一蹴而就,必然是一個(gè)漸進(jìn)的過程——先從單個(gè)點(diǎn)工具切入,再循序漸進(jìn)到整個(gè)套件和平臺(tái)。

葛群認(rèn)為,在當(dāng)前國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局下,新思在多數(shù)場(chǎng)景中都將是本土EDA廠商的合作伙伴,而非競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。在本土公司尚不能構(gòu)建起完整芯片開發(fā)環(huán)境前,本土供應(yīng)鏈更可行的方式是與新思等頭部企業(yè)加強(qiáng)合作,利用新興的人工智能和云計(jì)算的技術(shù),結(jié)合當(dāng)前EDA頭部企業(yè)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品,發(fā)揮本土公司特色,為中國(guó)芯片行業(yè)發(fā)展鋪平道路。

在支持本土EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展上,新思勇于嘗試。2020年,新思與國(guó)產(chǎn)EDA公司芯華章開展合作,在南京設(shè)立云驗(yàn)證中心,為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供驗(yàn)證服務(wù)。2021年,新思將12至28納米工藝技術(shù)授權(quán)芯耀輝,芯耀輝可利用這些技術(shù)來適配國(guó)內(nèi)芯片制造工藝的DesignWare 、USB、DDR、MIPI、HDMI和PCI Express等系列IP核,芯耀輝將為本土芯片制造商進(jìn)行定制優(yōu)化,以提高本土廠商芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平,提升開發(fā)效率和驗(yàn)證能力。此外,芯行紀(jì)也在2021年開始為中國(guó)市場(chǎng)提供新思的Tweaker系列ECO(Engineering Change Orders)產(chǎn)品,并提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

葛群表示,在集成電路這樣一個(gè)“合作大于競(jìng)爭(zhēng)”的行業(yè)中,發(fā)展得好的EDA廠商尤其體現(xiàn)了兼容并包的精神。

三大EDA廠商一路并購(gòu),將過去幾十年工程師的奇思妙想都保留在自己的產(chǎn)品樹中,這些產(chǎn)品凝結(jié)了EDA行業(yè)發(fā)展歷程中所有知識(shí)結(jié)晶,只是有些被蒙上了歲月的灰塵,有些才長(zhǎng)出來正閃閃發(fā)亮。