產(chǎn)品服務(wù)
轉(zhuǎn)載至電子工程專輯
作者：劉于葦
當(dāng)前智能手機(jī)、車聯(lián)網(wǎng)、IoT等終端，對于系統(tǒng)級芯片（SoC）的PPA (功耗、性能、面積)提出了更高的要求。面對動輒數(shù)百億顆晶體管的芯片設(shè)計(jì)規(guī)模，以及異構(gòu)集成、系統(tǒng)級封裝、Chiplets等新的封裝方向，如果沒有機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和人工智能（AI）的輔助，只用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，工程師們會面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
將AI設(shè)計(jì)從概念升級到實(shí)戰(zhàn)階段，無論是在EDA工具中應(yīng)用AI算法賦能芯片設(shè)計(jì)的“AI Inside”，還是關(guān)注如何設(shè)計(jì)EDA工具助力AI芯片高效設(shè)計(jì)的“AI Outside”，EDA工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都已經(jīng)開始行動。在國家戰(zhàn)略層面，美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)甚至開始將電子資產(chǎn)智能設(shè)計(jì)(IEDA) 作為代表性項(xiàng)目，重點(diǎn)突破優(yōu)化算法、7nm以下芯片設(shè)計(jì)支持、布線和設(shè)備自動化等關(guān)鍵技術(shù)難題。
其實(shí)AI用于芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)不是新鮮事了，谷歌當(dāng)年在設(shè)計(jì)TPU芯片時就用到了AI技術(shù)；三星將AI技術(shù)融入到芯片的設(shè)計(jì)中，據(jù)稱超越了此前可以達(dá)到的芯片PPA效果；英偉達(dá)也正在用AI算法來優(yōu)化5nm和3nm芯片的設(shè)計(jì)…
那么國內(nèi)外EDA廠商們，對于在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中采用AI技術(shù)，抱什么樣的態(tài)度，又是如何行動的呢？在日前舉辦的中國集成電路產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)年會（ICCAD 2021）上，新思科技、Cadence、國微思爾芯和鴻芯微納等EDA企業(yè)高層接受了《電子工程專輯》等媒體的采訪，除了AI的應(yīng)用，大家還就EDA上云、3D IC等熱點(diǎn)話題進(jìn)行了探討。
AI用于EDA工具，是否會取代人類工程師？
AI還可以在前端設(shè)計(jì)時，通過建模檢測其在后端的運(yùn)行結(jié)果，讓工程師知道他們現(xiàn)在前段的優(yōu)化動作在后端是否有效，縮減迭代的速度。但王宇成認(rèn)為目前的AI技術(shù)還很難拿來做簽核，因?yàn)榛诮５姆绞竭€不夠精準(zhǔn)，只能給出大概范圍。
同屬國微集團(tuán)旗下的國微思爾芯創(chuàng)立于2004年1月，一直聚焦于數(shù)字芯片電子設(shè)計(jì)前端驗(yàn)證業(yè)務(wù)，是EDA工具鏈中的重要組成部分。國微思爾芯資深副總裁林鎧鵬將AI應(yīng)用分為兩個部分來理解，一是用EDA工具幫助AI芯片高效設(shè)計(jì)，也就是“AI Outside”；二是AI技術(shù)在EDA工具的應(yīng)用，就是“AI Inside”。
AI Outside方面，近年來做AI芯片的廠商持續(xù)增多，相比傳統(tǒng)芯片，AI芯片的迭代速度更快、規(guī)模更大。國微思爾芯主要為這部分客戶驗(yàn)證AI芯片性能和收斂能力，以及芯片如何與上層應(yīng)用集成并迭代，國微思爾芯針對AI的分布式、矩陣式等運(yùn)算特點(diǎn)，推出的解決方案能夠在特定領(lǐng)域得到更快的結(jié)果。AI Inside方面，林鎧鵬提到了業(yè)界目前一種觀點(diǎn)，就是AI用于EDA工具能在某種程度上降低國內(nèi)EDA人才的迫切需求。“AI技術(shù)的加持，可以讓我們在開發(fā)過程中獲得更多人力的解放，加快開發(fā)過程的收殮，” 林鎧鵬說到，“但要替代人類智慧來做芯片，還需要一段時間。特別是在芯片規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，需要對整個市場的理解，這是不能缺少人的。”
可見AI可以解放人的生產(chǎn)力，但不能取代人。而且AI的主要任務(wù)還是在數(shù)字化轉(zhuǎn)型上，如果未來AI真的大爆發(fā)能夠取代人類，那么影響到的將不僅僅是芯片設(shè)計(jì)，也將更多影響到整個人類社會。
仿真和驗(yàn)證的重要性
目前系統(tǒng)廠商掀起了自研芯片的風(fēng)潮，因?yàn)殡S著系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜化和廠商追求差異化的需求，通用芯片已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)廠商的特殊要求。研發(fā)一款專用芯片對于系統(tǒng)廠商來說，流片是一筆不小的負(fù)擔(dān)，要保證“一次過”，就要在芯片沒流片之前就做好充分的系統(tǒng)級驗(yàn)證。所以各大EDA廠商都在強(qiáng)調(diào)仿真驗(yàn)證的重要性以及自家核心優(yōu)勢，尤其是在前端就做更復(fù)雜的系統(tǒng)級驗(yàn)證。
林鎧鵬認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用給EDA中的驗(yàn)證環(huán)節(jié)帶來了很大幫助，尤其是用在數(shù)據(jù)編輯、分割、時序、收斂以及尋找最優(yōu)解的過程中，國微思爾芯的算法專家也在與高校、學(xué)術(shù)界進(jìn)行交流，希望通過機(jī)器學(xué)習(xí)用AI相關(guān)算法來提升整個EDA工具和軟件性能。對于系統(tǒng)化驗(yàn)證的需求，當(dāng)前針對3D封裝芯片系統(tǒng)以及牽扯到多個NPU、CPU協(xié)作系統(tǒng)的驗(yàn)證復(fù)雜性都非常大。業(yè)界除了通過系統(tǒng)建模來提升驗(yàn)證效率，也會通過分布式或基于云、集群的算法來提高遞歸驗(yàn)證的效率。
另外，驗(yàn)證占EDA總體算力比重較大，可達(dá)到60-70%甚至更多。現(xiàn)在不少系統(tǒng)廠商自行開發(fā)SoC，可能真正自研的只是其中一兩個他們擅長的IP，更多是用第三方IP組合，這樣要驗(yàn)證其他整合部分、軟件和固件之間的匹配度的需求越來越多。鑒于驗(yàn)證任務(wù)越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也希望采用不同的驗(yàn)證工具來進(jìn)行交叉對比確保質(zhì)量，“所以不少新創(chuàng)EDA公司也選擇了驗(yàn)證作為切入點(diǎn)。”
EDA上云很火，但國內(nèi)廠商很謹(jǐn)慎
EDA上云也是一個大趨勢，許偉認(rèn)為不管從算力還是大數(shù)據(jù)等方面，EDA上云都會帶來更大的優(yōu)勢，尤其是對于成長型企業(yè)而言，將會獲得更多的便利，包括更低的成本和更高的效率。當(dāng)前越來越多公司開始自己建私有云甚至公有云，這種趨勢會對各類基礎(chǔ)設(shè)施帶來大量調(diào)整，據(jù)悉新思科技很早就與微軟展開合作，在微軟Azure上運(yùn)行的IC Validator物理驗(yàn)證解決方案在不到9小時的時間內(nèi)，完成了對AMD Radeon Pro VII GPU（包括超過130億個晶體管）的驗(yàn)證。
EDA上云的難點(diǎn)之一就是云算力的分享，EDA無論是設(shè)計(jì)還是驗(yàn)證對算力的需求都非常大，初創(chuàng)芯片設(shè)計(jì)公司很多時候承受不起自建云，只能在公有云上“削峰填谷”用時間換金錢。林鎧鵬認(rèn)為，如果能采用私有云、公有云混搭方式來提供更合理的解決方案，對于很多初創(chuàng)中小型公司來說會有很大幫助。此外還要考慮信息和數(shù)據(jù)安全，以及商業(yè)模式上如何提供合理的授權(quán)（License）方式。
不過即便EDA上云有著更高的便利性、靈活性，還可以根據(jù)實(shí)際情況決定授權(quán)用多久，幾家EDA廠商也都表示，目前真正完全在云端使用EDA的設(shè)計(jì)企業(yè)很少，尤其是國內(nèi)企業(yè)。
本土新創(chuàng)EDA公司真的多嗎？
如果看EDA三巨頭的發(fā)展史，我們會發(fā)現(xiàn)他們一路都在不斷并購整合，通過融入新技術(shù)的方式來提供新工具。“雖然這幾年中國出現(xiàn)了很多新創(chuàng)EDA企業(yè)，但如果從整個中國的大市場來看，幾十家并不算多，二十年前美國的EDA公司也非常多。” 林鎧鵬說到，“現(xiàn)在國內(nèi)廠商還是集中在一些小的點(diǎn)工具上，在某些領(lǐng)域可能稍顯擁擠，但隨著產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展，最終還是要靠產(chǎn)品說話，市場會有自己的調(diào)節(jié)能力。”
談到未來國內(nèi)EDA公司可能面臨的整合，王宇成分析道，整合可以有經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上兩種，目前來看后者更符合中國國情。從EDA工具的角度看，國內(nèi)廠商如果沒有完整解決方案，要客戶轉(zhuǎn)而采用國產(chǎn)EDA非常困難，需要專門的機(jī)構(gòu)整合分散的EDA工具使它們變成真正的國產(chǎn)替代完整解決方案。“這里的關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)據(jù)庫，2002年左右美國就有各種聯(lián)盟希望通過數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行EDA整合。對中國來說制訂自己的EDA行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)很重要，實(shí)現(xiàn)的話就能整合國內(nèi)EDA，給客戶完整的解決方案，而不是某個部分的點(diǎn)工具，推廣起來也會更容易。”
半導(dǎo)體行業(yè)是全球化分工程度極高、國際化特性長期持續(xù)、產(chǎn)業(yè)鏈特別長的行業(yè)，國內(nèi)EDA公司扎堆出現(xiàn)的現(xiàn)象，許偉認(rèn)為這其實(shí)是好事。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的加強(qiáng)和提高證明整個環(huán)境在可持續(xù)發(fā)展，面對全球缺芯的過程中，中國也在資本、技術(shù)和人才各個方面努力為全球產(chǎn)業(yè)鏈做貢獻(xiàn)。這樣不但促使中國不斷深度融入全球產(chǎn)業(yè)鏈，也讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)獲得中國注入的發(fā)展活力，最終達(dá)到競爭與合作的平衡。“中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化應(yīng)該是腳踏實(shí)地、公平競爭、開放創(chuàng)新的國產(chǎn)化，高水平國產(chǎn)化必然要求高水平的國際化，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)只有走這樣的道路才會越來越健康。”
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