國(guó)微思爾芯：后摩爾定律時(shí)代設(shè)計(jì)方法學(xué)新挑戰(zhàn)及國(guó)產(chǎn)EDA廠商突圍思路

芯片設(shè)計(jì)從系統(tǒng)建模、軟硬件分工、芯片硬件設(shè)計(jì)的架構(gòu)探索，到系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)以及績(jī)效基準(zhǔn)測(cè)試都是決定芯片功能的重要因素，因此無(wú)論是混合異構(gòu)的芯片驗(yàn)證環(huán)境建置，還是支持芯片的架構(gòu)探索、效能分析和軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證，都是值得設(shè)計(jì)公司重點(diǎn)研發(fā)之處，可以幫助公司在激烈競(jìng)爭(zhēng)的半導(dǎo)體市場(chǎng)中做出市場(chǎng)區(qū)隔和產(chǎn)品差異化。

在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)人員是依靠手工方式完成集成電路的設(shè)計(jì)。如今，隨著工藝演進(jìn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)人員必須依靠輔助軟件才能完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的工作。集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，EDA已成為不可或缺的一環(huán)。

目前，全球排名靠前的EDA公司都是國(guó)際公司，這些國(guó)際公司占據(jù)了市場(chǎng)絕大多數(shù)份額，主要EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，而國(guó)內(nèi)的EDA公司正處于追趕階段。

探索科技（TechSugar）近期啟動(dòng)“EDA專(zhuān)題”采訪，深入探討當(dāng)下EDA領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，分析國(guó)內(nèi)外廠商的發(fā)展路徑。本期受訪人為國(guó)微思爾芯首席執(zhí)行官林俊雄。

月初，國(guó)微思爾芯宣布完成新一輪數(shù)億元融資，將用于打造全流程數(shù)字EDA工具平臺(tái)。據(jù)悉，國(guó)微思爾芯自主研發(fā)的EDA工具，是超大規(guī)模數(shù)字集成電路(VLSI)設(shè)計(jì)過(guò)程的功能驗(yàn)證環(huán)節(jié)必不可少的工具。國(guó)微思爾芯的解決方案涵蓋了芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證的完整流程，從早期的芯片規(guī)劃驗(yàn)證到最終的軟硬件開(kāi)發(fā)驗(yàn)證都有合適的解決方案，目前服務(wù)于全球超過(guò)500家客戶。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA公司面臨著更多挑戰(zhàn)

隨著芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度的不斷提升、產(chǎn)品上市時(shí)間窗的不斷縮小，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的困難度在不斷增加，成本亦是。如何提供自動(dòng)化工具協(xié)助在更短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi)完成更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證成為常見(jiàn)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的軟件仿真已經(jīng)無(wú)法滿足芯片驗(yàn)證需求，必須融合不同的驗(yàn)證方法學(xué)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景使用適合的工具。

針對(duì)現(xiàn)有挑戰(zhàn)，國(guó)微思爾芯首席執(zhí)行官林俊雄表示，國(guó)微思爾芯積累了近20年的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出業(yè)界領(lǐng)先的原型驗(yàn)證工具解決方案，提供了自動(dòng)化編譯技術(shù)、超圖分割和時(shí)分復(fù)用技術(shù)、時(shí)序分析收斂技術(shù)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)探針自動(dòng)注入技術(shù)、快速修改迭代(ECO)技術(shù)等大量EDA軟件算法，可將芯片開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)映射到大量的FPGA陣列上，以實(shí)現(xiàn)高速仿真運(yùn)行。同時(shí)，原型驗(yàn)證工具提供了強(qiáng)大的深度調(diào)試和波形分析工具，能協(xié)助芯片開(kāi)發(fā)者捕捉最隱蔽的設(shè)計(jì)缺陷(Bug)，原型驗(yàn)證系統(tǒng)也提供了強(qiáng)大的軟硬件協(xié)同仿真工具和豐富的接口庫(kù)(IP )，以供芯片開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同仿真(RTL/C)和快速在線調(diào)試(ICE)，支持盡快開(kāi)展深入軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)芯片流片以完成即軟件可發(fā)布。

Prodigy完整原型解決方案滿足了對(duì)在任何功能設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)規(guī)模以及多個(gè)地理位置運(yùn)行的綜合解決方案的需求

當(dāng)下先進(jìn)工藝與封裝的結(jié)合日益緊密，也為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)更高的效能和彈性。例如存儲(chǔ)器的先進(jìn)工藝和3D堆疊封裝帶來(lái)了更大的帶寬，多芯片封裝更是將不同工藝的芯片整合成單一芯片組，大幅縮小了芯片面積，同時(shí)降低了功耗。這些都對(duì)芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證領(lǐng)域提出了更高、更復(fù)雜的要求。對(duì)EDA公司而言，需要更深入地強(qiáng)化與系統(tǒng)化驗(yàn)證IP的集成，在現(xiàn)有的軟硬件架構(gòu)下，去投入更多的資源開(kāi)創(chuàng)并融入新的方法學(xué)，實(shí)現(xiàn)對(duì)先進(jìn)工藝全方位的系統(tǒng)建模，以期預(yù)估單芯片的系統(tǒng)效能。

先進(jìn)封裝提供了高帶寬的裸片到裸片(Die-to-Die)互聯(lián)，這也可以看作延續(xù)摩爾定律的一種方法。通過(guò)平面上的小芯片（chiplet）互連，甚至3D Chiplet互連，來(lái)實(shí)現(xiàn)更高邏輯密度的芯片。但隨之而來(lái)的是更大的挑戰(zhàn)，芯片的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)不同IP、不同Chiplet組合的復(fù)雜產(chǎn)品形態(tài)，新的芯片設(shè)計(jì)也必須快速和原有Chiplet IP良好協(xié)同工作。針對(duì)此類(lèi)需求，EDA業(yè)內(nèi)提出了混合異構(gòu)驗(yàn)證方法，成熟的Chiplet，RTL-Ready IP，System Modeling IP可以在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)建模驗(yàn)證，并發(fā)揮Chiplet、RTL-Ready IP的高速優(yōu)勢(shì)，也支持System Modeling IP的靈活配置功能。

在先進(jìn)工藝開(kāi)發(fā)中，IP成本也在日益增加。林俊雄提到，EDA公司更加強(qiáng)化構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)系，例如成立國(guó)產(chǎn)IP聯(lián)盟和共同開(kāi)發(fā)更敏捷的IP評(píng)估平臺(tái)。先進(jìn)工藝的芯片設(shè)計(jì)集成了更多的IP，如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、人工智能加速器和高速接口，這些都需要相對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證VIP來(lái)確保芯片的正確性和接口的相容性。為了順應(yīng)IP/VIP成本日漸提高的趨勢(shì)，EDA公司與IP公司需要共同著力于建立EDA/IP合作生態(tài)系，開(kāi)發(fā)敏捷的設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)境來(lái)協(xié)助客戶縮短芯片設(shè)計(jì)周期，加速產(chǎn)品上市。

后摩爾定律時(shí)代，異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)逐漸成為先進(jìn)工藝芯片主流設(shè)計(jì)

如今半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入后“摩爾定律”時(shí)代，EDA廠商更加關(guān)注同層級(jí)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的途徑，從RTL到GDS，通過(guò)AI輔助的自動(dòng)化工具軟件綜合得到低抽象級(jí)門(mén)級(jí)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步完成物理設(shè)計(jì)。芯片設(shè)計(jì)從系統(tǒng)建模、軟硬件分工、芯片硬件設(shè)計(jì)的架構(gòu)探索，到系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)以及績(jī)效基準(zhǔn)測(cè)試都是決定芯片功能的重要因素，因此無(wú)論是混合異構(gòu)的芯片驗(yàn)證環(huán)境建置，還是支持芯片的架構(gòu)探索、效能分析和軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證，都是值得設(shè)計(jì)公司重點(diǎn)研發(fā)之處，可以幫助公司在激烈競(jìng)爭(zhēng)的半導(dǎo)體市場(chǎng)中做出市場(chǎng)區(qū)隔和產(chǎn)品差異化。

在先進(jìn)工藝下，異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)正逐漸成為設(shè)計(jì)芯片的主流，不同的運(yùn)算單元有不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)信息流也有不同的處理方式，這些都需要針對(duì)其特性使用不同驗(yàn)證的方法學(xué)。林俊雄說(shuō)道：“對(duì)于異構(gòu)芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證的需求，我們提出基于驗(yàn)證云系統(tǒng)的統(tǒng)一驗(yàn)證平臺(tái)，融合系統(tǒng)建模、軟件仿真、硬件仿真、原型驗(yàn)證、形式驗(yàn)證等不同解決方案，以實(shí)現(xiàn)高效快速驗(yàn)證。這些解決方案采用了統(tǒng)一的編譯/控制腳本和核心數(shù)據(jù)庫(kù)，芯片開(kāi)發(fā)者可以在項(xiàng)目生命周期的不同階段選擇最適合的解決方案，并隨著項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)進(jìn)展平滑遷移到更優(yōu)的解決方案，減少切換成本。此外，利用統(tǒng)一驗(yàn)證平臺(tái)還可以確保各個(gè)階段的驗(yàn)證任務(wù)在同一個(gè)環(huán)境中完成?！?

國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展除延續(xù)三大巨頭模式外，創(chuàng)新也不能停

國(guó)際上，單邊主義、孤立主義和兩套科技體系的觀點(diǎn)使得全球技術(shù)交流受到限制，不利于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。林俊雄認(rèn)為，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全球化的程度已經(jīng)非常高，沒(méi)有哪一個(gè)獨(dú)立的國(guó)家能夠完全實(shí)現(xiàn)獨(dú)立產(chǎn)業(yè)鏈條，全球化市場(chǎng)割裂的提法是政治需求而不是產(chǎn)業(yè)需求，產(chǎn)業(yè)需要一直抱持開(kāi)放、合作的態(tài)度，也希望通過(guò)國(guó)際交流與合作，能夠提升全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

國(guó)內(nèi)EDA領(lǐng)域是比較薄弱的，在林俊雄看來(lái)，其中主要原因是中國(guó)沒(méi)有在EDA領(lǐng)域持續(xù)投入資源，去不間斷地研發(fā)和構(gòu)建市場(chǎng)生態(tài)。中國(guó)從八十年代開(kāi)始研發(fā)了EDA產(chǎn)品“熊貓系統(tǒng)”，起步并不比美國(guó)晚很多，當(dāng)時(shí)的技術(shù)差距也沒(méi)有如今這樣明顯，然而就是因?yàn)闆](méi)有持續(xù)投入研發(fā)和構(gòu)建市場(chǎng)生態(tài)，使得中國(guó)喪失了在全球EDA領(lǐng)域逐鹿的機(jī)會(huì)。EDA三大巨頭（Synopsys、Cadence和西門(mén)子的Mentor）三十多年來(lái)不間斷投入資源進(jìn)行研發(fā)、兼并整合、打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，因此形成了今天對(duì)市場(chǎng)的絕對(duì)壟斷局面。國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展除了延續(xù)三大巨頭的模式之外，還需不斷通過(guò)創(chuàng)新，引入新的方法學(xué)，融入前沿技術(shù)，如“AI”等，才有機(jī)會(huì)打造自己的競(jìng)爭(zhēng)能力。

目前中國(guó)的芯片公司也在迅速增長(zhǎng)中，國(guó)微思爾芯在中國(guó)區(qū)的銷(xiāo)售也因此有所增長(zhǎng)，但增速與芯片公司增速明顯不在同一數(shù)量級(jí)，林俊雄表示出現(xiàn)巨大差異的原因主要有三點(diǎn)：

• 國(guó)內(nèi)EDA企業(yè)普遍規(guī)模較小，尚沒(méi)有一家企業(yè)可以提供給客戶全流程平臺(tái)，造成需求與供給能力之間存在巨大差距；

• 三大巨頭三十多年間營(yíng)造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)非常成功，使得客戶依賴度極高；

• 設(shè)計(jì)公司需要權(quán)衡切換EDA平臺(tái)所帶來(lái)的成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此大多數(shù)設(shè)計(jì)公司對(duì)國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)品處于觀望狀態(tài)。

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展的確給國(guó)內(nèi)EDA公司帶來(lái)大量機(jī)會(huì)，林俊雄提到：“我們需要正確面對(duì)上面所提到的差異，在技術(shù)研發(fā)和支持方面持續(xù)投入，努力彌合供需之間的巨大差距，以更前沿的方法學(xué)、更有效地提供即時(shí)技術(shù)支持和異地協(xié)同開(kāi)發(fā)能力來(lái)吸引國(guó)內(nèi)客戶。同時(shí)我們也期望攜手國(guó)內(nèi)客戶共同建立國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展。”