由“摩爾定律”驅(qū)動的芯片集成度和復雜度持續(xù)提升，將為EDA工具發(fā)展帶來新需求。EDA作為串聯(lián)整個集成電路產(chǎn)業(yè)的根技術(shù)，市場空間巨大：賽迪智庫的數(shù)據(jù)顯示，近幾年全球EDA工具總銷售額保持上漲，2020年總銷售額72.4億美元，同比增長10.7%，分地區(qū)來看，北美約占全球EDA銷售額的40.9%，亞太地區(qū)占42.1%，歐洲地區(qū)約占17%。如何提供EDA工具協(xié)助，使得在更短的開發(fā)周期內(nèi)完成更復雜的設(shè)計和驗證？
上海國微思爾芯技術(shù)股份有限公司（下稱“國微思爾芯”)是一家全球領(lǐng)先的EDA原型驗證解決方案供應商，國微思爾芯首席執(zhí)行官與總裁林俊雄是硬件加速ASIC/SoC設(shè)計方法的積極倡導者，他投身在促進可擴展的原型/仿真硬件架構(gòu)和定義自動化軟件規(guī)范上。探索科技（techsugar）EDA專題邀請到林俊雄，來共同探討從驗證到數(shù)字EDA全流程，EDA工具和封裝技術(shù)有哪些優(yōu)化芯片設(shè)計流程、提高芯片設(shè)計效率的新技術(shù)風向。
圖：國微思爾芯首席執(zhí)行官與總裁林俊雄
后摩爾時代，發(fā)力封裝、擁抱AI
后摩爾時代的集成電路技術(shù)演進方向主要包括延續(xù)摩爾定律（More Moore）、擴展摩爾定律（More than Moore）以及超越摩爾定律（Beyond Moore）三類，主要發(fā)展目標涵蓋了建立在摩爾定律基礎(chǔ)上的生產(chǎn)工藝特征尺寸的進一步微縮、以增加系統(tǒng)集成的多重功能為目標的芯片功能多樣化發(fā)展，以及通過三維封裝（3D Package）、系統(tǒng)級封裝（SiP）等方式實現(xiàn)器件功能的融合和產(chǎn)品的多樣化。
國微思爾芯認為，先進封裝提供了高帶寬的裸片到裸片(Die-to-Die)互聯(lián)，這是的一種延續(xù)摩爾定律方法。先進封裝通過平面上的小芯片（chiplet）互連，甚至3D Chiplet互連，來實現(xiàn)更高邏輯密度的芯片。但隨之而來的是更大的挑戰(zhàn)，芯片的設(shè)計必須適應不同IP、不同Chiplet組合的復雜產(chǎn)品形態(tài)，新的芯片設(shè)計也必須快速和原有Chiplet IP良好協(xié)同工作。針對此類需求，EDA業(yè)內(nèi)提出了混合異構(gòu)驗證方法，成熟的Chiplet，RTL-Ready IP，System Modeling IP可以在一個系統(tǒng)中同時建模驗證，并發(fā)揮Chiplet、RTL-Ready IP的高速優(yōu)勢，也支持System Modeling IP的靈活配置功能。
人工智能技術(shù)將在EDA領(lǐng)域扮演更重要角色。人工智能等對于計算效率和能效比提出更高要求，對應應用隨之成為半導體行業(yè)的主流推動引擎，異構(gòu)化的設(shè)計也在成為主流。不同的運算單元有不同的架構(gòu)設(shè)計，對信息流也有不同的處理方式，需要針對其特性使用不同驗證的方法學。
對于異構(gòu)芯片設(shè)計驗證的需求，國微思爾芯提出基于驗證云系統(tǒng)的統(tǒng)一驗證平臺，平臺融合架構(gòu)設(shè)計、原型驗證等不同解決方案，以期實現(xiàn)高效快速驗證。據(jù)林俊雄介紹，該平臺上的解決方案采用了統(tǒng)一的編譯/控制腳本和核心數(shù)據(jù)庫，芯片開發(fā)者可以在項目生命周期的不同階段選擇最適合的解決方案，并隨著項目的開發(fā)進展平滑遷移到更優(yōu)的解決方案，減少切換成本。此外，利用統(tǒng)一驗證平臺還可以確保各個階段的驗證任務在同一個環(huán)境中完成。
良好生態(tài)與設(shè)計方法學輔助平抑成本
半導體工藝每更新一次，EDA軟件就要隨之更新，例如從7nm到5nm，客戶為了跟上半導體先進工藝便需要重新購買。在先進工藝開發(fā)過程中，IP成本也在日益增加，如何去平抑IP成本？
林俊雄表示，EDA公司更加強化構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)系，例如成立國產(chǎn)IP聯(lián)盟和共同開發(fā)更敏捷的IP評估平臺。先進工藝的芯片設(shè)計集成了更多的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，這些都需要相對應的驗證VIP來確保芯片的正確性和接口的相容性。林俊雄表示，為了順應IP/VIP成本日漸提高的趨勢，EDA公司與IP公司需要共同著力于建立EDA/IP合作生態(tài)系，開發(fā)敏捷的設(shè)計驗證環(huán)境來協(xié)助客戶縮短芯片設(shè)計周期，加速產(chǎn)品上市。
據(jù)業(yè)界統(tǒng)計，芯片制造過程中70%的時間成本都會消耗在驗證上。而AI、5G、智能汽車、云服務器等領(lǐng)域，對芯片的性能要求越來越高，芯片設(shè)計朝著更復雜更大型的方向發(fā)展，給驗證帶來更大的挑戰(zhàn)。
為應對大型設(shè)計的驗證挑戰(zhàn)，國微思爾芯于2020年底推出高密原型驗證解決方案，產(chǎn)品單機柜高達64顆FPGA，支持多層次組網(wǎng)，可拓展至幾十億ASIC門容量。今年5月，國微思爾芯發(fā)布“Genesis 芯神匠”架構(gòu)設(shè)計軟件，提供一站式軟硬件協(xié)同建模平臺，幫助設(shè)計師徹底解決無法建模的難題；“Genesis 芯神匠”搭配芯神瞳原型驗證平臺，利用既有IP精準的建模仿真，快速設(shè)計出高效能、低功耗的產(chǎn)品架構(gòu)。
國產(chǎn)以市場區(qū)隔與產(chǎn)品差異破局
EDA是壁壘高筑的一環(huán)，EDA國產(chǎn)化是一條難而正確的道路。三十多年，EDA三大巨頭（Synopsys、Cadence與西門子的Mentor）不間斷投入資源進行研發(fā)、兼并整合，營造出十分成功的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，使得客戶依賴度極高，從而形成今天市場寡頭壟斷的局面。國產(chǎn)EDA在三座大山的籠罩下，難以發(fā)展自身實力，無法獨立支撐信息產(chǎn)業(yè)的安全；另一方面，設(shè)計公司在權(quán)衡切換EDA平臺所帶來的成本和潛在風險時，顧慮重重。
國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，差距已如溝壑難填，在林俊雄看來，主要原因是中國沒有在EDA領(lǐng)域持續(xù)投入資源，去不斷研發(fā)和構(gòu)建市場生態(tài)，這才喪失了在全球EDA領(lǐng)域逐鹿的機會。他表示，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展除了延續(xù)三大巨頭的模式之外，還需不斷通過創(chuàng)新，引入新的方法學，融入如“AI”等前沿技術(shù)，打造自己的競爭能力。此外，混合異構(gòu)的芯片驗證環(huán)境建置、支持芯片的架構(gòu)探索、效能分析和軟硬件的協(xié)同驗證，是值得設(shè)計公司重點研發(fā)之處，可以幫助國產(chǎn)公司在激烈競爭的半導體市場中做出市場區(qū)隔和產(chǎn)品差異化。
中國半導體產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展切實給國內(nèi)EDA公司帶來大量機會，而國內(nèi)尚未發(fā)育出可以提供給客戶全流程平臺的企業(yè)，這造成需求與供給能力之間巨大的差距。林俊雄提倡企業(yè)正視國內(nèi)外差異，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、更有效地提供即時技術(shù)支持和異地協(xié)同開發(fā)能力來吸引國內(nèi)客戶。
同時，林俊雄還表示，國微思爾芯期望攜手國內(nèi)客戶共同建立國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推進半導體產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展。與很多其他行業(yè)相比，半導體行業(yè)是走在全球化最前端的，全球化的程度也最為深入。林俊雄評價到，全球化市場割裂的提法是政治需求而不是產(chǎn)業(yè)需求，產(chǎn)業(yè)應該做全球化、全球合作的積極推動者。
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