芯片設計上云，AI智算賦能｜速石科技構建從芯片系統(tǒng)設計到制造的一站式融合平臺

當前，我國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨諸多嚴峻挑戰(zhàn)，包括國際競爭加劇、技術封鎖和供應鏈限制導致的外部壓力，以及內部高端芯片設計與制造能力不足、關鍵設備和材料依賴進口、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同不足等問題。同時，國內市場需求快速增長，供需矛盾突出，芯片自給率較低，加之高端人才短缺和研發(fā)投入不足，進一步加劇了發(fā)展難度。

在全球科技競爭加劇的背景下，我國需集中資源攻克“卡脖子”技術，加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同，提升高端人才培養(yǎng)與技術創(chuàng)新能力，推動產(chǎn)業(yè)自主化發(fā)展，并通過國際合作與市場多元化降低風險，構建更具韌性的集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

面對集成電路產(chǎn)業(yè)的諸多挑戰(zhàn)，芯片設計上云和云平臺的應用正成為破局之道。云平臺通過靈活調用計算資源、降低成本、提升效率，為芯片設計提供了更高效、安全的解決方案，同時結合AI調度優(yōu)化，顯著加速設計進程。在ICCAD大會上，速石科技展示了其領先的融合智算研發(fā)平臺，我們也有幸采訪到了速石科技首席技術官張大成，深入探討了這一領域的最新進展。

張大成指出，隨著半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，芯片設計正從單一模塊設計逐步邁向系統(tǒng)級設計。這一趨勢對芯片設計企業(yè)提出了更高的要求，尤其是在EDA工具與CAE仿真工具逐步融合的背景下，研發(fā)平臺的功能和交互方式需要進行重大革新。

以往EDA工程師更多專注于數(shù)字設計或模擬設計的流程，但在新的系統(tǒng)設計時代，設計工作需要同時考慮電磁、結構、電源完整性、功耗完整性等多維度因素。例如，在SOC與Chiplet的2.5D或3D封裝中，結構仿真、電磁仿真和電源仿真等任務變得尤為重要。這種多學科融合的設計需求，對傳統(tǒng)的工具流（flow）和設計流程提出了巨大挑戰(zhàn)。

今年行業(yè)內出現(xiàn)了諸如Snowflake收購Streamlit和Cadence收購Beta CAE等重要并購事件，進一步印證了這一融合趨勢的加速發(fā)展。速石科技敏銳地捕捉到這一行業(yè)變化，并推出了融合型研發(fā)設計平臺。這一平臺整合了芯片設計的前后端仿真、結構仿真和電磁仿真等功能，幫助企業(yè)客戶實現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)的一體化設計。

AI智算賦能，提升復雜仿真效能

在芯片的設計研發(fā)過程中，整個流程從定義產(chǎn)品的功能需求開始，經(jīng)過一系列的設計、驗證、仿真、調試、優(yōu)化，最終實現(xiàn)高效完成。這其中，結合速石科技的AI模型調度和資源管理方案，能夠確保整個流程更加智能和高效。

首先，整個研發(fā)流程起始于產(chǎn)品特性SPEC的定義。這個階段，工程師根據(jù)市場需求和應用場景確定芯片的具體功能，比如需要設計GPU、CPU、MCU（微控制器）、DPU（數(shù)據(jù)處理單元）等核心模塊，還可能涉及到WIFI、5G通信、藍牙、存儲卡、激光雷達、AI控制芯片、顯示控制等關鍵功能模塊。通過對產(chǎn)品功能需求的精確定義，這一步為后續(xù)設計提供了清晰的方向。

接下來進入研發(fā)管理階段，這是整個流程的核心部分。研發(fā)管理環(huán)節(jié)包括多個技術復雜的子流程：

設計仿真是第一個重要環(huán)節(jié)，包括模擬、數(shù)字電路的設計和射頻仿真，確保芯片在理論上可以實現(xiàn)所需功能。這一步依賴于一系列高精度設計工具，比如Virtuoso、Verdi、SpyGlass等，這些工具幫助工程師優(yōu)化電路設計、檢查邏輯錯誤。

隨后是制造仿真，這是從芯片設計到物理實現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)。工程師會進行物理建模、電磁場分析、結構力學分析，以及多物理場的綜合分析，確保設計可以在實際的制造環(huán)境中實現(xiàn)。這一過程中，工具如CST、HFSS、COMSOL等被廣泛應用，用于分析復雜的熱、力學、電磁性能等。

在整個研發(fā)管理階段，反復迭代、優(yōu)化是關鍵，確保設計滿足SPEC定義的所有要求。

由于研發(fā)流程中的計算任務極其復雜，特別是在仿真階段需要消耗大量計算資源，這時速石科技提供的AI計算優(yōu)化模型就派上用場了。速石科技通過一套專用的AI調度框架，實現(xiàn)研發(fā)任務的智能管理和資源優(yōu)化。

“這個過程里面就是有一個自主訓練的AI模型，跟EDA工具緊密結合。我們可以去學習他們的歷史仿真任務和作業(yè)特性、任務的特性和產(chǎn)品類型的數(shù)據(jù)，編譯成他們自己的模型，這個模型會應用到他們自己的研發(fā)平臺里面，幫他們從頂端，設計源頭告訴他們，你今天設計一個simulation，你做仿真的話，不需要再看這邊多少機器資源，多少CPU，多少核可以用，完全不需要?！睆埓蟪山忉尩剑捌鋵崗牡讓拥慕嵌葋砜吹脑?，我們還可以增加異構資源的一些管理，比如GPU卡，結合一些機器作為服務器，再結合速石科技的國產(chǎn)變速器，提供完整的解決方案，那AI這塊兒就是在其中和EDA工具和業(yè)務的屬性緊密結合的模式。”

據(jù)悉，速石的AI模型調度系統(tǒng)接入研發(fā)流程后，利用MLOps平臺不斷學習和優(yōu)化模型，并將優(yōu)化后的模型用于研發(fā)計算中的任務調度。這個調度系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：

· 首先是Fsched資源配置，它能夠智能地分配CPU、GPU、內存等計算資源，確保計算任務始終能夠高效運行。

· 隨后，F(xiàn)sched任務調度實時調整任務的優(yōu)先級，根據(jù)不同任務的重要性和資源需求靈活安排。

· 最后是Fsched任務監(jiān)控，實時跟蹤任務的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)和解決運行中的瓶頸問題。

這些調度能力背后，依托于龐大的計算資源池，包括計算隊列、CPU核心、GPU卡、內存以及硬件仿真器等，甚至可以靈活調用混合云計算的資源。這樣，研發(fā)團隊可以專注于芯片設計本身，而無需擔心計算資源不足或調度效率低的問題。

最終，這套系統(tǒng)讓整個研發(fā)流程從定義產(chǎn)品到完成驗證的每一步都更加智能化和高效。通過優(yōu)化資源分配、提升計算效率，速石科技的方案不僅加速了芯片研發(fā)進程，還顯著降低了計算成本，為研發(fā)團隊節(jié)省了時間和資金。

芯片上云的現(xiàn)狀與未來：從“熱度高漲”到“務實需求”

在芯片設計復雜度不斷提升、研發(fā)成本居高不下的背景下，云仿真逐漸成為推動行業(yè)創(chuàng)新的重要技術手段。當前，盡管中國IC設計企業(yè)的整體數(shù)量未達預期，但對高精度設計和復雜研發(fā)的需求依然旺盛。特別是創(chuàng)新型IC設計公司，面臨巨大的資源壓力，如何以最小的投入完成高性能芯片的開發(fā)，成為關鍵問題。

近年來，云平臺的使用模式也發(fā)生了顯著變化。2021至2022年是芯片設計公司上云的高峰期，但經(jīng)濟環(huán)境的變化使企業(yè)的云計算使用從“高熱度”轉向“務實化”。如今，云仿真更多被用于解決突發(fā)性和緊急性的計算需求，通過靈活調用資源，企業(yè)能夠以更低的成本快速完成仿真任務，并在緊迫的研發(fā)進度中獲得及時反饋。張大成提到：“未來，云仿真的應用會更加務實，企業(yè)會專注于用云解決突發(fā)的高需求場景，以提升效率的同時嚴格控制成本?！?

此外，芯片設計中日益增長的計算需求也催生了混合云架構的興起。單機仿真能力已經(jīng)無法滿足大規(guī)模仿真任務的要求，而速石科技提出的混合云解決方案實現(xiàn)了本地平臺與云端資源的無縫銜接。這一架構不僅能動態(tài)獲取計算資源，還能夠在計算完成后確保數(shù)據(jù)安全回歸本地。具體而言，無論是高性能計算節(jié)點還是小型計算機，速石科技都能根據(jù)企業(yè)業(yè)務需求靈活調度資源，從而在成本與效率之間取得最佳平衡。這種混合云架構，特別適用于企業(yè)應對周期性高峰任務或突發(fā)性需求，成為芯片設計研發(fā)中的有力補充。

速石科技在自主研發(fā)上的成就也值得關注。其核心產(chǎn)品Fsched調度器，經(jīng)過多年研發(fā)，已成為一款完全可控的國產(chǎn)調度器，能夠替代國際主流產(chǎn)品RDM的功能。這不僅實現(xiàn)了調度器的自主可控，也填補了國產(chǎn)替代的技術空白，為芯片設計企業(yè)在研發(fā)中的成本優(yōu)化和技術安全提供了保障。速石科技通過這一產(chǎn)品的落地，展現(xiàn)了其在國產(chǎn)化技術上的持續(xù)突破和深耕能力?！拔覀兓怂奈迥陼r間研發(fā)Fsched，能夠完全替代國際主流調度器，這是一種從無到有的努力，也是一種堅持，”張大成說道，“這款產(chǎn)品已經(jīng)在國內被廣泛驗證，我們對國產(chǎn)化的未來充滿信心。”

值得一提的是，近年來，速石科技攜手深信服、芯啟源、沐曦等國產(chǎn)硬件廠商，以及芯華章、芯和、阿卡思等工業(yè)軟件廠商，深度合作打造了覆蓋底層IT基礎架構到上層應用軟件的小型信創(chuàng)生態(tài)體系。通過整合國產(chǎn)工具鏈資源，速石科技為行業(yè)用戶提供了全方位、一站式的信創(chuàng)解決方案，有力幫助客戶應對當前地緣政治帶來的技術和供應鏈挑戰(zhàn)。

更重要的是，速石科技敏銳地捕捉到了芯片設計從單一設計向系統(tǒng)級設計轉型的趨勢。隨著EDA工具與CAE仿真工具的逐步融合，芯片設計企業(yè)在進行SOC和Chiplet設計時，需要同時考慮電磁、結構、功耗完整性等多維度因素。速石科技通過一體化的技術平臺，為企業(yè)提供從工具到系統(tǒng)的全面支持，助力客戶應對復雜系統(tǒng)設計的挑戰(zhàn)。“未來的設計平臺一定是面向系統(tǒng)級設計的，這是整個行業(yè)發(fā)展的方向，”張大成強調，“速石科技希望通過技術能力幫助客戶實現(xiàn)從工具到系統(tǒng)的全面升級?！?

寫在最后

速石科技的云仿真解決方案不僅滿足了當前芯片設計企業(yè)對靈活性和成本控制的需求，還通過混合云架構的技術優(yōu)勢，為行業(yè)探索出了更高效的研發(fā)模式。在國產(chǎn)化背景下，速石科技的技術突破也為國內企業(yè)提供了一個重要的自主可控方向。從仿真到調度，從工具到系統(tǒng)，速石科技正在為芯片設計行業(yè)的未來注入新的動力?！霸品抡媾c自主技術是芯片設計企業(yè)邁向未來的關鍵。”張大成總結到，“能多做一點，就多做一點。我們希望用自己的技術和方案，幫助企業(yè)走得更遠?！?