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芯片設(shè)計從系統(tǒng)建模、軟硬件分工、芯片硬件設(shè)計的架構(gòu)探索，到系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)以及績效基準測試都是決定芯片功能的重要因素，因此無論是混合異構(gòu)的芯片驗證環(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)同驗證，都是值得設(shè)計公司重點研發(fā)之處，可以幫助公司在激烈競爭的半導(dǎo)體市場中做出市場區(qū)隔和產(chǎn)品差異化。
在電子設(shè)計自動化（EDA）出現(xiàn)之前，設(shè)計人員是依靠手工方式完成集成電路的設(shè)計。如今，隨著工藝演進和技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計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、綜合、驗證、物理設(shè)計等環(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公司都是國際公司，這些國際公司占據(jù)了市場絕大多數(shù)份額，主要EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢，而國內(nèi)的EDA公司正處于追趕階段。
探索科技（TechSugar）近期啟動“EDA專題”采訪，深入探討當(dāng)下EDA領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)與機遇，分析國內(nèi)外廠商的發(fā)展路徑。本期受訪人為國微思爾芯首席執(zhí)行官林俊雄。
月初，國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。據(jù)悉，國微思爾芯自主研發(fā)的EDA工具，是超大規(guī)模數(shù)字集成電路（VLSI）設(shè)計過程的功能驗證環(huán)節(jié)必不可少的工具。國微思爾芯的解決方案涵蓋了芯片設(shè)計驗證的完整流程，從早期的芯片規(guī)劃驗證到最終的軟硬件開發(fā)驗證都有合適的解決方案，目前服務(wù)于全球超過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)計復(fù)雜度的不斷提升、產(chǎn)品上市時間窗的不斷縮小，設(shè)計和驗證的困難度在不斷增加，成本亦是。如何提供自動化工具協(xié)助在更短的開發(fā)周期內(nèi)完成更復(fù)雜的設(shè)計和驗證成為常見挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的軟件仿真已經(jīng)無法滿足芯片驗證需求，必須融合不同的驗證方法學(xué)，根據(jù)實際應(yīng)用場景使用適合的工具。
針對現(xiàn)有挑戰(zhàn)，國微思爾芯首席執(zhí)行官林俊雄表示，國微思爾芯積累了近20年的技術(shù)，開發(fā)出業(yè)界領(lǐng)先的原型驗證工具解決方案，提供了自動化編譯技術(shù)、超圖分割和時分復(fù)用技術(shù)、時序分析收斂技術(shù)、靜態(tài)和動態(tài)探針自動注入技術(shù)、快速修改迭代（ECO）技術(shù)等大量EDA軟件算法，可將芯片開發(fā)者的設(shè)計映射到大量的FPGA陣列上，以實現(xiàn)高速仿真運行。同時，原型驗證工具提供了強大的深度調(diào)試和波形分析工具，能協(xié)助芯片開發(fā)者捕捉最隱蔽的設(shè)計缺陷（Bug），原型驗證系統(tǒng)也提供了強大的軟硬件協(xié)同仿真工具和豐富的接口庫（IP ），以供芯片開發(fā)者實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同仿真（RTL/C）和快速在線調(diào)試（ICE），支持盡快開展深入軟件調(diào)試，實現(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在任何功能設(shè)計階段、設(shè)計規(guī)模以及多個地理位置運行的綜合解決方案的需求
當(dāng)下先進工藝與封裝的結(jié)合日益緊密，也為芯片設(shè)計帶來更高的效能和彈性。例如存儲器的先進工藝和3D堆疊封裝帶來了更大的帶寬，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，同時降低了功耗。這些都對芯片設(shè)計驗證領(lǐng)域提出了更高、更復(fù)雜的要求。對EDA公司而言，需要更深入地強化與系統(tǒng)化驗證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創(chuàng)并融入新的方法學(xué)，實現(xiàn)對先進工藝全方位的系統(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(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。
在先進工藝開發(fā)中，IP成本也在日益增加。林俊雄提到，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(yīng)的驗證VIP來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，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。
后摩爾定律時代，異構(gòu)計算架構(gòu)逐漸成為先進工藝芯片主流設(shè)計
如今半導(dǎo)體行業(yè)進入后“摩爾定律”時代，EDA廠商更加關(guān)注同層級的設(shè)計和驗證的途徑，從RTL到GDS，通過AI輔助的自動化工具軟件綜合得到低抽象級門級設(shè)計，進一步完成物理設(shè)計。芯片設(shè)計從系統(tǒng)建模、軟硬件分工、芯片硬件設(shè)計的架構(gòu)探索，到系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)以及績效基準測試都是決定芯片功能的重要因素，因此無論是混合異構(gòu)的芯片驗證環(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)同驗證，都是值得設(shè)計公司重點研發(fā)之處，可以幫助公司在激烈競爭的半導(dǎo)體市場中做出市場區(qū)隔和產(chǎn)品差異化。
在先進工藝下，異構(gòu)計算架構(gòu)正逐漸成為設(shè)計芯片的主流，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，這些都需要針對其特性使用不同驗證的方法學(xué)。林俊雄說道：“對于異構(gòu)芯片設(shè)計驗證的需求，我們提出基于驗證云系統(tǒng)的統(tǒng)一驗證平臺，融合系統(tǒng)建模、軟件仿真、硬件仿真、原型驗證、形式驗證等不同解決方案，以實現(xiàn)高效快速驗證。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，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(wù)在同一個環(huán)境中完成?！?/p>
國內(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
國際上，單邊主義、孤立主義和兩套科技體系的觀點使得全球技術(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。林俊雄認為，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全球化的程度已經(jīng)非常高，沒有哪一個獨立的國家能夠完全實現(xiàn)獨立產(chǎn)業(yè)鏈條，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)需要一直抱持開放、合作的態(tài)度，也希望通過國際交流與合作，能夠提升全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
國內(nèi)EDA領(lǐng)域是比較薄弱的，在林俊雄看來，其中主要原因是中國沒有在EDA領(lǐng)域持續(xù)投入資源，去不間斷地研發(fā)和構(gòu)建市場生態(tài)。中國從八十年代開始研發(fā)了EDA產(chǎn)品“熊貓系統(tǒng)”，起步并不比美國晚很多，當(dāng)時的技術(shù)差距也沒有如今這樣明顯，然而就是因為沒有持續(xù)投入研發(fā)和構(gòu)建市場生態(tài)，使得中國喪失了在全球EDA領(lǐng)域逐鹿的機會。EDA三大巨頭（Synopsys、Cadence和西門子的Mentor）三十多年來不間斷投入資源進行研發(fā)、兼并整合、打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，因此形成了今天對市場的絕對壟斷局面。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(xué)，融入前沿技術(shù)，如“AI”等，才有機會打造自己的競爭能力。
目前中國的芯片公司也在迅速增長中，國微思爾芯在中國區(qū)的銷售也因此有所增長，但增速與芯片公司增速明顯不在同一數(shù)量級，林俊雄表示出現(xiàn)巨大差異的原因主要有三點：
國內(nèi)EDA企業(yè)普遍規(guī)模較小，尚沒有一家企業(yè)可以提供給客戶全流程平臺，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)計公司需要權(quán)衡切換EDA平臺所帶來的成本和潛在風(fēng)險，因此大多數(shù)設(shè)計公司對國內(nèi)EDA產(chǎn)品處于觀望狀態(tài)。
中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展的確給國內(nèi)EDA公司帶來大量機會，林俊雄提到：“我們需要正確面對上面所提到的差異，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。同時我們也期望攜手國內(nèi)客戶共同建立國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推進半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展?！?/p>
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