國(guó)內(nèi)EDA工具AI技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

過去兩年，我們一直在說EDA和AI共同促進(jìn)的發(fā)展方式很有趣。AI芯片的設(shè)計(jì)本身要依托于EDA，而EDA工具自身、芯片設(shè)計(jì)流程也在尋求AI技術(shù)的幫助，就像荷蘭藝術(shù)家M.C. Escher那幅名為《Drawing Hands》的名畫，兩只手的那種關(guān)系。

今年談EDA工具融入AI已經(jīng)不會(huì)再有人表達(dá)驚訝了，畢竟國(guó)際EDA巨頭們都在持續(xù)做宣傳。IIC Shanghai活動(dòng)的不少EDA企業(yè)也在談AI。而國(guó)內(nèi)EDA與AI技術(shù)結(jié)合的佼佼者，在我們看來是這次再度獲得中國(guó)IC設(shè)計(jì)成就獎(jiǎng)“年度創(chuàng)新EDA公司”的芯行紀(jì)科技有限公司。

去年芯行紀(jì)在得到“年度技術(shù)突破EDA公司”獎(jiǎng)項(xiàng)之際，主推的還是智能布局規(guī)劃工具AmazeFP——這款工具對(duì)于AI技術(shù)的應(yīng)用，及云原生特性都給我們留下了深刻的印象。其時(shí)芯行紀(jì)在接受我們的采訪時(shí)就說，AmazeFP絕對(duì)不只是個(gè)floorplan工具，其中的技術(shù)預(yù)埋不僅是對(duì)外秀肌肉，也預(yù)示了產(chǎn)品規(guī)劃。

今年IIC Shanghai再見芯行紀(jì)，涵蓋AmazeFP, AmazeSys, AmazeECO, AmazeDRCLite，以及貫穿所有工具的Amaze*-ME機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)果然就已經(jīng)一字排開了。芯行紀(jì)在發(fā)布AmazeFP之時(shí)早就做好了規(guī)劃，AmazeFP的技術(shù)預(yù)埋也在此間多有體現(xiàn)。丁渭濱（芯行紀(jì)資深研發(fā)副總裁）還在主題演講中預(yù)告了更多工具的到來，可見覆蓋數(shù)字后端EDA全流程是芯行紀(jì)志在必得的目標(biāo)。

而理解芯行紀(jì)過去1年發(fā)布的幾款新品，不僅有利于我們認(rèn)清芯行紀(jì)的技術(shù)能力、潛在目標(biāo)，也能幫助我們觀察國(guó)內(nèi)EDA的發(fā)展情況——尤其是國(guó)內(nèi)EDA對(duì)AI技術(shù)的應(yīng)用，畢竟芯行紀(jì)在這方面是相對(duì)走在前列的。

智能工具上面，再加個(gè)AI平臺(tái)

此前芯行紀(jì)就說內(nèi)部團(tuán)隊(duì)曾是“全球第一個(gè)把機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)成功應(yīng)用到數(shù)字EDA且產(chǎn)品化的團(tuán)隊(duì)”。最初的AmazeFP作為一款floorplan智能布局規(guī)劃工具，當(dāng)時(shí)就強(qiáng)調(diào)“AI預(yù)測(cè)能力”，基于機(jī)器學(xué)習(xí)提前預(yù)測(cè)繞通性、時(shí)序、功耗，據(jù)此得到更好的PPA、更快的runtime。去年的采訪中，芯行紀(jì)還特別提到擁塞感知（congestion aware）、宏單元自動(dòng)整理對(duì)齊都基于AI。

今年2月，芯行紀(jì)的AmazeFP產(chǎn)品新增了后綴為ME的迭代：AmazeFP-ME。芯行紀(jì)定義這里的“ME”為Machine-Learning EDA，是個(gè)智能化機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)。既然AmazeFP本身就應(yīng)用了AI技術(shù)，新增個(gè)“ME”又是怎么回事？

“包括擁塞感知、宏單元自動(dòng)整理的AI，其實(shí)還停留在工具自身的AI層面。簡(jiǎn)單來說就是用AI模型去取代工具里面的一些算法，讓工具變得更聰明。這是一個(gè)層面。”丁渭濱在采訪中說，“而ME是工具之外的東西，和用戶如何使用工具有關(guān)，幫助用戶更好地使用AmazeFP這個(gè)工具?！?/p>

從芯行紀(jì)的產(chǎn)品規(guī)劃來看，Amaze*-ME是個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)。AmazeFP-ME顯然是該平臺(tái)下的首個(gè)產(chǎn)品實(shí)踐。未來“每款工具都會(huì)搭載ME這樣一個(gè)AI平臺(tái)”。我們對(duì)于ME的理解：是基于AI技術(shù)，借助“解空間探索”（solution space exploration），幫助用戶使用工具，自動(dòng)在更大的空間里“探索”到更優(yōu)的結(jié)果。

“EDA工具很復(fù)雜，整個(gè)flow、一堆命令、還有很多option選項(xiàng)要設(shè)置；不同工程師跑出來的結(jié)果都不一樣?！睘榱诉m配、優(yōu)化不同的設(shè)計(jì)，“國(guó)外領(lǐng)先的EDA公司3、4年前就在做‘解空間探索’?！彼^的解空間探索，大致流程“是用工具的design flow去跑出結(jié)果，基于這些結(jié)果進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，以尋找更好的參數(shù)設(shè)置。

“我們的工具直接學(xué)習(xí)什么是好的layout，如此啟發(fā)我們的工具，就有機(jī)會(huì)尋找到更好的結(jié)果。”

丁渭濱形容ME是突破“局部最優(yōu)解”，考量“更遠(yuǎn)處”的可能性?！白尮ぞ咧涝谏赃h(yuǎn)一點(diǎn)的地方有更好的解，那么工具就會(huì)啟動(dòng)擴(kuò)散，在那個(gè)更遠(yuǎn)的地方再做嘗試，也就能更加逼近全局最優(yōu)解。”前兩個(gè)月芯行紀(jì)刊文《AmazeFP-ME開啟智能EDA之旅》，借助實(shí)踐案例探討了AmazeFP-ME，相比于沒有借助解空間探索的AmazeFP，以及手工擺放，在floorplan流程里的效率和結(jié)果差異。

在刊文中提及的案例中，AmazeFP本身能夠在不到2小時(shí)的時(shí)間里，得到PPA優(yōu)于工程師手工擺放數(shù)周的floorplan方案；而ME則找到多個(gè)比默認(rèn)AmazeFP跑出來結(jié)果更好的floorplan，更重要的是在P&R布局布線流程的最終結(jié)果上，AmazeFP-ME最佳結(jié)果的floorplan后續(xù)仍然表現(xiàn)出最好的PPA——表明AmazeFP-ME與P&R工具（這里選的是后續(xù)會(huì)談到的AmazeSys），有著較高的PPA結(jié)果一致性。

這稱得上是相當(dāng)出色的成果展示了。

AI與云原生技術(shù)預(yù)埋

“ME是我們的機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，未來我們會(huì)花更多精力把ME打造成能夠適配芯行紀(jì)所有產(chǎn)品的方案?！睋Q句話說，不只是AmazeFP，后續(xù)AmazeSys等產(chǎn)品也會(huì)加上ME的后綴。不過如前文提及的，ME并不是單純以“插拔”的方式，后接到AmazeFP等工具上的；芯行紀(jì)應(yīng)該很早就規(guī)劃了ME平臺(tái)，及將其應(yīng)用到各個(gè)Amaze*系列產(chǎn)品的目標(biāo)。憑什么這么說？

這一點(diǎn)丁渭濱雖然在主題演講中沒有提，但在采訪中告訴我們，“跑解空間探索所需時(shí)間長(zhǎng)”——應(yīng)該是指算力要求高；如此，我們之前強(qiáng)調(diào)的AmazeFP的云原生技術(shù)就派上了用場(chǎng)，“這就要求AmazeFP-ME能在大量機(jī)器上并行地跑起來，充分利用好多機(jī)支持的能力，也讓ME計(jì)算時(shí)間大幅縮短。”

去年我們就在采訪中得知，芯行紀(jì)是在EDA工具的“最初規(guī)劃”階段，從“底層架構(gòu)設(shè)計(jì)”考慮云上EDA的適配和優(yōu)化。當(dāng)時(shí)我們得知的關(guān)鍵信息之一是芯行紀(jì)為此開發(fā)了融合多項(xiàng)新型技術(shù)的全新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)通信量的縮減；另外配合scheduling優(yōu)化、并行算法測(cè)試驗(yàn)證、跨操作系統(tǒng)兼容性測(cè)試優(yōu)化等，達(dá)成云上跨系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)的通信帶寬與數(shù)據(jù)量吞吐平衡。

“ME所指的解空間探索，意味著用戶要在AmazeFP中跑多組design。一般我們大概是跑40-60組，最終找到一個(gè)最優(yōu)解。這40-60組放在同一臺(tái)機(jī)器上跑當(dāng)然也行，但時(shí)間會(huì)很久。如果要實(shí)現(xiàn)6-8臺(tái)機(jī)器并行跑，這是需要云原生技術(shù)支撐的?！毙拘屑o(jì)自誕生之日起強(qiáng)調(diào)的AI和云，此時(shí)又發(fā)生了完美交匯；如果沒有前期規(guī)劃和技術(shù)預(yù)埋，ME的實(shí)現(xiàn)就不會(huì)這么快了。

另外有關(guān)AI，以及ME平臺(tái)技術(shù)推進(jìn)值得一提的是，芯行紀(jì)在最初構(gòu)建技術(shù)團(tuán)隊(duì)時(shí)，就嘗試將EDA與AI專業(yè)人才融合到一起，“每個(gè)子團(tuán)隊(duì)都有自己的AI專家”。隨著更多產(chǎn)品問世，尤其ME平臺(tái)的發(fā)布，芯行紀(jì)對(duì)于AI人才的需求理應(yīng)也在提升。

所以丁渭濱這次介紹說，此前研發(fā)AmazeFP產(chǎn)品時(shí)主要是團(tuán)隊(duì)或小組配備AI專業(yè)人才，“現(xiàn)在我們工具變多了，像ME就是個(gè)整體，我們需要專門的AI團(tuán)隊(duì)，從更廣的角度應(yīng)用到不同的工具中去，所以漸漸就整合了專門的AI團(tuán)隊(duì)來做這樣一件事。”

據(jù)此，我們總結(jié)EDA搭配AI的時(shí)代下，芯行紀(jì)的優(yōu)勢(shì)一方面在技術(shù)與產(chǎn)品規(guī)劃的前瞻性——尤其在AI和云的部分；另一方面在AI人才的著力、研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累上；丁渭濱另外補(bǔ)充說，“我們一直在關(guān)注AI技術(shù)能不能給客戶、EDA和產(chǎn)業(yè)界帶來提升，不管是生產(chǎn)力還是PPA的提升。AI其實(shí)只是解決痛點(diǎn)的其中一個(gè)技術(shù)選項(xiàng)，始終帶著解決痛點(diǎn)的思路來看這件事很重要”——這部分我們總結(jié)為“以需求和客戶為先”。這三點(diǎn)恰好也契合了芯行紀(jì)的研發(fā)理念。

持續(xù)建立數(shù)字實(shí)現(xiàn)全流程EDA

除了AmazeFP加入ME平臺(tái)能力，如前所述，這一年內(nèi)芯行紀(jì)還更新了包括AmazeSys、AmazeECO、AmazeDRCLite、Industriallm等產(chǎn)品。除了Industriallm是芯行紀(jì)自研的license許可文件管理系統(tǒng)，其他幾個(gè)是值得深究的，這里簡(jiǎn)單談一談。

去年芯行紀(jì)就對(duì)我們說，AmazeFP不單是個(gè)floorplan工具，其中集合了“布局布線所有的關(guān)鍵點(diǎn)”。丁渭濱也在這次采訪中給出了肯定：“雖然AmazeFP處理的是macro單元，但macro和標(biāo)準(zhǔn)單元之間一定是互相關(guān)聯(lián)的?！薄坝^察擁塞問題，也不可能只看macro單元的擁塞，而是已經(jīng)看到了標(biāo)準(zhǔn)單元的擁塞?！?/p>

“所以在確定macro單元位置的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)單元的位置也已經(jīng)算出來了。這其實(shí)就是AmazeSys要做的事?！?/p>

在設(shè)計(jì)流程上，AmazeSys作為AmazeFP的后一步的工具，是芯行紀(jì)真正的P&R布局布線平臺(tái)。其發(fā)布自然讓我們聯(lián)想到AmazeFP的技術(shù)預(yù)備——所以AmazeSys去年11月的發(fā)布并不會(huì)讓任何人感到意外。除了沿襲自AmazeFP的云原生及AI特性，丁渭濱另外強(qiáng)調(diào)了AmazeSys的3個(gè)技術(shù)成就，據(jù)說是最初就設(shè)定的目標(biāo)。

其一是適配國(guó)產(chǎn)先進(jìn)工藝。目前環(huán)境下，國(guó)產(chǎn)工藝線尤其需要追求產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。所以芯行紀(jì)作為國(guó)內(nèi)EDA廠商，“花了大量時(shí)間去適配國(guó)產(chǎn)先進(jìn)工藝”。很自然地，芯行紀(jì)特別推出了AmazeDRCLite工具，基于國(guó)產(chǎn)先進(jìn)工藝做芯片設(shè)計(jì)時(shí)，碰到DRC（design rule checking）問題及設(shè)計(jì)規(guī)則不適配，“這款工具幾乎能全部修掉”。

丁渭濱說AmazeDRCLite的“市場(chǎng)受歡迎程度超出我的想象”?！斑@表明我們做對(duì)了一件事，我們填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造工藝在這方面需求的空缺?！?/p>

其二是“全功能模塊”實(shí)現(xiàn)，“我們當(dāng)時(shí)設(shè)定的目標(biāo)一定要是全功能，不能缺失任何一個(gè)模塊?！薄翱梢哉fAmazeSys是歷史上第一個(gè)由國(guó)人在本土，完全從零開始，自主研發(fā)的全功能的布局布線工具，而且實(shí)現(xiàn)了商用?！薄斑@也意味著我們可以對(duì)產(chǎn)品做快速迭代，未來也會(huì)以肉眼可見的速度變得更好。因?yàn)樽灾骺蚣芏际俏覀儚念^開始做的，沒有任何外部依賴。”

其三在于與signoff簽核工具保持結(jié)果一致性，“坦白說這項(xiàng)工作很不容易，先進(jìn)制造工藝的各方面因素都對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，AmazeSys與后續(xù)工具的匹配確保了數(shù)據(jù)輸出時(shí)的準(zhǔn)確性和一致性?！?/p>

另外一款來自芯行紀(jì)的是ECO（Engineering Change Order）工具AmazeECO。芯行紀(jì)稱其為“一站式”優(yōu)化修復(fù)工具。ECO本身是相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間和精力的工作，“業(yè)界目前沒有一個(gè)專門的工具來做這件事。通常總要牽扯到4-5種不同的工具，這些工具可能還是來自不同的供應(yīng)商?！?/p>

“我們期望AmazeECO這樣一個(gè)工具，能夠?qū)iming、power、DRC等的問題，一站式解決。”丁渭濱特別談到了芯行紀(jì)實(shí)現(xiàn)ECO“一站式”的關(guān)鍵，“要去（對(duì)設(shè)計(jì)）做改動(dòng)的時(shí)候，離不開布局布線工具在后面做支撐。如果沒有布局布線技術(shù)支撐，也就做不了完整的ECO，而只能做分析?！边@其實(shí)又是個(gè)體現(xiàn)芯行紀(jì)前期做產(chǎn)品與技術(shù)規(guī)劃長(zhǎng)遠(yuǎn)布局的例子。

“我們把布局布線、ECO優(yōu)化，加上先進(jìn)工藝適配的DRC技術(shù)合在一起，同時(shí)能夠全盤分析多種場(chǎng)景。所以我們率先做出了這樣創(chuàng)新的一站式ECO修復(fù)工具?！迸c此同時(shí)，鑒于覆蓋數(shù)據(jù)量龐大的需求，AmazeECO支持“多機(jī)加速”——這是本文再次提到多機(jī)加速，它和云原生的底層技術(shù)支撐仍然是密不可分的。

基于對(duì)芯行紀(jì)這幾個(gè)新產(chǎn)品的觀察，多少就能發(fā)現(xiàn)去年芯行紀(jì)借助AmazeFP宣傳自家在云和AI技術(shù)兩方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其實(shí)是貫穿到了全部產(chǎn)品的基因中去的。在我們看來，芯行紀(jì)是國(guó)內(nèi)相當(dāng)少見的，能夠如此優(yōu)雅地給出產(chǎn)品與技術(shù)間內(nèi)在條理、邏輯完全自洽的一家EDA企業(yè)——這在國(guó)際大廠中可能并不罕見，但在國(guó)內(nèi)是鳳毛麟角。

丁渭濱告訴我們芯行紀(jì)的目標(biāo)會(huì)聚焦數(shù)字后端全流程。從相關(guān)工具的逐步放出也是可以看出端倪的?！艾F(xiàn)在我們還是聚焦到了我們擅長(zhǎng)做的事情上，在維持產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的前提下快速開發(fā)符合市場(chǎng)需求的工具。”“我們希望從布局布線開始，一步步和合作伙伴一起，解決更多數(shù)字后端的問題，縮小數(shù)字后端EDA軟件國(guó)內(nèi)和國(guó)外的差距，我相信在不久的將來就能看到。”

審核編輯：黃飛

?