數(shù)據(jù)中心/汽車/Chiplet新動能，芯片IP筑基石，加速產(chǎn)業(yè)協(xié)同

IP是芯片中具有獨立功能的可復(fù)用模塊也是芯片設(shè)計的靈魂，可幫助芯片設(shè)計減少設(shè)計工作量，提升設(shè)計效率。IP公司也是能夠更早觸及到行業(yè)變化和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。在2022中國集成電路設(shè)計創(chuàng)新大會暨IC 應(yīng)用博覽會期間，電子發(fā)燒友采訪了諸多IP廠商高管。時下，IP廠商如何幫助芯片設(shè)計進行創(chuàng)新，如何貼合應(yīng)用趨勢，他們分享了精彩的觀點。

國內(nèi)高速接口IP產(chǎn)業(yè)興起

接口IP是芯片IP的一個重要門類，實現(xiàn)SoC中嵌入式CPU 訪問外設(shè)或與外部設(shè)備進行通信、傳輸數(shù)據(jù)。接口IP產(chǎn)品主要包括 SerDes、USB、DDR、PCIe、MIPI、SATA 等。國內(nèi)繼EDA初創(chuàng)企業(yè)興起之后，高速接口IP的國產(chǎn)化也成為很多新興公司的研發(fā)方向。國內(nèi)已經(jīng)有不少廠商涉足高速接口IP，包括我們此次采訪的芯動科技、奎芯科技、芯耀輝、芯啟源等等。

今年消費電子市場的疲軟讓芯片廠商感受到陣陣寒意，不過新能源汽車、高性能計算等市場整體向好，為接口IP廠商的發(fā)展提供了較好的支撐。

芯動科技VP/技術(shù)總監(jiān)高專認為，隨著視頻、數(shù)據(jù)處理、算力等領(lǐng)域的需求持續(xù)上漲，因此整個HPC高性能計算的應(yīng)用方向也成大勢所趨。臺積電近期的財報也反應(yīng)出這點，它的HPC業(yè)務(wù)已超過手機業(yè)務(wù)，增長強勁。在他看來，CPU/GPU/DPU/NPU等高性能計算芯片都離不開底層IP加持，其中尤以DDR系列技術(shù)、Chiplet、高速 SerDes為重中之重。

高專還表示，芯動在高性能IP和芯片定制上鉆研了16年，深諳芯片IP發(fā)展規(guī)律，在各大代工廠和各級別工藝制程全面布局，其全系DDR技術(shù)、兼容UCIe的Chiplet、PCIe5.0/6.0高性能計算“三件套”更是處于國際領(lǐng)先水平。在突破內(nèi)存墻技術(shù)上，芯動擁有全球頂尖的全系高端DDR存儲接口解決方案，不僅率先開發(fā)量產(chǎn)了全球最快的LPDDR5/5X/DDR5 IP（10Gbps）解決方案，還首發(fā)了全球速度最高的GDDR6/6X COMBO IP（PAM4-21Gbps)，一站式覆蓋DDR5/4、LPDDR5/4、HBM3.0/2E等PHY和控制器IP。針對時下熱門的突破單芯片性能極限Chiplet技術(shù)，芯動首發(fā)國產(chǎn)自主研發(fā)物理層兼容UCIe國際標準的IP解決方案-Innolink? Chiplet，跨工藝、跨封裝，支持Interposer、Substrate和PCB等3種互聯(lián)方式。此外，芯動32/56/64GSerDes全套解決方案包含了PCIe6/5/4、USB3.2/3.0、SATA、XAUI、SATA、RapidIO、CXL2.0，最新112G SerDes也正在加緊開發(fā)中，為5G通信、自動駕駛、人工智能、大數(shù)據(jù)存儲、云計算、高性能圖像媒體處理、萬物互聯(lián)等應(yīng)用，打通了信息化高速公路。

芯動科技VP/技術(shù)總監(jiān)高專

奎芯科技市場及戰(zhàn)略副總裁唐睿認為，高速互聯(lián)IP是相對比較藍海的市場，數(shù)據(jù)中心最需要的就是高速互聯(lián)IP。車用市場方面，新能源汽車出貨量對半導(dǎo)體器件的需求拉動明顯。因此，整個芯片應(yīng)用結(jié)構(gòu)來看，消費電子在下降，而數(shù)據(jù)中心、車用芯片在上升，未來會是消費、車用、數(shù)據(jù)中心三分天下的格局。據(jù)介紹，目前奎芯科技發(fā)布了高端PCIe4.0 IP，今年底還有5款高速互聯(lián)方面的自研IP面世。

奎芯科技市場及戰(zhàn)略副總裁唐睿

奎芯科技產(chǎn)品副總裁王曉陽認為國內(nèi)IP公司最緊要的任務(wù)是將半導(dǎo)體IP在種類和制程上進行全覆蓋，只有這樣才有機會未來在國產(chǎn)制程上為上下游客戶提供更好的解決方案。

王曉陽表示，國內(nèi)芯片設(shè)計的水平并不差，難的是怎么把芯片產(chǎn)品落地，落地就要建生態(tài)、建軟件。那么IP公司如何為國內(nèi)芯片公司賦能呢，就需要把分工細化。芯片公司設(shè)計SoC的核心護城河在于核、軟件和生態(tài)，AI公司在于AI算法、軟件。在一些芯片設(shè)計上具有重復(fù)性的工作，如果每家公司都做一遍，整個進程會比較緩慢。通過分工的細化，IP公司來解決這樣的問題，提升專業(yè)度、提高配合效率。

奎芯科技產(chǎn)品副總裁王曉陽

接口IP的供應(yīng)商主要還是國外廠商，要讓國內(nèi)客戶接納國內(nèi)公司的IP并不那么容易。這一點，國內(nèi)接口IP廠商都深有體會，但也不是沒有突破口。

芯耀輝技術(shù)支持總監(jiān)劉好朋提到國內(nèi)客戶采用國產(chǎn)IP存在顧慮，因為IP一旦接入到芯片出了問題，芯片要重新配套。那么國產(chǎn)高速接口IP廠商如何獲得認可呢？劉好朋談到三點。一是國產(chǎn)IP產(chǎn)品要向業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商靠齊，甚至在某個功能上超過他們。這樣客戶才有興趣和意愿洽談。二是和客戶保持緊密的合作，在開發(fā)IP過程中同步給客戶開發(fā)進展，以達到客戶的期望值。三是定制化服務(wù)，針對國內(nèi)客戶的差異化需求，國外廠商不愿意承接的，作為本土IP供應(yīng)商，更愿意貼近客戶，滿足定制化需求，比如做子系統(tǒng)、硬化、SIPI分析、后期的芯片調(diào)試等，為客戶提供更好的體驗。目前芯耀輝最新研發(fā)了基于12/14nm工藝的DDR5、LPDDR5的IP，其中DDR5性能在16/14/12nm工藝上超越了全行業(yè)最高速率，性能/功耗/面積指標突出，可以滿足各類可定制化的客戶需求。

芯耀輝技術(shù)支持總監(jiān)劉好朋

對于定制化服務(wù)，芯啟源EDA&IP 銷售總經(jīng)理裘燁敏也深表認同。芯啟源提供通過USB-IF官方認證的USB 3.2 Gen 1和Gen 2以及USB 2.0控制器IP，用于PC主機、從設(shè)備、以及嵌入式應(yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)中大型的客戶比較傾向于國外廠商。而成熟的國產(chǎn)IP廠商卻能在定制化能力上打動客戶?！拔覀兲峁?*24小時的服務(wù)，滿足客戶的定制化需求，突出的服務(wù)能力得到客戶的認可。”

芯啟源EDA&IP 銷售總經(jīng)理裘燁敏

處理器IP廠商肩擔(dān)生態(tài)重任

上海芯聯(lián)芯主要從事基于RISC架構(gòu)的CPU IP的研發(fā)和銷售業(yè)務(wù)，2019年取得RISC架構(gòu)（MIPS）中國區(qū)（含香港、澳門）獨家商業(yè)經(jīng)營權(quán)，并獲得RISC（MIPS） CPU底層架構(gòu)、所有內(nèi)核授權(quán)及轉(zhuǎn)授權(quán)與衍生品二次開發(fā)權(quán)。2021年公司MIPS IP業(yè)務(wù)的出貨量達到1.73億顆，較剛接手時中國區(qū)6830萬顆的銷量來看，增長了近三倍。并且2022年上半年芯聯(lián)芯RISC架構(gòu)（MIPS） IP出貨量已經(jīng)超過2021年全年。增長勢頭可謂相當(dāng)猛烈。

芯聯(lián)芯高級銷售總監(jiān)王炳立表示，芯聯(lián)芯基于RISC（MIPS）原始指令集進行新的開發(fā)，例如面向車規(guī)需求提供相關(guān)的安全IP等。在CPU性能提升方面，MIPS有單線程、多線程，或單發(fā)射、多發(fā)射，亂序再流水線加深等方式。高端CPU支持的亂序多發(fā)射等，芯聯(lián)芯也在持續(xù)優(yōu)化性能，希望針對特定市場提供更好的CPU IP。

芯聯(lián)芯高級銷售總監(jiān)王炳立

在生態(tài)推動方面，芯聯(lián)芯也十分重視MIPS的生態(tài)建設(shè)。在鄭州成立研發(fā)中心，推進軟件和供應(yīng)鏈的支持，不斷壯大MIPS生態(tài)向前發(fā)展。

安謀科技是ARM在中國的合資公司，主要的任務(wù)和使命是把ARM的先進技術(shù)帶到中國，以及讓中國產(chǎn)業(yè)繼續(xù)和國際保持接軌，參與到全球生態(tài)建設(shè)和產(chǎn)品競爭中去。

安謀科技產(chǎn)品研發(fā)負責(zé)人劉澍認為，當(dāng)前一個非常明顯的現(xiàn)象是小公司辦大事，中國數(shù)千家半導(dǎo)體公司，有的甚至是初創(chuàng)企業(yè)，都在在努力解決卡脖子的諸多問題。同樣，中國的大型半導(dǎo)體公司也希望引領(lǐng)行業(yè)往前走。對于IP供應(yīng)商，就要去滿足這樣的重要需求。一方面，我們積極在國內(nèi)和很多大企業(yè)進行合作，讓他們利用ARM的先進IP開發(fā)更優(yōu)的解決方案，向國際一流公司發(fā)起挑戰(zhàn)和競爭，也讓產(chǎn)業(yè)發(fā)展得更快。

安謀科技產(chǎn)品研發(fā)負責(zé)人劉澍

另一方面，我們開發(fā)了一整套IP計算引擎包括CPU、GPU、NPU、ISP、VPU以及安全IP等，廣泛服務(wù)于小公司。對這類公司而言，搭建上千人團隊，耗費5-10年把底層技術(shù)全部累積起來的投入是非常大的。但在基于我們提供的處理器IP上，他們可以快速面向終端應(yīng)用進行芯片設(shè)計和制造，令產(chǎn)品快速上市。

芯片的每一代工藝節(jié)點都離不開EDA、IP和晶圓代工的共同優(yōu)化。工藝變化之下，芯片需要在設(shè)計和生產(chǎn)中進行反復(fù)的調(diào)試、優(yōu)化，相互校準。EDA同樣需要提供非常強的自動化驗證和預(yù)測能力。對于IP供應(yīng)商來說，要在這個場景里參與和發(fā)揮一部分的作用，因此我們還有物理IP研發(fā)團隊，幫助生產(chǎn)制造商進行核心突破。

談到定制化時，劉澍表示，安謀科技提供的IP定制化服務(wù)始終考慮的是賦能場景而定制，讓客戶能夠針對家居類、視頻監(jiān)控類或者汽車類應(yīng)用做芯片的優(yōu)化和調(diào)整。以汽車應(yīng)用為例，公司內(nèi)部有一套非常完善的車規(guī)IP流程，對客戶而言，我們提供IP，加上我們的for ready package，同時能夠?qū)⒘鞒讨R傳達給客戶，幫助他們更好地設(shè)計芯片。頭部客戶則會結(jié)合新興的應(yīng)用，利用我們引擎類的IP做出更好的系統(tǒng)。

IP廠商如何看Chiplet

在摩爾定律開始放緩甚至停滯的情況下，Chiplet技術(shù)能夠?qū)⒉煌に嚨哪K化芯片，像拼接樂高積木一樣用封裝技術(shù)整合在一起，在提升性能的同時實現(xiàn)低成本和高良率。這一技術(shù)被業(yè)界所推崇，也是必然的發(fā)展趨勢之一。不過，受訪嘉賓們也有著非常明晰的觀察，Chiplet的作用并不在于讓我們彎道超車，而是要產(chǎn)業(yè)上下游合力，去打通Chiplet的實施瓶頸，賦能客戶的最終應(yīng)用。

在UCIe標準發(fā)布后幾乎同一時間就宣布首發(fā)兼容UCIe國際標準的Chiplet解決方案，聽起來芯動科技像是押中了高考大題。據(jù)高專透露，“芯動兩年前就開始了InnolinkChiplet的研發(fā)工作，率先明確InnolinkB/C基于DDR的技術(shù)路線，并于2020年的Design Reuse全球會議上首次向業(yè)界公開Innolink A/B/C技術(shù)。得益于正確的技術(shù)方向和超前的布局規(guī)劃，Innolink的物理層與UCIe的標準保持一致，成為國內(nèi)首發(fā)、世界先進的自主UCIe Chiplet解決方案?！?br />
高專認為，Chiplet此前都是大廠商自己芯片內(nèi)部互聯(lián)，沒有公開的互聯(lián)協(xié)議標準?，F(xiàn)在UCIe標準出現(xiàn)，是比較好的契機，讓大家在統(tǒng)一的標準基礎(chǔ)上找到更好的方向去尋找適合Chiplet應(yīng)用的場景。

當(dāng)前國內(nèi)也在做自己的標準，是否會和UCIe標準形成比較大的割裂呢？

王曉陽認為，標準在本質(zhì)上底層不會有太大的區(qū)別，主要是上層協(xié)議的差別。UCIe由英特爾主導(dǎo)，也是出于商業(yè)模式考慮，希望將很多企業(yè)拉到這一生態(tài)中，它既可以授權(quán)X86 IP核，也可以為大家做Chiplet代工生產(chǎn)以及封裝。那么中國自己的Chiplet標準并不是非此即彼，完全可以在底層進行兼容，又有自己的一致性協(xié)議，我們的上層協(xié)議可以針對不同場景做差異化。

劉澍表示，UCIe聯(lián)盟在全球范圍定義Chiplet標準，ARM參與其中，國內(nèi)也在探索和 die-to-die（裸片到裸片）或chip-to-chip（芯片到芯片）之間的物理層協(xié)議層實現(xiàn)，我們同樣也會加入其中。我們認為既需要與國際標準接軌，國內(nèi)又能夠在一些標準上自主可控，這并不矛盾。

就以推廣服務(wù)器生態(tài)標準來說，ARM在全球推廣 ServerReady計劃，這是一個基于標準的合規(guī)計劃，旨在幫助用戶安全、合規(guī)地部署ARM服務(wù)器系統(tǒng)。。在國內(nèi)我們有綠色軟件聯(lián)盟，來定義中國ARM服務(wù)器軟件生態(tài)標準，我們希望在這樣的架構(gòu)和生態(tài)上，讓大家健康發(fā)展，但是無論是在國內(nèi)，還是國際，我們都要達到技術(shù)相通，但自主可控，同時又能在生態(tài)上共同繁榮的目的，所以這是兩條腿共同往前邁進的策略。

那么IP廠商如何推動Chiplet的發(fā)展？

唐睿表示，Chiplet可能帶來的是IP硬件化，那么IP廠商本身的商業(yè)模式會隨之改變，未來就是銷售硬件化IP來實現(xiàn)商業(yè)化。以計算芯片為例，Chiplet主要涉及計算、內(nèi)存和IO接口，IO接口相對獨立，計算最難和上層算法解耦，內(nèi)存可以部分解耦，最終Chiplet會像搭樂高積木一樣，通過取舍提高客戶的迭代速度。

他進一步認為，當(dāng)前，Chiplet生態(tài)的推動可能并不在于大公司，他們本身存在競爭，也不在于晶圓代工廠，他們看不到系統(tǒng)層面。這就需要第三方公司，比如IP公司，他們了解客戶的需求，可以提供系統(tǒng)設(shè)計，包括設(shè)計到封裝都可以幫客戶定義。未來可能會是這種多方合作的局面。

王炳立也提到，由于設(shè)計復(fù)雜度的提高，Chiplet就需要跨領(lǐng)域的協(xié)同，這方面國內(nèi)無論是EDA工具、封裝還是設(shè)計等都應(yīng)當(dāng)更緊密地合作。

芯啟源產(chǎn)品市場總監(jiān)胡侃認為從業(yè)務(wù)層面看Chiplet的采用還是要結(jié)合客戶的需求和商業(yè)化落地。以DPU未來的發(fā)展來看并不在于是否持續(xù)需要用先進工藝來降低功耗提高性能，而是DPU將融合人工智能、機器學(xué)習(xí)，融合更多的CPU+GPU+DPU的異構(gòu)大芯片的能力，就會涉及到Chiplet，同時推動EDA工具等產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的進步。

芯啟源產(chǎn)品市場總監(jiān)胡侃

劉澍認為，Chiplet是能夠讓我們跨越摩爾定律、跨越算力極限的方式，這一點毫無疑問，但它并不是我們彎道超車的利器。從IP層面考慮，Chiplet會對整個芯片的拓撲結(jié)構(gòu)帶來很大的影響?！艾F(xiàn)在一個芯片上動不動就是幾十個、上百個ARM內(nèi)核，再加上幾百T的NPU，再用網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，未來已經(jīng)不大可能在一個SoC里面持續(xù)的發(fā)展下去，特別是工藝上受到瓶頸的時候，這就需要引入Chiplet。把很多不同的核，memory、不同類型的算力分割開來，這中間需要各種各樣的互聯(lián)，包括物理層和協(xié)議層，解決吞吐量的問題和數(shù)據(jù)交換的問題?！?br />
ARM是片上互聯(lián)的最大IP提供商，現(xiàn)在要把它變成片間的Die-to-Die協(xié)議，我們在協(xié)議層、傳輸層有非常多的工作需要適配IP做出新的創(chuàng)新，也需要跟Foundry、EDA工具進行配合，讓他的生產(chǎn)和驗證得到充分的保障。目前這些工作才剛剛開始，同時Chiplet的成熟度和成本降低也會經(jīng)過相對比較長的時間。