EDA重回聚光燈下

EDA 行業(yè)最近表現(xiàn)非常好，但這種運(yùn)行將持續(xù)多久是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題。由于芯片架構(gòu)、終端市場(chǎng)和一長(zhǎng)串新技術(shù)的快速變化，EDA是一個(gè)顛覆的行業(yè)。此外，最近的地緣政治緊張局勢(shì)使整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)所依賴的這個(gè)小部門受到更多關(guān)注。

盡管發(fā)生了這些變化，EDA 公司仍設(shè)法在這場(chǎng)漩渦中保持顯著的相關(guān)性。在過去兩年中，以SOX指數(shù)衡量的半導(dǎo)體行業(yè)一直保持相對(duì)平穩(wěn)。但與此同時(shí)，上市 EDA 公司的股價(jià)上漲了約 60%，擁有 EDA 部門的大型企業(yè)集團(tuán)聲稱其 EDA 增長(zhǎng)率高于市場(chǎng)。

西門子 EDA IC 產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān) Neil Hand 表示：“半導(dǎo)體的變革步伐始終讓我們保持年輕的行業(yè)。” “EDA 真正健康的原因之一是一直被迫適應(yīng)變化。一些行業(yè)變得自滿。他們停滯不前，他們開始適應(yīng)緩慢。我認(rèn)為你不能對(duì) EDA 這么說?！?/p>

然而，籠罩在整個(gè)行業(yè)中的一大問題是，EDA 是否能夠足夠快地進(jìn)行調(diào)整以滿足對(duì)它提出的所有要求，或者它是否正在擴(kuò)展到新公司可以取得進(jìn)展的程度。這在很大程度上取決于整個(gè)芯片行業(yè)的變化數(shù)量和速度，包括工具套件中的人工智能、硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案的重要性日益增加等等。與此同時(shí)，系統(tǒng)公司正在經(jīng)歷一些大趨勢(shì)，例如特定領(lǐng)域的計(jì)算、自動(dòng)駕駛和對(duì)安全性的日益關(guān)注等。

“從 RTL 級(jí)別開始，大多數(shù)必要的工具都可用并且可以很好地完成工作，” Fraunhofer IIS 自適應(yīng)系統(tǒng)工程部高效電子部門負(fù)責(zé)人 Andy Heinig 說?！跋到y(tǒng)級(jí)工具確實(shí)存在一些差距。但整個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)飽和，沒有人愿意花費(fèi)巨額預(yù)算來開發(fā)新方法。只有真正新的概念和方法才能在未來縮小系統(tǒng)級(jí)工具的差距。”

但流量的方方面面都需要持續(xù)的投入?！拔覀兊暮诵?a target="_blank">算法正在改進(jìn)，隨著每個(gè)新技術(shù)節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)，我們必須在優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式上做出一些改變，” Cadence數(shù)字與簽核集團(tuán)產(chǎn)品管理集團(tuán)總監(jiān) Vinay Patwardhan 說. “那是因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都有新的約束或新的影響。最重要的是，我們必須進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同優(yōu)化。以前用于獲得最佳布線后結(jié)果的相同優(yōu)化算法必須超越芯片并考慮封裝效應(yīng)和系統(tǒng)級(jí)效應(yīng)。同樣，系統(tǒng)仿真必須考慮芯片級(jí)效應(yīng)。我們必須擴(kuò)展所有 EDA 算法，不僅要更加了解局部影響，還要了解它所涉及的一切在全球范圍內(nèi)的傳播。”

行業(yè)演進(jìn)

在 EDA 的早期，全球主要大學(xué)和數(shù)百家初創(chuàng)公司進(jìn)行了大量研究。然后它經(jīng)歷了大規(guī)模的整合階段。Ansys產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān) Marc Swinnen 表示：“EDA 中始終存在這兩種供應(yīng)商流，單點(diǎn)工具、同類最佳供應(yīng)商和完整解決方案供應(yīng)商. “在 90 年代，Cadence 以提供完整的流程而聞名，并會(huì)從初創(chuàng)公司購買點(diǎn)工具來增強(qiáng)他們的技術(shù)，并且這些工具不斷被新的初創(chuàng)公司更新。由于當(dāng)今 EDA 領(lǐng)域的初創(chuàng)公司非常少，因此該模型已被擱置一旁。全流程提供商在 2000 年代初期變得非常流行，事實(shí)證明這對(duì)他們來說非常成功。它提供了一個(gè)單一的聯(lián)系點(diǎn)，這聽起來很有吸引力，尤其是對(duì)采購代理而言?！?/p>

經(jīng)濟(jì)和技術(shù)護(hù)城河讓初創(chuàng)企業(yè)舉步維艱?！?0 年代的許多初創(chuàng)公司都是routers初創(chuàng)公司，” Synopsys研究員 Rob Aitken 說?！叭绻憬裉煜雽懸粋€(gè)routers，那真的很難。設(shè)計(jì)規(guī)則是如此復(fù)雜，而且訪問它們也如此受限，以至于你不能把幾個(gè)研究生放在一個(gè)房間里，讓他們想出一些東西。一小群有創(chuàng)造力的人可以自由創(chuàng)新的領(lǐng)域很小。你不能讓五個(gè)研究生聚在一起，讓他們寫一些可以與 Cadence 或 Synopsys 工具競(jìng)爭(zhēng)的東西。他們?cè)?EDA 領(lǐng)域沒有太多的發(fā)揮空間，因?yàn)槠渲泻芏嘁呀?jīng)定義好了?！?/p>

在研究繼續(xù)的同時(shí)，它也在不斷發(fā)展。卡爾斯魯厄理工學(xué)院嵌入式系統(tǒng)主席兼 DAC 2023 總主席 Joerg Henkel 說：“我可以將提交給 DAC 的論文數(shù)量作為參考。”“我在技術(shù)委員會(huì)工作多年，看到了一個(gè)穩(wěn)定的研究論文增多。這主要是由某些主題驅(qū)動(dòng)的，例如安全性、設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)或解決側(cè)信道和 IP 問題。我們還看到很多關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)的論文。有新技術(shù)，比如非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，有很多論文。設(shè)計(jì)自動(dòng)化仍然是兩個(gè)最大的渠道之一，但它更多地是關(guān)于新技術(shù)，比如機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，它們已經(jīng)進(jìn)入傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這在某種程度上是一種復(fù)興。

不過，最近的地緣政治局勢(shì)可能會(huì)提供變革的動(dòng)力。“在過去的幾年里，研發(fā)越來越少，”Cadence 定制 IC 和 PCB 部門產(chǎn)品管理組總監(jiān) John Park 說?！暗歉鶕?jù) CHIPS 法案，這是數(shù)十億美元的資金，它正在封裝和小芯片開發(fā)以及支持 OSAT 能力方面創(chuàng)建許多初創(chuàng)公司。由 DARPA 資助的項(xiàng)目往往在幾乎所有方面都有學(xué)術(shù)界。所有大型大學(xué)都在 3D 創(chuàng)新和 3D 異構(gòu)集成方面投入更多。作為一名封裝設(shè)計(jì)師，我在歷史上從未見過這種水平的創(chuàng)新、投資和研究。雖然很多都流向了半導(dǎo)體方面，但我估計(jì)大約有 18% 到 20% 會(huì)流向多芯片封裝。”

類似的投資也在其他地方發(fā)生。西門子的漢德說：“CHIPS 法案和歐洲的同類法案所做的是激勵(lì)進(jìn)行更多的研究，從而開辟更多的途徑?！?“研究的本質(zhì)是，進(jìn)行的事情越多，突破性發(fā)現(xiàn)的可能性就越大。如果只看兩三樣?xùn)|西，是很難有突破的。如果您查看 100 件事情，就會(huì)有人取得突破。這變得非常有趣，令人興奮的是你開始看到研發(fā)工作的分散化，這將增加我們開始看到更多突破的可能性?！?/p>

它會(huì)導(dǎo)致行業(yè)中斷嗎？Synopsys 的 Aitken 說：“也許吧，但如果任何行業(yè)在其做事方式上得到足夠的固定，它就會(huì)變得越來越難被顛覆。” “但是，當(dāng)這種破壞出現(xiàn)時(shí)，破壞性會(huì)越來越大。從本質(zhì)上講，有人可以通過重新思考一個(gè)問題并說，'我們實(shí)際上不必這樣做來擾亂這個(gè)行業(yè)。'”

普遍的共識(shí)是這在不久的將來不太可能?！把芯咳匀话l(fā)生在算法級(jí)別或設(shè)備物理級(jí)別，”Cadence 的 Patwardhan 說。“我沒有看到有人正在做一些革命性的事情來徹底改變今天做事的方式。它比現(xiàn)有方法更具增量性，他們正在添加它的一部分，添加到它以使其更強(qiáng)大、更快。但是一種全新的革命性的做事方式？這種事我見得少了?！?/p>

一些人認(rèn)為人工智能可能會(huì)實(shí)現(xiàn)它。“當(dāng)你看 DAC 時(shí)，當(dāng) AI 論文開始時(shí)，它會(huì)涉及各種主題，”Henkel 說?！安煌黝}的論文中有很大一部分涉及人工智能。所以是的，研究人員學(xué)習(xí)它，如何應(yīng)用它，如何使它有益。我們對(duì)物理設(shè)計(jì)論文的成熟度感到驚訝。現(xiàn)在看來，將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于物理設(shè)計(jì)是一件顯而易見的事情。”

融合

該行業(yè)正在發(fā)生融合，將過去獨(dú)立的領(lǐng)域融合在一起?！半S著 3D 的出現(xiàn)，我們看到了 EDA 組織的重大變化，因?yàn)?D-IC為許多以前孤立的額外物理效應(yīng)打開了大門，”Ansys 的 Swinnen 說。“你有一個(gè)芯片團(tuán)隊(duì)，一個(gè)封裝團(tuán)隊(duì)，一個(gè) PCB 團(tuán)隊(duì)，他們可能在不同的國(guó)家。他們從來不必互相交談。但現(xiàn)在有了 3D-IC，所有這些都必須被揉在一起。沒有一家公司擁有制作 3D-IC 所需的全部技術(shù)。”

這得到了業(yè)內(nèi)其他人的呼應(yīng)。“隨著你進(jìn)入 3D 和多芯片空間，你最終不得不考慮越來越多的效果，”Aitken 說?！澳氵M(jìn)入越來越多的領(lǐng)域，你會(huì)到達(dá)這樣一個(gè)地步，無論你身在何處，無論你公司的工具套件有多廣泛，總有一些東西正好在它的邊界上，所以你仍然會(huì)擁有和別人一起工作?！?/p>

這就是系統(tǒng)和芯片設(shè)計(jì)的融合。“這意味著設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法比過去更先進(jìn)、更復(fù)雜、更復(fù)雜，”Park 說?！胺庋b設(shè)計(jì)師以前不必?fù)?dān)心 DRC 和 LVS 的正式簽核，現(xiàn)在他們不得不擔(dān)心。那就是系統(tǒng)世界進(jìn)入die設(shè)計(jì)世界。芯片設(shè)計(jì)師，單片 ASIC 的設(shè)計(jì)師，從來不知道什么是信號(hào)完整性?，F(xiàn)在，他們必須在多小芯片系統(tǒng)中驗(yàn)證它們是否符合通信標(biāo)準(zhǔn)，而這需要信號(hào)完整性工具。這些類型的例子有很多，但它意味著來自系統(tǒng)世界和 ASIC 設(shè)計(jì)世界的專業(yè)知識(shí)和工具的融合。工具的數(shù)量在增長(zhǎng)，專業(yè)知識(shí)在增長(zhǎng)，人們?cè)噲D去弄清楚這些設(shè)計(jì)流程。

3D-IC 并不是唯一的融合點(diǎn)。“越來越多的事情被考慮用于優(yōu)化，”漢德說?！盀榱斯芾硭?，你開始處理抽象層。當(dāng)你有抽象層時(shí)，它允許做出本地化的決策，并得到通知。您可以進(jìn)行具有豐富數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，做出明智的決策，還可以進(jìn)行極其詳細(xì)的物理級(jí)設(shè)計(jì)。它們?nèi)匀皇仟?dú)立的活動(dòng)，盡管它們是相互聯(lián)系和相互關(guān)聯(lián)的。由于幾個(gè)原因，您將看到的不是向單一整體實(shí)體的轉(zhuǎn)變。一個(gè)是它不起作用。沒有一個(gè)人可以做所有事情。歷史在很多方面都表明了這一點(diǎn)。你確實(shí)需要連接流?！?/p>

尚未決定找出使該工作必須流動(dòng)的信息?！耙恢币詠矶加谢谟?jì)算的解決方案或基于場(chǎng)景的解決方案，但借助人工智能技術(shù)，我們有機(jī)會(huì)構(gòu)建模型，”Patwardhan 說?！盀榱擞行У厥褂媚Ｐ停覀冇袡C(jī)會(huì)多次參考模型并同時(shí)考慮大量參數(shù)，這在以前是不可能的，使用物理和邏輯參數(shù)?？紤]到數(shù)據(jù)量、變量數(shù)量和問題的復(fù)雜性，人工智能在這個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)難以置信的機(jī)會(huì)。有朝這個(gè)方向進(jìn)行的工作，在未來一年左右的時(shí)間里，將在公共和私人論壇上討論很多想法?！?/p>

某些類型的融合的影響尚未完全了解?！拔覀冎牢覀儽仨氷P(guān)心熱量，我們知道我們必須在某種程度上關(guān)心機(jī)械，”Aitken 說?！拔覀冇卸嗌訇P(guān)心機(jī)械？使用不同的材料會(huì)發(fā)生什么變化？我們正在進(jìn)入一個(gè)合作時(shí)代，因?yàn)槿藗儽仨毎研酒贸鰜恚麄儽仨殞鹘y(tǒng) EDA 供應(yīng)商的工具與歷史上沒有做過 EDA 的人的工具結(jié)合起來?！?/p>

但這帶來了一些挑戰(zhàn)?！皵?shù)據(jù)隱私仍然是每個(gè)人最關(guān)心的問題，”Patwardhan 說。“這意味著我們客戶的想法，以及我們的想法。但如今有更多值得信賴的合作方式，無論是在技術(shù)方面還是個(gè)人信任方面。他們與其中一些客戶建立了更長(zhǎng)期的關(guān)系。信任正在建立。我們擁有更安全的系統(tǒng)，因此可以訪問數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)隱私，但我們已經(jīng)找到了與合作伙伴合作的有效方法和解決方案?！?/p>

為了使這項(xiàng)工作有效，抽象是連接的自然方式。“沒有一種工具可以做所有事情，沒有一家公司可以做所有事情，”漢德說。“你看到的是，隨著越來越多的復(fù)雜性進(jìn)入流程，我們必須找到處理這種復(fù)雜性的方法，允許抽象這種復(fù)雜性的方法，以便人們使用它。同時(shí)，我們必須允許以本地化方式管理這種復(fù)雜性。當(dāng)您查看系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，您需要考慮物理域、流體動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)和電子學(xué)。你永遠(yuǎn)不會(huì)模擬整個(gè)事情。您正在模擬這些對(duì)象的抽象。你在抽象層次上進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后向下推和分解以達(dá)到實(shí)現(xiàn)本身。”

這對(duì) EDA 行業(yè)的公司及其客戶和合作伙伴都有影響。“不久前，我們最大的客戶擁有 CAD 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，他們負(fù)責(zé)利用各種 EDA 工具供應(yīng)商創(chuàng)建簡(jiǎn)化的流程，”Park 說?！八麄冎谱髁艘粋€(gè)流程并將一流的工具結(jié)合在一起以創(chuàng)建優(yōu)化的流程。我們要回到那個(gè)。我們將回到聘請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方法專家來弄清楚如何構(gòu)建這些流程的公司，因?yàn)檫@是在這些復(fù)雜時(shí)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如果您擁有比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更優(yōu)化的設(shè)計(jì)流程，您將擁有更短的周轉(zhuǎn)時(shí)間。您可能會(huì)更快地進(jìn)入市場(chǎng)，可能會(huì)推出更好的產(chǎn)品。由于復(fù)雜性，設(shè)計(jì)流程的價(jià)值可能比歷史上任何時(shí)候都多?！?/p>

但并非所有公司都如此?！拔覀冞€看到許多公司尋求的不是一流的工具，而是最集成的工具，”Park 補(bǔ)充道?！皩?duì)某些人來說，這是另一種范式轉(zhuǎn)變。他們不是出去從五個(gè)不同的供應(yīng)商那里尋找一流的單點(diǎn)工具，然后弄清楚如何將它們結(jié)合在一起，而是轉(zhuǎn)向更多的單一供應(yīng)商流程，其中五個(gè)工具中的三個(gè)是最佳的-類，但其中兩個(gè)不是。但它們與流程緊密結(jié)合，因此采用特定方法具有優(yōu)勢(shì)。”

有很多事情在改變?！拔覀冎肋@個(gè)模型在某種程度上已經(jīng)崩潰了，”艾特肯說?！拔覀儾恢赖氖牵环纸饬硕嗌?，以及未來或不久的將來的界限在哪里。有機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行某種程度的抽象。我們需要在未來為 GDS 的矩形構(gòu)想出一組額外的抽象。每個(gè)人都知道有封裝，而且封裝有功率傳輸問題和散熱問題等等。但這并不重要，因?yàn)槁闫某橄蠹?jí)別已經(jīng)足夠好了。這不再是真的了。”

“作為一個(gè)行業(yè)，我們目前的選擇太多了，”漢德在討論 EDA 的投資領(lǐng)域時(shí)說。“我們將被迫推動(dòng)我們首字母縮略詞的第三個(gè)字母，即自動(dòng)化。我們必須努力縮小我們的客戶在未來幾年將看到的一些資源缺口。”

結(jié)論

EDA 行業(yè)健康發(fā)展。行業(yè)內(nèi)及其客戶行業(yè)內(nèi)的宏觀趨勢(shì)意味著增長(zhǎng)可能會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。但這種增長(zhǎng)的數(shù)量和速度正在行業(yè)內(nèi)造成一些不穩(wěn)定，這可能會(huì)導(dǎo)致他們以與過去不同的方式做出反應(yīng)。

審核編輯 ：李倩