如何在芯片制造中更有效地使用數(shù)據(jù)

隨著芯片成本的上升，“前饋”和反饋?zhàn)兊弥陵P(guān)重要，但這一切都需要時(shí)間。

半導(dǎo)體工程與微軟安全云環(huán)境產(chǎn)品管理總經(jīng)理 Mujtaba Hamid 坐下來討論智能制造以及工具和人工智能如何為半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)智能制造；Vijaykishan Narayanan， proteanTecs印度工程與運(yùn)營(yíng)副總裁兼總經(jīng)理；KT Moore， Cadence企業(yè)營(yíng)銷副總裁；以及Alphawave Semi高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Mohit Gupta 。

我們多年來一直在談?wù)摴I(yè) 4.0，也稱為智能制造。我們今天走到了哪一步？芯片行業(yè)的發(fā)展又如何呢？

很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，它一直是一個(gè)流行詞，但現(xiàn)在我們看到了真正的解決方案所帶來的成果。這將使公司能夠采用改進(jìn)的 PERCS——生產(chǎn)力、效率、可靠性、成本和可擴(kuò)展性。

在過去的幾年里，尤其是在新冠疫情之后，世界開始意識(shí)到半導(dǎo)體的重要性。汽車或冰箱上丟失的微小芯片都無法讓你無法正常使用。隨著數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的出現(xiàn)，我們?nèi)绾未_保有良好的系統(tǒng)可以始終幫我們達(dá)成目標(biāo)？

整個(gè)工業(yè) 4.0 運(yùn)動(dòng)很大程度上是通過向我們的流程注入智能來推動(dòng)的。過去幾十年來，我們一直專注于自動(dòng)化和可擴(kuò)展性能。通過在流程中納入人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)來擴(kuò)展這一點(diǎn)，無論是設(shè)計(jì)還是制造——它就在這里。我們不斷學(xué)習(xí)和發(fā)展，并與客戶合作，做得更好。

長(zhǎng)期以來，我們一直希望在供應(yīng)鏈中進(jìn)行更高保真度的設(shè)計(jì)和更高質(zhì)量的制造。各種有利因素匯聚在一起。借助云和大數(shù)據(jù)建模工具，你可以在將設(shè)計(jì)發(fā)送到制造之前對(duì)其進(jìn)行更高保真度的模擬。擁有諸如邊緣云之類的東西，它可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)和自動(dòng)化，以及更好的數(shù)據(jù)共享以提高供應(yīng)鏈的彈性。數(shù)字孿生也正在使用中。因此，許多支持技術(shù)即將出現(xiàn)。盡管工業(yè) Metaverse 正在經(jīng)歷類似 Gartner 低谷的情況，但它終將挺過來并實(shí)現(xiàn)更豐富的可視化。現(xiàn)在人工智能浪潮正在到來。

每當(dāng)我們談?wù)撝悄苤圃鞎r(shí)，人們常常會(huì)提到半導(dǎo)體作為最前沿的行業(yè)。但這樣的說法準(zhǔn)確嗎？

人們?cè)诠聧u中工作。有一個(gè)測(cè)試團(tuán)隊(duì)、一個(gè)生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。但沒有用于數(shù)據(jù)前饋或反饋的通用平臺(tái)可以在其中提高效率或生產(chǎn)力。從錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，并將這些教訓(xùn)反饋到你的設(shè)計(jì)中，從而提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。這是自動(dòng)化的重要組成部分，也是根據(jù)從芯片中獲得的一些知識(shí)做出決策的重要組成部分。打破孤島是第一步。

你能定義一下通用平臺(tái)的含義嗎？

我們將這些代理添加到芯片內(nèi)，以獲得對(duì)該芯片的可見性。一旦硅片出來，我們就能從中得到讀數(shù)。我們有一個(gè)平臺(tái)，可以在系統(tǒng)級(jí)階段、生產(chǎn)階段和現(xiàn)場(chǎng)加載數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)在任何訪問該平臺(tái)的人都可以了解這些領(lǐng)域。如果存在問題，他們會(huì)提出警告，并且可以向后或向前反饋數(shù)據(jù)以解決這些問題或采取其他措施。

從軟件行業(yè)的角度來看，是持續(xù)的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)循環(huán)。該循環(huán)依賴于通用數(shù)據(jù)。我們稱之為數(shù)據(jù)底層軟件。這可能是一個(gè)負(fù)載性的術(shù)語，但我們需要這種類型的數(shù)據(jù)基底能夠進(jìn)行前瞻性和回顧性，并具有連續(xù)的設(shè)計(jì)和制造循環(huán)。

還有另一個(gè)向量。隨著這些系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，重新設(shè)計(jì)和犯錯(cuò)誤的成本變得非常高。前饋和后饋都類似于整個(gè)流程的持續(xù)改進(jìn)。RTL 工程師需要知道芯片中發(fā)生了什么。當(dāng)你在公司里開發(fā)一些東西時(shí)，你需要在那里直到看到芯片。否則，循環(huán)不閉合。如果采用任何具有復(fù)雜異構(gòu)芯片或小芯片的領(lǐng)先工藝節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建這些系統(tǒng)的成本要高得多。

這些孤島產(chǎn)生了兩個(gè)向量。我們的客戶一直在使用順序流程設(shè)計(jì)這些復(fù)雜的芯片、系統(tǒng)或電路板。但隨著這些事情變得越來越復(fù)雜、越來越集成，我們必須能夠在設(shè)計(jì)過程中消除這些人為的邊界條件。其次，我們的一些客戶不再只是設(shè)計(jì)芯片。我們有設(shè)計(jì)芯片來構(gòu)建系統(tǒng)的客戶。我們現(xiàn)在有系統(tǒng)公司正在制造芯片。因此，整個(gè)集成層正在呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)展。

這種連續(xù)循環(huán)不再僅僅存在于制造中或回到設(shè)計(jì)中?，F(xiàn)在它也必須前進(jìn)到戰(zhàn)場(chǎng)并返回。但如何達(dá)到所有這些要求呢？有多種產(chǎn)品很快問世，其中一些產(chǎn)品的使用壽命更長(zhǎng)。這些數(shù)據(jù)實(shí)際上是如何反饋的？

設(shè)計(jì)流程也必須不斷發(fā)展。在過去的幾十年里，設(shè)計(jì)流程沒有發(fā)生根本性的變化。新的工具和復(fù)雜性已經(jīng)出現(xiàn)。但是，如果真正考慮能夠前饋/后饋，如果人工智能到來，如果你改變核心芯片設(shè)計(jì)與片外加速器設(shè)計(jì)之間的界限，以及獲得什么在系統(tǒng)、主板或軟件中完成——邊界不斷變化。如何在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中保持敏捷？這就是這個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)如此重要的地方。數(shù)據(jù)平臺(tái)既需要在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)反饋和前饋，也需要在制造和現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)反饋和前饋。如果數(shù)據(jù)平臺(tái)更加一致，并且能夠?qū)崟r(shí)獲取遙測(cè)數(shù)據(jù)，那么設(shè)計(jì)人員可以更快地做出反應(yīng)。整個(gè)事情需要成型。

同意。我們還沒有達(dá)到那個(gè)目標(biāo)，但我們已經(jīng)走在正確的軌道上了。我們已經(jīng)采取了一些措施，但仍有更多工作要做。

這些數(shù)據(jù)平臺(tái)是什么樣的？

從產(chǎn)品創(chuàng)作的角度來看，數(shù)據(jù)平臺(tái)需要擴(kuò)展到設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)我大學(xué)畢業(yè)時(shí)，作為一名芯片設(shè)計(jì)師，我的主要職責(zé)是確保芯片滿足性能指標(biāo)，僅此而已。我們不太關(guān)心功率或面積。但是，當(dāng)你將這些其他維度添加到設(shè)計(jì)中時(shí)，你需要一個(gè)可以從 RTL 創(chuàng)建一直延伸到簽收的平臺(tái)，并且能夠訪問所有這些不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)?，F(xiàn)在我們談?wù)摰牟粌H僅是設(shè)計(jì)芯片，而是在具體環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。這不僅僅是電氣行為。它還包括物理行為、物理相互作用——熱力等等。

我將給你舉一個(gè)例子，說明如何從宏觀層面看待某些事情。我們公司從事連接領(lǐng)域，世界各地都有這些大型數(shù)據(jù)中心。如果看看他們的資本支出，就會(huì)發(fā)現(xiàn)主要是用于冷卻的電力。硬件是一個(gè)較小的組件。因此，設(shè)計(jì)芯片或解決方案的人可以拍攝數(shù)據(jù)中心消耗的電力的圖片，深入到機(jī)架，從機(jī)架到服務(wù)器再到芯片，等等。也許我們還沒有完全做到這一點(diǎn)，但是有更多的反饋發(fā)生，就像它在系統(tǒng)級(jí)別的含義一樣。除了電池供電的設(shè)備之外，其中一些參數(shù)（例如功率）過去從未成為關(guān)鍵問題。但現(xiàn)在，如果不能滿足功率預(yù)算，許多系統(tǒng)將無法啟動(dòng)。

當(dāng)我們走向芯片上數(shù)萬億個(gè)晶體管、小芯片和 3D 堆疊時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮所有這些排列和組合。然后，在流程中發(fā)生變化是可能的。因此，你不能抱著這樣的心態(tài)：“這是芯片邊界，我正在努力實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的結(jié)果?！?/p>

解決芯片問題的方法有很多，但并非所有方法都必須在芯片級(jí)別完成。你可以將某些問題作為芯片的一部分來解決，但你也可以通過軟件來修復(fù)它。如今，通過硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法可以提供足夠的調(diào)查功能，你可以從系統(tǒng)角度優(yōu)化事物。

審核編輯：劉清