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后摩爾時(shí)代，新設(shè)計(jì)方法學(xué)如何使芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
后摩爾時(shí)代，新設(shè)計(jì)方法學(xué)如何使芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
來(lái)源:SysMoore
系統(tǒng)公司涉足先進(jìn)制程SoC，帶來(lái)更多設(shè)計(jì)痛點(diǎn)和訴求
過(guò)去十幾年里，半導(dǎo)體行業(yè)呈現(xiàn)出兩大轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。
首先在晶圓制造部分，IDM企業(yè)的數(shù)量銳減，制造+設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)鏈分工明顯，晶圓制造部分逐漸形成臺(tái)積電、三星和英特爾三家獨(dú)大的局面。背后的推動(dòng)因素是系統(tǒng)重要性和復(fù)雜性的不斷提高，使企業(yè)需要降低研發(fā)和制造成本，如今在晶圓制造領(lǐng)域，基本只有這三家公司能夠承擔(dān)先進(jìn)工藝制程的成本、復(fù)雜性和重要性。
其次在芯片設(shè)計(jì)部分，過(guò)去先進(jìn)制程用戶主要是芯片設(shè)計(jì)公司，現(xiàn)在越來(lái)越多諸如谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜、BAT等系統(tǒng)廠商成為主要的先進(jìn)制程芯片設(shè)計(jì)者和消費(fèi)者。
“這兩大趨勢(shì)相繼并生。在制造端，制造能力、產(chǎn)能以及先進(jìn)制程所需的能力、可負(fù)擔(dān)性發(fā)生了巨大的變化；在客戶端，汽車、AI和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等高算力需求的主要應(yīng)用推動(dòng)著系統(tǒng)公司自行設(shè)計(jì)和定制芯片，以期實(shí)現(xiàn)與眾不同的系統(tǒng)架構(gòu)和差異化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在此背景下，半導(dǎo)體行業(yè)在宏觀趨勢(shì)上發(fā)生了三大轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多系統(tǒng)公司涉足DomainSpecificArchitecture（DSA）芯片設(shè)計(jì)。”新思科技（Synopsys）首席運(yùn)營(yíng)官SassineGhazi總結(jié)道。
他指出，第一個(gè)轉(zhuǎn)變是越來(lái)越多系統(tǒng)公司希望定制SoC，以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的差異化；第二個(gè)轉(zhuǎn)變是系統(tǒng)公司本身也開(kāi)始追求自己的SoC設(shè)計(jì)部門，以從芯片層面就實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)的差異化；第三個(gè)轉(zhuǎn)變是這些系統(tǒng)公司越來(lái)越“像”一家半導(dǎo)體公司。
“在整個(gè)行業(yè)持續(xù)不斷對(duì)先進(jìn)工藝制程的極致追求下，摩爾定律已經(jīng)越來(lái)越難以支撐芯片對(duì)功耗、性能、成本最優(yōu)的要求，包括技術(shù)不可預(yù)測(cè)性、研發(fā)投入高昂和設(shè)計(jì)難度大幅提升等。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都提出了不同的方案來(lái)應(yīng)對(duì)芯片設(shè)計(jì)需求和難度的攀升。”SassineGhazi指出。例如上游的設(shè)備公司、材料公司不斷提升設(shè)備性能、研發(fā)新型材料；芯片設(shè)計(jì)公司研究新的芯片架構(gòu)；晶圓廠和封測(cè)廠研發(fā)各種先進(jìn)封裝技術(shù)等等。
“作為產(chǎn)業(yè)中重要的一環(huán)，新思科技也提出了新的設(shè)計(jì)理念‘SysMoore’，來(lái)引導(dǎo)行業(yè)在未來(lái)將芯片性能進(jìn)一步提升。”
在摩爾定律已經(jīng)跟不上行業(yè)發(fā)展的情況下，今年新思科技全球用戶大會(huì)（SNUGWorld）之上，聯(lián)合創(chuàng)始人AartdeGeus提出了“SysMoore”的概念，前綴Sys指的是在系統(tǒng)層面解決問(wèn)題，而不只是在一個(gè)晶圓中集成的晶體管數(shù)量這個(gè)層面來(lái)解決問(wèn)題。SassineGhazi強(qiáng)調(diào)，“未來(lái)，只有站在系統(tǒng)的高度我們才能繼續(xù)優(yōu)化，找到把我們拖出性能‘泥潭’一起向前發(fā)展的解鈴人。”
“今天我們提出SysMoore，代表著新思科技一直從更高的維度來(lái)思考解決半導(dǎo)體行業(yè)挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)方法學(xué)。”新思科技全球資深副總裁兼中國(guó)董事長(zhǎng)葛群指出，未來(lái)EDA的角色很重要的一個(gè)改變就是能夠讓整個(gè)芯片設(shè)計(jì)的門檻降低，讓更多人能夠參與到芯片設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)，非常符合當(dāng)前中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的需求，也可以幫助新思科技在未來(lái)的后摩爾時(shí)代解決兩方面發(fā)展需求。一方面是解決對(duì)于不同工藝尤其是硅工藝的建模和抽象難題，使得人類能更好地控制不同工藝，尤其先進(jìn)工藝。另一方面能夠讓更多的人參與到芯片設(shè)計(jì)當(dāng)中來(lái)，滿足人類不斷發(fā)展的性能需求。
從系統(tǒng)層面來(lái)解決芯片設(shè)計(jì)痛點(diǎn)，行業(yè)也面臨著幾個(gè)趨勢(shì)和訴求：
第一，摩爾定律并非完全失效了，傳統(tǒng)上基于晶體管尺寸縮微和集成度提升的摩爾定律依然是很多公司可以遵循的發(fā)展路徑，也是利潤(rùn)的前提。
第二，在遵循當(dāng)前摩爾定律的基礎(chǔ)上，芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越關(guān)注能效表現(xiàn)。
第三，2.5/3D封裝、多裸晶設(shè)計(jì)等系統(tǒng)級(jí)先進(jìn)封裝技術(shù)成為提升芯片性能的重要手段。與此同時(shí)，在“超越摩爾”的部分，比如新思科技提供了預(yù)設(shè)的可復(fù)用的IP模塊，客戶可以基于這些模塊來(lái)“組合”自己的芯片設(shè)計(jì)。
第四，汽車、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等行業(yè)越來(lái)越追求晶圓的可靠性，需要進(jìn)行貫穿整個(gè)產(chǎn)品生命周期的晶圓健康監(jiān)控和可靠性檢測(cè)（SiliconHealth）。
第五，EDA/IP廠商越來(lái)越多地將AI技術(shù)用于EDA工具的設(shè)計(jì)、仿真、綜合、驗(yàn)證等過(guò)程，解決保障性、安全性和可靠性等瓶頸問(wèn)題。
SysMoore如何在未來(lái)引領(lǐng)芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
面對(duì)上述挑戰(zhàn)，SassineGhazi表示，新思科技作出了一個(gè)重要承諾：無(wú)論是依賴傳統(tǒng)的摩爾定律進(jìn)行設(shè)計(jì)，還是已經(jīng)超越摩爾用SysMoore理念從系統(tǒng)級(jí)別去解決設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的客戶，我們有志于用我們打造的解決方案提高他們的生產(chǎn)率1000倍！
下面這張圖簡(jiǎn)要介紹了新思科技是如何從硅、器件、芯片、系統(tǒng)到軟件、服務(wù)，一步步實(shí)現(xiàn)1000倍的生產(chǎn)率。
SassineGhazi解釋，首先，新思從硅層級(jí)上提供獨(dú)特的價(jià)值主張和產(chǎn)品服務(wù)，幫助客戶完成制造流程的建模、驗(yàn)證、模擬。為了達(dá)到更好的效果，新思科技與客戶公司晶圓廠密切協(xié)作，以確保他們能通過(guò)新思科技的軟件和解決方案實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)。一個(gè)具代表性的是DTCO（設(shè)計(jì)、工藝、協(xié)同、優(yōu)化，設(shè)計(jì)工藝協(xié)同開(kāi)發(fā)）解決方案，推動(dòng)了上文中提到的系統(tǒng)公司的先進(jìn)制程芯片設(shè)計(jì)。
其次，在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，新思科技提供數(shù)字化的融合設(shè)計(jì)平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的功耗、性能和成本表現(xiàn)，此外融合設(shè)計(jì)平臺(tái)和AI結(jié)合在一起的DSO.ai是行業(yè)內(nèi)第一個(gè)用自主AI系統(tǒng)幫助客戶進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的解決方案。融合設(shè)計(jì)+DSO.ai可以幫助客戶用AI的系統(tǒng)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)并達(dá)到最佳效果，設(shè)計(jì)流程和上市速度也是最快。
第三個(gè)優(yōu)勢(shì)在于新思科技提供先進(jìn)制程芯片基礎(chǔ)IP，再加上設(shè)計(jì)平臺(tái)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的結(jié)果，并將整個(gè)設(shè)計(jì)流進(jìn)行可預(yù)測(cè)化。
第四個(gè)優(yōu)勢(shì)在于如果要更上一層樓，從系統(tǒng)層面解決問(wèn)題，新思也提供了一些基礎(chǔ)設(shè)計(jì)架構(gòu)。例如HW/SWProto可以讓芯片生產(chǎn)出來(lái)之前就能讓客戶對(duì)系統(tǒng)軟件做到心知肚明，不需要之后再修改。另一個(gè)3DIC架構(gòu)可以加速多裸晶芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成，在封裝中創(chuàng)建最佳的2.5D/3D多裸片系統(tǒng)。此外就是安全I(xiàn)P，在客戶痛點(diǎn)的每一個(gè)領(lǐng)域新思科技能有解決方案，而且EDA工具可以上云，幫助客戶達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)流和設(shè)計(jì)表現(xiàn)。
葛群補(bǔ)充說(shuō)，新思科技針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)和訴求打造的全方位一體化解決方案，之所以能夠幫助客戶解決系統(tǒng)開(kāi)發(fā)復(fù)雜性，得益于從芯片設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程都基于云架構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和保障。同時(shí)基于在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也可以反過(guò)來(lái)打造新應(yīng)用，或進(jìn)行數(shù)據(jù)分析來(lái)發(fā)現(xiàn)一些有意義的洞察。
“最后就是服務(wù)了。我們希望打造一些服務(wù)特異性、系統(tǒng)特異性的解決方案。比如客戶有一個(gè)設(shè)計(jì)方面具體的參數(shù)要求，或系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的具體要求，我們幫助他確保從系統(tǒng)和設(shè)計(jì)端具體打造成一個(gè)個(gè)組分和部件，再跟客戶進(jìn)行交付。”葛群表示，“為此我們加大了設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)和解決方案的融合，以幫助在設(shè)計(jì)過(guò)程中比較困難的公司，解決下一段復(fù)雜性的問(wèn)題，從規(guī)模量級(jí)到系統(tǒng)級(jí)別去解決這樣的問(wèn)題，幫助客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)別的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。”
芯片設(shè)計(jì)“ShiftLeft”，降低設(shè)計(jì)門檻緊握中國(guó)市場(chǎng)機(jī)遇
在半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的浪潮中，以往軟件領(lǐng)域的“ShiftLeft（開(kāi)發(fā)左移）”逐漸被引入到芯片設(shè)計(jì)流程。它原本是指在開(kāi)發(fā)流程的早期發(fā)現(xiàn)并修復(fù)錯(cuò)誤，而不是在發(fā)布后的測(cè)試期間再發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)樵诎l(fā)布后修復(fù)這些問(wèn)題的成本要高出100倍。顯然半導(dǎo)體行業(yè)中這一成本更為高昂。
為應(yīng)對(duì)后摩爾時(shí)代系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，新思科技率先提出ShiftLeft理念，為芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了完整的工具平臺(tái)和可復(fù)用的IP，加速設(shè)計(jì)流程、縮短驗(yàn)證時(shí)間并提高設(shè)計(jì)成功率。
最后，SassineGhazi表示，新思科技在今年全球的營(yíng)業(yè)收入為37億美元，而中國(guó)市場(chǎng)的貢獻(xiàn)達(dá)到了11.4%。“中國(guó)市場(chǎng)本身充滿了精力充沛的動(dòng)能，擁有各種各樣的客戶，在各種細(xì)分領(lǐng)域更有著令人艷羨的發(fā)展速度。更重要的是，中國(guó)終端系統(tǒng)市場(chǎng)顛覆性的創(chuàng)新，不僅僅能夠供給中國(guó)本土市場(chǎng)的客戶使用，也使新思科技能夠?qū)⒅袊?guó)的創(chuàng)新體量和速度，把出色的結(jié)果交付給我們?nèi)虻目蛻簟！彼麖?qiáng)調(diào)，“因此，新思科技非常希望在這片潮起云涌的熱土當(dāng)中加大我們的創(chuàng)新方面的投入和協(xié)作，幫助客戶進(jìn)行創(chuàng)新，一起抓住中國(guó)這片沃土所帶來(lái)的市場(chǎng)機(jī)遇。”
