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后摩尔时代,发力封装,拥抱AI

日期:2021/7/24 10:07:00
摘要:后摩尔时代的 集成电路 技术演进方向主要包括延续摩尔定律(More Moore),扩展摩尔定律(More than Moore)以及超越摩尔定律(Beyond Moore)三类,主要发展目标涵盖了建立在摩尔定律基础上的生产工艺特征尺寸的进一步微缩,以增加系统集成的多重功能为目标的芯片功能多样化

由“摩尔定律”驱动的芯片集成度和复杂度持续提升,将为EDA工具发展带来新需求。EDA作为串联整个 集成电路产业 的根技术,市场空间巨大:赛迪智库的数据显示,近几年全球EDA工具总销售额保持上涨,2020年总销售额72.4亿美元,同比增长10.7%,分地区来看,北美约占全球EDA销售额的40.9%,亚太地区占42.1%,欧洲地区约占17%。如何提供EDA工具协助,使得在更短的开发周期内完成更复杂的设计和验证?

上海国微思尔芯技术股份有限公司(下称“国微思尔芯”)是一家全球领先的EDA原型验证解决方案供应商,国微思尔芯首席执行官与总裁林俊雄是硬件加速ASIC/SoC设计方法的积极倡导者,他投身在促进可扩展的原型/仿真硬件架构和定义自动化软件规范上。探索科技(techsugar)EDA专题邀请到林俊雄,来共同探讨从验证到数字EDA全流程,EDA工具和封装技术有哪些优化芯片设计流程,提高芯片设计效率的新技术风向。

后摩尔时代,发力封装,拥抱AI

后摩尔时代的 集成电路 技术演进方向主要包括延续摩尔定律(More Moore),扩展摩尔定律(More than Moore)以及超越摩尔定律(Beyond Moore)三类,主要发展目标涵盖了建立在摩尔定律基础上的生产工艺特征尺寸的进一步微缩,以增加系统集成的多重功能为目标的芯片功能多样化发展,以及通过三维封装(3D Package),系统级封装(SiP)等方式实现器件功能的融合和产品的多样化。

国微思尔芯认为,先进封装提供了高带宽的裸片到裸片(Die-to-Die)互联,这是的一种延续摩尔定律方法。先进封装通过平面上的小芯片(chiplet)互连,甚至3D Chiplet互连,来实现更高逻辑密度的芯片。但随之而来的是更大的挑战,芯片的设计必须适应不同IP,不同Chiplet组合的复杂产品形态,新的芯片设计也必须快速和原有Chiplet IP良好协同工作。针对此类需求,EDA业内提出了混合异构验证方法,成熟的Chiplet,RTL-Ready IP,System Modeling IP可以在一个系统中同时建模验证,并发挥Chiplet,RTL-Ready IP的高速优势,也支持System Modeling IP的灵活配置功能。

人工智能 技术将在EDA领域扮演更重要角色。人工智能等对于计算效率和能效比提出更高要求,对应应用随之成为 半导体 行业的主流推动引擎,异构化的设计也在成为主流。不同的运算单元有不同的架构设计,对信息流也有不同的处理方式,需要针对其特性使用不同验证的方法学。

对于异构芯片设计验证的需求,国微思尔芯提出基于验证云系统的统一验证平台,平台融合架构设计,原型验证等不同解决方案,以期实现高效快速验证。据林俊雄介绍,该平台上的解决方案采用了统一的编译/控制脚本和核心数据库,芯片开发者可以在项目生命周期的不同阶段选择最适合的解决方案,并随着项目的开发进展平滑迁移到更优的解决方案,减少切换成本。此外,利用统一验证平台还可以确保各个阶段的验证任务在同一个环境中完成。

良好生态与设计方法学辅助平抑成本

半导体工艺每更新一次,EDA软件就要随之更新,例如从7nm到5nm,客户为了跟上半导体先进工艺便需要重新购买。在先进工艺开发过程中,IP成本也在日益增加,如何去平抑IP成本?

林俊雄表示,EDA公司更加强化构筑产业生态系,例如成立国产IP联盟和共同开发更敏捷的IP评估平台。先进工艺的芯片设计集成了更多的IP,如中央处理单元( CPU ),图形处理单元( GPU ),人工智能加速器和高速接口,这些都需要相对应的验证VIP来确保芯片的正确性和接口的相容性。林俊雄表示,为了顺应IP/VIP成本日渐提高的趋势,EDA公司与IP公司需要共同着力于建立EDA/IP合作生态系,开发敏捷的设计验证环境来协助客户缩短芯片设计周期,加速产品上市。

据业界统计,芯片制造过程中70%的时间成本都会消耗在验证上。而AI,5G,智能汽车,云服务器等领域,对芯片的性能要求越来越高,芯片设计朝着更复杂更大型的方向发展,给验证带来更大的挑战。

为应对大型设计的验证挑战,国微思尔芯于2020年底推出高密原型验证解决方案,产品单机柜高达64颗FPGA,支持多层次组网,可拓展至几十亿ASIC门容量。今年5月,国微思尔芯发布“Genesis 芯神匠”架构设计软件,提供一站式软硬件协同建模平台,帮助设计师彻底解决无法建模的难题;“Genesis 芯神匠”搭配芯神瞳原型验证平台,利用既有IP精准的建模仿真,快速设计出高效能,低功耗的产品架构。

国产以市场区隔与产品差异破局

EDA是壁垒高筑的一环,EDA国产化是一条难而正确的道路。三十多年,EDA三大巨头(Synopsys,Cadence与西门子的Mentor)不间断投入资源进行研发,兼并整合,营造出十分成功的产业生态,使得客户依赖度极高,从而形成今天市场寡头垄断的局面。国产EDA在三座大山的笼罩下,难以发展自身实力,无法独立支撑信息产业的安全;另一方面,设计公司在权衡切换EDA平台所带来的成本和潜在风险时,顾虑重重。

国内外产业发展至今,差距已如沟壑难填,在林俊雄看来,主要原因是中国没有在EDA领域持续投入资源,去不断研发和构建市场生态,这才丧失了在全球EDA领域逐鹿的机会。他表示,国内EDA产业的发展除了延续三大巨头的模式之外,还需不断通过创新,引入新的方法学,融入如“AI”等前沿技术,打造自己的竞争能力。此外,混合异构的芯片验证环境建置,支持芯片的架构探索,效能分析和软硬件的协同验证,是值得设计公司重点研发之处,可以帮助国产公司在激烈竞争的半导体市场中做出市场区隔和产品差异化。

中国半导体产业的繁荣发展切实给国内EDA公司带来大量机会,而国内尚未发育出可以提供给客户全流程平台的企业,这造成需求与供给能力之间巨大的差距。林俊雄提倡企业正视国内外差异,在技术研发和支持方面持续投入,努力弥合供需之间的巨大差距,以更前沿的方法学,更有效地提供即时技术支持和异地协同开发能力来吸引国内客户。

同时,林俊雄还表示,国微思尔芯期望携手国内客户共同建立国内EDA产业生态,推进 半导体产业链 各个环节的协同发展。与很多其他行业相比,半导体行业是走在全球化最前端的,全球化的程度也最为深入。林俊雄评价到,全球化市场割裂的提法是政治需求而不是产业需求,产业应该做全球化,全球合作的积极推动者。

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