后摩尔定律时代设计方法挑战国产EDA厂商突围思路

　　芯片设计从系统建模、软硬件分工、芯片硬件设计的架构探索，到系统应用软件的开发以及绩效基准测试都是决定芯片功能的重要因素，因此无论是混合异构的芯片验证环境建置，还是支持芯片的架构探索、效能分析和软硬件的协同验证，都是值得设计公司重点研发之处，可以帮助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。

　　在电子设计自动化（EDA）出现之前，设计人员是依靠手工方式完成集成电路的设计。如今，随着工艺演进和技术的不断发展，设计人员必须依靠辅助软件才能完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等环节的工作。集成电路产业发展至今，EDA已成为不可或缺的一环。

　　目前，全球排名靠前的EDA公司都是国际公司，这些国际公司占据了市场绝大多数份额，主要EDA技术的发展趋势，而国内的EDA公司正处于追赶阶段。

　　探索科技（TechSugar）近期启动“EDA专题”采访，深入探讨当下EDA领域所面临的挑战与机遇，分析国内外厂商的发展路径。本期受访人为国微思尔芯首席执行官林俊雄。

　　月初，国微思尔芯宣布完成新一轮数亿元融资，将用于打造全流程数字EDA工具平台。据悉，国微思尔芯自主研发的EDA工具，是超大规模数字集成电路（VLSI）设计过程的功能验证环节必不可少的工具。国微思尔芯的解决方案涵盖了芯片设计验证的完整流程，从早期的芯片规划验证到最终的软硬件开发验证都有合适的解决方案，目前服务于全球超过500家客户。

　　随着半导体技术的不断发展，EDA公司面临着更多挑战

　　随着芯片设计复杂度的不断提升、产品上市时间窗的不断缩小，设计和验证的困难度在不断增加，成本亦是。如何提供自动化工具协助在更短的开发周期内完成更复杂的设计和验证成为常见挑战。传统的软件仿真已经无法满足芯片验证需求，必须融合不同的验证方法学，根据实际应用场景使用适合的工具。

　　针对现有挑战，国微思尔芯首席执行官林俊雄表示，国微思尔芯积累了近20年的技术，开发出业界领先的原型验证工具解决方案，提供了自动化编译技术、超图分割和时分复用技术、时序分析收敛技术、静态和动态探针自动注入技术、快速修改迭代（ECO）技术等大量EDA软件算法，可将芯片开发者的设计映射到大量的FPGA阵列上，以实现高速仿真运行。同时，原型验证工具提供了强大的深度调试和波形分析工具，能协助芯片开发者捕捉最隐蔽的设计缺陷（Bug），原型验证系统也提供了强大的软硬件协同仿真工具和丰富的接口库（IP ），以供芯片开发者实现系统协同仿真（RTL/C）和快速在线调试（ICE），支持尽快开展深入软件调试，实现芯片流片以完成即软件可发布。

　　

　　Prodigy完整原型解决方案满足了对在任何功能设计阶段、设计规模以及多个地理位置运行的综合解决方案的需求

　　当下先进工艺与封装的结合日益紧密，也为芯片设计带来更高的效能和弹性。例如存储器的先进工艺和3D堆叠封装带来了更大的带宽，多芯片封装更是将不同工艺的芯片整合成单一芯片组，大幅缩小了芯片面积，同时降低了功耗。这些都对芯片设计验证领域提出了更高、更复杂的要求。对EDA公司而言，需要更深入地强化与系统化验证IP的集成，在现有的软硬件架构下，去投入更多的资源开创并融入新的方法学，实现对先进工艺全方位的系统建模，以期预估单芯片的系统效能。

　　先进封装提供了高带宽的裸片到裸片（Die-to-Die）互联，这也可以看作延续摩尔定律的一种方法。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。

　　在先进工艺开发中，IP成本也在日益增加。林俊雄提到，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。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。

　　后摩尔定律时代，异构计算架构逐渐成为先进工艺芯片主流设计

　　如今半导体行业进入后“摩尔定律”时代，EDA厂商更加关注同层级的设计和验证的途径，从RTL到GDS，通过AI辅助的自动化工具软件综合得到低抽象级门级设计，进一步完成物理设计。芯片设计从系统建模、软硬件分工、芯片硬件设计的架构探索，到系统应用软件的开发以及绩效基准测试都是决定芯片功能的重要因素，因此无论是混合异构的芯片验证环境建置，还是支持芯片的架构探索、效能分析和软硬件的协同验证，都是值得设计公司重点研发之处，可以帮助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。

　　在先进工艺下，异构计算架构正逐渐成为设计芯片的主流，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，这些都需要针对其特性使用不同验证的方法学。林俊雄说道：“对于异构芯片设计验证的需求，我们提出基于验证云系统的统一验证平台，融合系统建模、软件仿真、硬件仿真、原型验证、形式验证等不同解决方案，以实现高效快速验证。这些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。”

　　国内EDA产业发展除延续三大巨头模式外，创新也不能停

　　国际上，单边主义、孤立主义和两套科技体系的观点使得全球技术交流受到限制，不利于全球半导体产业的健康发展。林俊雄认为，半导体产业链全球化的程度已经非常高，没有哪一个独立的国家能够完全实现独立产业链条，全球化市场割裂的提法是政治需求而不是产业需求，产业需要一直抱持开放、合作的态度，也希望通过国际交流与合作，能够提升全球产业的发展。

　　国内EDA领域是比较薄弱的，在林俊雄看来，其中主要原因是中国没有在EDA领域持续投入资源，去不间断地研发和构建市场生态。中国从八十年代开始研发了EDA产品“熊猫系统”，起步并不比美国晚很多，当时的技术差距也没有如今这样明显，然而就是因为没有持续投入研发和构建市场生态，使得中国丧失了在全球EDA领域逐鹿的机会。EDA三大巨头（Synopsys、Cadence和西门子的Mentor）三十多年来不间断投入资源进行研发、兼并整合、打造产业生态，因此形成了今天对市场的绝对垄断局面。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，融入前沿技术，如“AI”等，才有机会打造自己的竞争能力。

　　目前中国的芯片公司也在迅速增长中，国微思尔芯在中国区的销售也因此有所增长，但增速与芯片公司增速明显不在同一数量级，林俊雄表示出现巨大差异的原因主要有三点：

　　国内EDA企业普遍规模较小，尚没有一家企业可以提供给客户全流程平台，造成需求与供给能力之间存在巨大差距；

　　三大巨头三十多年间营造的产业生态非常成功，使得客户依赖度极高；

　　设计公司需要权衡切换EDA平台所带来的成本和潜在风险，因此大多数设计公司对国内EDA产品处于观望状态。

　　中国半导体产业的繁荣发展的确给国内EDA公司带来大量机会，林俊雄提到：“我们需要正确面对上面所提到的差异，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。同时我们也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。”