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后摩爾時代，新設(shè)計方法學(xué)如何使芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
后摩爾時代，新設(shè)計方法學(xué)如何使芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
來源:SysMoore
系統(tǒng)公司涉足先進制程SoC，帶來更多設(shè)計痛點和訴求
過去十幾年里，半導(dǎo)體行業(yè)呈現(xiàn)出兩大轉(zhuǎn)型趨勢。
首先在晶圓制造部分，IDM企業(yè)的數(shù)量銳減，制造+設(shè)計的產(chǎn)業(yè)鏈分工明顯，晶圓制造部分逐漸形成臺積電、三星和英特爾三家獨大的局面。背后的推動因素是系統(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)先進工藝制程的成本、復(fù)雜性和重要性。
其次在芯片設(shè)計部分，過去先進制程用戶主要是芯片設(shè)計公司，現(xiàn)在越來越多諸如谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜、BAT等系統(tǒng)廠商成為主要的先進制程芯片設(shè)計者和消費者。
“這兩大趨勢相繼并生。在制造端，制造能力、產(chǎn)能以及先進制程所需的能力、可負擔(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)用推動著系統(tǒng)公司自行設(shè)計和定制芯片，以期實現(xiàn)與眾不同的系統(tǒng)架構(gòu)和差異化的競爭優(yōu)勢。在此背景下，半導(dǎo)體行業(yè)在宏觀趨勢上發(fā)生了三大轉(zhuǎn)變，越來越多系統(tǒng)公司涉足DomainSpecificArchitecture（DSA）芯片設(shè)計。”新思科技（Synopsys）首席運營官SassineGhazi總結(jié)道。
他指出，第一個轉(zhuǎn)變是越來越多系統(tǒng)公司希望定制SoC，以實現(xiàn)電子系統(tǒng)的差異化；第二個轉(zhuǎn)變是系統(tǒng)公司本身也開始追求自己的SoC設(shè)計部門，以從芯片層面就實現(xiàn)終端系統(tǒng)的差異化；第三個轉(zhuǎn)變是這些系統(tǒng)公司越來越“像”一家半導(dǎo)體公司。
“在整個行業(yè)持續(xù)不斷對先進工藝制程的極致追求下，摩爾定律已經(jīng)越來越難以支撐芯片對功耗、性能、成本最優(yōu)的要求，包括技術(shù)不可預(yù)測性、研發(fā)投入高昂和設(shè)計難度大幅提升等。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都提出了不同的方案來應(yīng)對芯片設(shè)計需求和難度的攀升?！盨assineGhazi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)計公司研究新的芯片架構(gòu)；晶圓廠和封測廠研發(fā)各種先進封裝技術(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)計理念‘SysMoore’，來引導(dǎo)行業(yè)在未來將芯片性能進一步提升。”
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（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)層面解決問題，而不只是在一個晶圓中集成的晶體管數(shù)量這個層面來解決問題。SassineGhazi強調(diào)，“未來，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思考解決半導(dǎo)體行業(yè)挑戰(zhàn)的設(shè)計方法學(xué)?！毙滤伎萍既蛸Y深副總裁兼中國董事長葛群指出，未來EDA的角色很重要的一個改變就是能夠讓整個芯片設(shè)計的門檻降低，讓更多人能夠參與到芯片設(shè)計當(dāng)中來，非常符合當(dāng)前中國半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的需求，也可以幫助新思科技在未來的后摩爾時代解決兩方面發(fā)展需求。一方面是解決對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，尤其先進工藝。另一方面能夠讓更多的人參與到芯片設(shè)計當(dāng)中來，滿足人類不斷發(fā)展的性能需求。
從系統(tǒng)層面來解決芯片設(shè)計痛點，行業(yè)也面臨著幾個趨勢和訴求：
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)計越來越關(guān)注能效表現(xiàn)。
第三，2.5/3D封裝、多裸晶設(shè)計等系統(tǒng)級先進封裝技術(shù)成為提升芯片性能的重要手段。與此同時，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“組合”自己的芯片設(shè)計。
第四，汽車、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等行業(yè)越來越追求晶圓的可靠性，需要進行貫穿整個產(chǎn)品生命周期的晶圓健康監(jiān)控和可靠性檢測（SiliconHealth）。
第五，EDA/IP廠商越來越多地將AI技術(shù)用于EDA工具的設(shè)計、仿真、綜合、驗證等過程，解決保障性、安全性和可靠性等瓶頸問題。
SysMoore如何在未來引領(lǐng)芯片生產(chǎn)率提升1000倍？
面對上述挑戰(zhàn)，SassineGhazi表示，新思科技作出了一個重要承諾：無論是依賴傳統(tǒng)的摩爾定律進行設(shè)計，還是已經(jīng)超越摩爾用SysMoore理念從系統(tǒng)級別去解決設(shè)計挑戰(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)，一步步實現(xiàn)1000倍的生產(chǎn)率。
SassineGhazi解釋，首先，新思從硅層級上提供獨特的價值主張和產(chǎn)品服務(wù)，幫助客戶完成制造流程的建模、驗證、模擬。為了達到更好的效果，新思科技與客戶公司晶圓廠密切協(xié)作，以確保他們能通過新思科技的軟件和解決方案實現(xiàn)更好的設(shè)計。一個具代表性的是DTCO（設(shè)計、工藝、協(xié)同、優(yōu)化，設(shè)計工藝協(xié)同開發(fā)）解決方案，推動了上文中提到的系統(tǒng)公司的先進制程芯片設(shè)計。
其次，在芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域，新思科技提供數(shù)字化的融合設(shè)計平臺，能實現(xiàn)最優(yōu)化的功耗、性能和成本表現(xiàn)，此外融合設(shè)計平臺和AI結(jié)合在一起的DSO.ai是行業(yè)內(nèi)第一個用自主AI系統(tǒng)幫助客戶進行芯片設(shè)計的解決方案。融合設(shè)計+DSO.ai可以幫助客戶用AI的系統(tǒng)進行芯片設(shè)計和開發(fā)并達到最佳效果，設(shè)計流程和上市速度也是最快。
第三個優(yōu)勢在于新思科技提供先進制程芯片基礎(chǔ)IP，再加上設(shè)計平臺，幫助客戶實現(xiàn)最優(yōu)化的結(jié)果，并將整個設(shè)計流進行可預(yù)測化。
第四個優(yōu)勢在于如果要更上一層樓，從系統(tǒng)層面解決問題，新思也提供了一些基礎(chǔ)設(shè)計架構(gòu)。例如HW/SWProto可以讓芯片生產(chǎn)出來之前就能讓客戶對系統(tǒng)軟件做到心知肚明，不需要之后再修改。另一個3DIC架構(gòu)可以加速多裸晶芯片系統(tǒng)設(shè)計和集成，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IP，在客戶痛點的每一個領(lǐng)域新思科技能有解決方案，而且EDA工具可以上云，幫助客戶達到最優(yōu)化的設(shè)計流和設(shè)計表現(xiàn)。
葛群補充說，新思科技針對行業(yè)痛點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)開發(fā)復(fù)雜性，得益于從芯片設(shè)計到軟件設(shè)計的整個設(shè)計流程都基于云架構(gòu)進行驅(qū)動和保障。同時基于在設(shè)計環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也可以反過來打造新應(yīng)用，或進行數(shù)據(jù)分析來發(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。比如客戶有一個設(shè)計方面具體的參數(shù)要求，或系統(tǒng)設(shè)計方面的具體要求，我們幫助他確保從系統(tǒng)和設(shè)計端具體打造成一個個組分和部件，再跟客戶進行交付?！备鹑罕硎?，“為此我們加大了設(shè)計服務(wù)團隊和解決方案的融合，以幫助在設(shè)計過程中比較困難的公司，解決下一段復(fù)雜性的問題，從規(guī)模量級到系統(tǒng)級別去解決這樣的問題，幫助客戶實現(xiàn)系統(tǒng)級別的設(shè)計和優(yōu)化?！?br/>
芯片設(shè)計“ShiftLeft”，降低設(shè)計門檻緊握中國市場機遇
在半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的浪潮中，以往軟件領(lǐng)域的“ShiftLeft（開發(fā)左移）”逐漸被引入到芯片設(shè)計流程。它原本是指在開發(fā)流程的早期發(fā)現(xiàn)并修復(fù)錯誤，而不是在發(fā)布后的測試期間再發(fā)現(xiàn)錯誤，因為在發(fā)布后修復(fù)這些問題的成本要高出100倍。顯然半導(dǎo)體行業(yè)中這一成本更為高昂。
為應(yīng)對后摩爾時代系統(tǒng)級設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)，新思科技率先提出ShiftLeft理念，為芯片設(shè)計開發(fā)提供了完整的工具平臺和可復(fù)用的IP，加速設(shè)計流程、縮短驗證時間并提高設(shè)計成功率。
最后，SassineGhazi表示，新思科技在今年全球的營業(yè)收入為37億美元，而中國市場的貢獻達到了11.4%。“中國市場本身充滿了精力充沛的動能，擁有各種各樣的客戶，在各種細分領(lǐng)域更有著令人艷羨的發(fā)展速度。更重要的是，中國終端系統(tǒng)市場顛覆性的創(chuàng)新，不僅僅能夠供給中國本土市場的客戶使用，也使新思科技能夠?qū)⒅袊膭?chuàng)新體量和速度，把出色的結(jié)果交付給我們?nèi)虻目蛻簟！彼麖娬{(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，幫助客戶進行創(chuàng)新，一起抓住中國這片沃土所帶來的市場機遇。”
