在中國集成電路設(shè)計業(yè)（ICCAD）2021年會暨無錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2021）上，Cadence（楷登電子）公司中國區(qū)總經(jīng)理汪曉煜以《生生不息，智以馭器 – 開拓EDA 無盡邊際》為題進行了主題演講。

5G 通信、超大規(guī)模計算、人工智能/機器學(xué)習(xí)、自動駕駛汽車和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域為半導(dǎo)體行業(yè)帶來了更大的指數(shù)級增長潛力。汪曉煜表示，上述新興應(yīng)用帶來的海量數(shù)據(jù)處理需求推動了半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)強勁增長，2020 年至 2025 年間半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)年均復(fù)合增長率將達到 10.5%，展望即將到來的 2022 年，隨著全球疫情逐漸得到控制，數(shù)字經(jīng)濟、元宇宙等大趨勢繼續(xù)激發(fā)市場繁榮?！敖衲瓿掷m(xù)的缺芯潮，很生動地給全社會上了一堂教育課——那就是半導(dǎo)體究竟有多重要。所有這些應(yīng)用都離不開超大規(guī)模計算，它是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)?！?/p>

“這些驅(qū)動力背后的核心共同點都是數(shù)據(jù)，可以說數(shù)據(jù)正在推動著半導(dǎo)體復(fù)興時代。”他指出，“從整個數(shù)字經(jīng)濟鏈條來看，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存內(nèi)計算、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用帶來了海量的數(shù)據(jù)處理需求，過去兩年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是當前總數(shù)據(jù)量的 90%。雖然每年有大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，但是可能僅有 2% 的數(shù)據(jù)會被分析，還有大量數(shù)據(jù)未被開發(fā)，無法轉(zhuǎn)型為企業(yè)的核心資產(chǎn)。如何把這些數(shù)據(jù)有效利用起來，提高數(shù)據(jù)分析能力和效益，對半導(dǎo)體行業(yè)提出了很多的挑戰(zhàn)，諸如高密度的存儲、高帶寬額傳輸、高性能的計算等，才能保證數(shù)據(jù)能夠真正被利用?！?/p>

超大規(guī)模計算、人工智能催生新變革

正是如此，數(shù)字經(jīng)濟下超大規(guī)模計算催生了半導(dǎo)體行業(yè)的新變革，對芯片設(shè)計架構(gòu)、EDA 工具、IP 開發(fā)和制造等都帶來了很多挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的要求。

汪曉煜引用統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出，2020 年全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心資本支出達到 1200 億美元，到今年 6 月份，全球范圍內(nèi)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心一共有 659 家，而 5 年前的 2016 年僅有不到 300 家。除了數(shù)量增長，數(shù)據(jù)中心在不斷升級換代，這一領(lǐng)域的資本支出對推動半導(dǎo)體計算領(lǐng)域的創(chuàng)新，尤其是對大規(guī)模的算力芯片提出了更高的要求。

例如數(shù)據(jù)循環(huán)中端到端，推動計算連接、存儲、封裝等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，軟件定義，推動定制芯片、先進工藝節(jié)點、支持最新協(xié)議的 IP 核、先進封裝和多物理場等領(lǐng)域的技術(shù)演進，以及跨計算、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存、存儲和軟件的集成等方面的系統(tǒng)級優(yōu)化。

在此趨勢下，汪曉煜認為，人工智能來到“春山可望”的階段。未來人工智能將逐漸轉(zhuǎn)移到邊緣計算，因為市場對數(shù)據(jù)的安全性、隱私性越來越重視，放到云端處理會產(chǎn)生很多擔憂，例如無人駕駛把大量數(shù)據(jù)放在云端處理，一方面會產(chǎn)生很大的功耗，擠壓帶寬，另一方面在云端處理完全不太可能達到真正的實時決策需求?！耙虼宋覀冾A(yù)計越來越多的人工智能，尤其在推理芯片的應(yīng)用將在邊緣端得到普及。預(yù)計到 2030 年，70~80% 的數(shù)據(jù)將在邊緣端進行處理?！?/p>

除了外部驅(qū)動力，半導(dǎo)體行業(yè)也有內(nèi)生動力往前發(fā)展。隨著摩爾定律不斷演進，先進工藝不斷升級，在超越摩爾的領(lǐng)域，先進封裝驅(qū)動著行業(yè)發(fā)展。同時，設(shè)計和驗證的復(fù)雜度越來越高，有越來越多的 IP 模塊需要提升?！案匾氖?，中國有大量的初創(chuàng)公司，再加上系統(tǒng)公司、互聯(lián)網(wǎng)公司開始自研芯片，采用先進工藝設(shè)計的項目越來越多，這些都推動著行業(yè)的發(fā)展?！蓖魰造现赋?。

IC設(shè)計新時代，將人工智能和機器學(xué)習(xí)引入 EDA

種種外部和內(nèi)部因素驅(qū)動下，使 EDA 行業(yè)迎來了更大的產(chǎn)業(yè)機遇和挑戰(zhàn)。

“EDA 和 IP 工具在設(shè)計行業(yè)中的作用越來越重要，如何去幫助客戶的產(chǎn)品取得成功，Cadence 希望通過全面、智能、靈活的工具來助力客戶更快地開發(fā)出產(chǎn)品?！蓖魰造险f，“每年公司將 40% 的營收投入研發(fā)以實現(xiàn)更多創(chuàng)新，2021 年一共推出了 13 款新的產(chǎn)品，其中就包括明星產(chǎn)品—百億門級的硬件加速仿真器 Palladium Z2；利用機器學(xué)習(xí)開發(fā)出來的，針對大規(guī)模SoC和后端實現(xiàn)優(yōu)化的Cerebrus Intelligent ；首款高容量 Integrity 3D-IC 平臺等等?！?/p>

他以 Cerebrus 為例介紹了將機器學(xué)習(xí)引入 EDA 是如何優(yōu)化數(shù)字實現(xiàn)流程的。Cerebrus 帶來了 RTL-to-GDS 全流程自動優(yōu)化，包括 Genus Synthesis Solution 綜合解決方案、Innovus Implementation System 設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)、Tempus Timing Signoff Solution 時序簽核解決方案中的數(shù)十步流程，與手動開發(fā)流程相比，開發(fā)速度和 PPA 結(jié)果都得到極大的提升，這就是全機器學(xué)習(xí)賦能的自動化芯片設(shè)計流程的優(yōu)勢所在。他提到，應(yīng)用 Xcelium(ML) 可提高多達 10 倍的回歸測試（Regression）效率，這對驗證來說至關(guān)重要。

此外應(yīng)用機器學(xué)習(xí)還有一大好處是幫助設(shè)計工程師大幅提升設(shè)計效率，應(yīng)對國內(nèi)企業(yè)普遍面臨人才短缺的難題也非常關(guān)鍵。

后摩爾時代，3D-IC 整體解決方案至關(guān)重要

在先進封裝領(lǐng)域?qū)?EDA 的要求也越來越高。汪曉煜表示，隨著摩爾定律放緩，晶體管數(shù)量和 Die 尺寸之間的矛盾達到極限，單芯片向模塊化、SoC 成為新的演變方向。根據(jù)不同功能/應(yīng)用，優(yōu)化選擇不同的工藝節(jié)點也是一種可行路徑，先進封裝，如2.5D、3D封裝和 Chiplet 也是一種明智選擇。但Chiplet 等 3D IC 技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)是信號完整性，封裝中的不同 Die、不同晶圓代工廠或工藝節(jié)點，系統(tǒng)級考慮和規(guī)劃，以及熱學(xué)、機械學(xué)上的影響等。隨之而來的就是相關(guān) EDA 平臺解決方案必不可少。

“現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有許多不同的途徑來實現(xiàn) 3D-IC， 不過我認為只有無需介質(zhì)的芯片堆疊能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的超越摩爾?！彼忉專盁o需介質(zhì)也就意味著連線可以更短，功耗也可以隨之降低，進而提升性能額帶寬，封裝成本也會更低，良率得到顯著提升。這樣一來產(chǎn)品競爭力就上去了?！?/p>

整體的解決方案將有助于應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。Cadence 擁有完整的先進封裝平臺，PCB 設(shè)計集成，支持芯片設(shè)計和實現(xiàn)以及系統(tǒng)分析。得益于分布式并行計算技術(shù)和創(chuàng)新算法，Cadence 推出多物理場平臺，在不影響精度的情況下提供顯著的性能優(yōu)勢。從電磁場仿真工具到熱求解器，再到通過收購 Numeca 及 Pointwise拓展的計算流體動力（CFD）等，Cadence 提供了端到端的仿真流程，從預(yù)處理、網(wǎng)格劃分、解算、優(yōu)化到后處理。

“Cadence 的 Integrity 3D-IC 平臺就可以在面向超大規(guī)模計算、消費電子、5G 通信、移動和汽車應(yīng)用，通過獨一無二的系統(tǒng)規(guī)劃功能，集成電熱和靜態(tài)時序分析 (STA)，以及物理驗證流程，助力實現(xiàn)速度更快、質(zhì)量更高的 3D 設(shè)計收斂。因此我們認為該平臺是一款劃時代的產(chǎn)品，是業(yè)界第一款真正意義上的一體化 3D-IC 設(shè)計開發(fā)平臺?！?汪曉煜強調(diào)。

Cadence 基于以上洞察和對未來發(fā)展的預(yù)見，精準確立涵蓋卓越設(shè)計、系統(tǒng)創(chuàng)新和普適智能的智能系統(tǒng)設(shè)計策略：以卓越設(shè)計為基礎(chǔ)，由核心 EDA 和 IP 組成；基于一流的計算引擎，將此擴展至更廣闊的系統(tǒng)創(chuàng)新，包括系統(tǒng)分析、射頻系統(tǒng)設(shè)計和嵌入式軟件等；最后一層是普適智能，應(yīng)用 AI 和算法知識，進一步改進 EDA 產(chǎn)品。Cadence 致力于為業(yè)界提供一流的技術(shù)引擎，幫助廣大客戶實現(xiàn)最好的 PPA，以及最快的設(shè)計效率，建立自己的差異化優(yōu)勢從而取得更大的市場成功。

最后，汪曉煜表示：“ Cadence 的智能系統(tǒng)設(shè)計戰(zhàn)略旨在強化 Cadence 以計算軟件為核心實力，具備普適智能、系統(tǒng)創(chuàng)新和卓越設(shè)計能力。未來我們將人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)全面引入到 EDA 工具中，使我們的方案更加智能化?！?/p>

約 40 年前，EDA 工具的出現(xiàn)幫助我們在設(shè)計復(fù)雜度大潮中乘風破浪；如今，當后摩爾時代的海量數(shù)據(jù)橫亙于前時，以 Cadence 為首的 EDA 廠商再一次發(fā)揮基石底座作用，率先探索先進封裝、異構(gòu)集成等可行路徑，助力產(chǎn)業(yè)沖破藩籬，走向更大繁榮。

文章來源：集微網(wǎng)