芯東西（公眾號(hào)：aichip001）
作者 | ?高歌
編輯 | ?Panken
芯東西10月12日?qǐng)?bào)道，今天，全球IP、EDA巨頭Cadence召開中國區(qū)線上用戶大會(huì)（CadenceLIVE China 2021），Cadence線上用戶大會(huì)已經(jīng)舉辦了17年，本次也吸引了很多巨頭廠商參與。Cadence中國區(qū)總經(jīng)理汪曉煜、Cadence CEO陳立武、Cadence總裁Anirudh Devgan等參與了本次大會(huì)。
陳立武稱，數(shù)據(jù)正在推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，僅去年一年全球就有超過100個(gè)數(shù)據(jù)中心開放。由于安全和實(shí)時(shí)處理等要求，越來越多的人工智能應(yīng)用正在走向邊緣，預(yù)計(jì)2030年將會(huì)有80%的數(shù)據(jù)在邊緣處理。同時(shí)，越來越多的系統(tǒng)廠商進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)，先進(jìn)節(jié)點(diǎn)、先進(jìn)封裝、芯片創(chuàng)企融資、亞太地區(qū)市場(chǎng)飛速增長等因素都成為了半導(dǎo)體發(fā)展的動(dòng)力。
Anirudh Devgan則回顧了Cadence智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的芯片、系統(tǒng)和人工智能3級(jí)的布局，并分享了Cadence在射頻（RF）和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）等領(lǐng)域的產(chǎn)品與案例。
中國IP廠商芯原股份的董事長、總裁兼首席執(zhí)行官戴偉民也參與了本次會(huì)議，分享了Chiplet（芯粒）技術(shù)的起源和生態(tài)構(gòu)成，以及這一技術(shù)給半導(dǎo)體行業(yè)帶來的IP芯片化、集成異構(gòu)化、集成異質(zhì)化和IO增量化等影響。
一、每年僅有0.5%數(shù)據(jù)被分析，將成行業(yè)發(fā)展重要機(jī)遇
陳立武從數(shù)據(jù)角度分析了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展前景。他提到幾年前，人們認(rèn)為半導(dǎo)體發(fā)展速度正在放緩。但是如今，以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代正在快速推動(dòng)各個(gè)行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體的需求。
▲Cadence CEO陳立武
5G技術(shù)正在加速發(fā)展，L2\L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛正在普及，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也越來越重要，AI（人工智能）正在影響行業(yè)中的一切。
由于各類新興技術(shù)發(fā)展，每天都有大量的數(shù)據(jù)被創(chuàng)建。所有這些數(shù)據(jù)都需要傳輸、存儲(chǔ)、處理和分析，這也就需要高性能計(jì)算、高帶寬傳輸和高密度存儲(chǔ)。
為了滿足這些需求，半導(dǎo)體行業(yè)需要在架構(gòu)設(shè)計(jì)、EDA工具、IP、制造等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行大量創(chuàng)新。
目前90%的數(shù)據(jù)都是在過去兩年內(nèi)生成的，80%的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的，如圖形視頻等。雖然數(shù)據(jù)很多，但是目前每年僅有2%的數(shù)據(jù)會(huì)被分析。由于分析也會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，接下來的5年里，實(shí)際被分析的數(shù)據(jù)比例將會(huì)變?yōu)?.5%。
據(jù)估計(jì)，去年全球的超級(jí)數(shù)據(jù)中心支出超過1200億美元，僅去年一年就有超過100個(gè)數(shù)據(jù)中心開放，這些數(shù)據(jù)中心參與了數(shù)據(jù)周期的所有階段，推動(dòng)了計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新。
同時(shí)，越來越多的人開始轉(zhuǎn)向軟件定義存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)，軟件開始定義硬件。超級(jí)計(jì)算機(jī)也在推動(dòng)行業(yè)走向定制化芯片設(shè)計(jì)，以滿足差異化需求和最佳的用戶體驗(yàn)。
陳立武說，人工智能也對(duì)幾乎每個(gè)行業(yè)帶來了巨大的變革，但當(dāng)前仍處于非常初級(jí)的階段。通過云計(jì)算，數(shù)據(jù)也可以被深入地進(jìn)行分析，但這帶來了一些問題。
首先是數(shù)據(jù)隱私，銀行、醫(yī)療等數(shù)據(jù)都是非常敏感的數(shù)據(jù)，需要謹(jǐn)慎處理。其次把大量數(shù)據(jù)發(fā)送到云是不現(xiàn)實(shí)的，這將消耗巨大的帶寬，其發(fā)送和獲取信息延遲將還會(huì)太高。
?因此，實(shí)時(shí)處理問題的人工智能應(yīng)用正在越來越多地走向邊緣。這些應(yīng)用在邊緣進(jìn)行分析，以實(shí)施決策，將對(duì)自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域產(chǎn)生積極意義。目前，僅有20%的數(shù)據(jù)在邊緣進(jìn)行處理，而到2030年這一比例將會(huì)變?yōu)?0%。
此外，系統(tǒng)廠商進(jìn)入半導(dǎo)體、先進(jìn)節(jié)點(diǎn)、先進(jìn)封裝、芯片創(chuàng)企、亞太地區(qū)市場(chǎng)等因素也在推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展。
而隨著制程工藝的發(fā)展，EDA領(lǐng)域的研發(fā)投入大幅增加，推動(dòng)了Cadence等廠商的戰(zhàn)略。Cadence的研發(fā)投入占營收比例已達(dá)40%。
二、解析3大重要新品，Cerebrus可降低15%功耗
本次大會(huì)，Cadence總裁Anirudh Devgan等人分享了Integrity 3D-IC平臺(tái)、Helium Virtual及Hybrid Studio平臺(tái)和Cerebrus機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)工具3個(gè)新產(chǎn)品。
Integrity 3D-IC平臺(tái)是業(yè)界首個(gè)集成系統(tǒng)級(jí)和SoC級(jí)的解決方案，支持electrothermal analysis（電熱分析）、多die STA和系統(tǒng)級(jí)物理仿真驗(yàn)證。
Helium Virtual C++ SoC模型允許軟件開發(fā)和RTL設(shè)計(jì)并行運(yùn)行，該模型運(yùn)行速度比RTL快數(shù)百或數(shù)千倍，這使得其硬件/軟件集成和調(diào)試比RTL模型更高效。當(dāng)前，Helium Virtual and Hybrid Studio平臺(tái)已經(jīng)上市。
Cerebrus是一款基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的設(shè)計(jì)工具，可同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的多個(gè)步驟，可將生產(chǎn)力提升10倍。瑞薩電子和三星電子的團(tuán)隊(duì)表達(dá)了自己對(duì)Cerebrus?的看法。
瑞薩電子數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)部門負(fù)責(zé)人Satoshi Shibatani稱，瑞薩電子在12nm高速CPU設(shè)計(jì)項(xiàng)目中應(yīng)用了Cerebrus，其不僅可以優(yōu)化物理實(shí)現(xiàn)流程，還可以優(yōu)化布局規(guī)劃。在50次運(yùn)算過后，其生成了新的設(shè)計(jì)流程和布局規(guī)劃，將這款CPU性能提升了10%以上，節(jié)省了數(shù)個(gè)月工程師手動(dòng)布局時(shí)間。
?在最新的4nm和6nm節(jié)電設(shè)計(jì)上，三星電子的晶圓廠團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了Cerebrus工具。該工具可以很容易地配置，優(yōu)化代碼，為線寬、層架間距、過孔類型等網(wǎng)格配置設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。和手動(dòng)設(shè)計(jì)相比，Cerebrus在4nm節(jié)點(diǎn)的供電線路設(shè)計(jì)上提升了50%的時(shí)序（timing），并優(yōu)化了功耗。
三、Cadence智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略：布局芯片、系統(tǒng)和普適智能
Anirudh Devgan也對(duì)Cadence在2021年的戰(zhàn)略和發(fā)展情況做了總結(jié)。
他提到當(dāng)前快速演進(jìn)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)備受行業(yè)關(guān)注，其智能系統(tǒng)共有3層。以汽車為例，汽車電子設(shè)計(jì)分為三個(gè)領(lǐng)域，其核心是系統(tǒng)級(jí)的芯片，第二個(gè)是系統(tǒng)和軟件堆棧，第三個(gè)則是汽車周身的數(shù)據(jù)和普適智能。
這樣的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)3層也會(huì)出現(xiàn)在智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心等多個(gè)領(lǐng)域，這也就是Cadence智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略。其核心為EDA和IP；之后是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，Cadence在3D-IC、系統(tǒng)仿真、嵌入式軟件、軟件啟動(dòng)等領(lǐng)域進(jìn)行了很多布局與投資，是Cadence戰(zhàn)略的重要組成部分；第三層則是人工智能以及與人工智能相關(guān)的整個(gè)數(shù)據(jù)分析。
Anirudh Devgan稱，在數(shù)字設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Cadence的各類產(chǎn)品都取得了很好的成績。比如Innovus Implementation被前20大半導(dǎo)體公司中的19家使用，Genus Synthesis被前20大半導(dǎo)體公司中的16家使用，Tenpus Timing Signoff則被前20大半導(dǎo)體公司中的15家采用。Cadence也和Arm一起，在臺(tái)積電N5工藝節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了4GHz成果。
在硬件平臺(tái)方面，Cadence今年推出了Palladium Z2和Protium X2平臺(tái)。
AMD的Alex Star稱，相比于Palladium Z1，Palladium Z2的工作負(fù)載吞吐量顯著提高，能夠快速、容易地從仿真平臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俚钠髽I(yè)級(jí)原型設(shè)計(jì)平臺(tái)。英偉達(dá)的Narendra Konda談道，通過Palladium Z2和Protium X2，將一個(gè)數(shù)億個(gè)晶體管的設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯、創(chuàng)建仿真模型并放入仿真平臺(tái)中僅需4個(gè)小時(shí)，而此前該過程需要48甚至72個(gè)小時(shí)。
在系統(tǒng)層面，Anirudh Devgan回顧了Cadence在射頻（RF）領(lǐng)域的進(jìn)展。一年以前，Cadence收購了National Instrument的射頻平臺(tái)AWR，并將該平臺(tái)與Virtuoso和Allegro集成在一起，形成了完整的射頻解決方案，可提供5倍的射頻設(shè)計(jì)效率。
美國創(chuàng)企Metawave的創(chuàng)始人兼CEO Maha Achour稱，Cadence射頻設(shè)計(jì)、分析平臺(tái)使得他們可以與大公司進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，完成了其5G高頻毫米波頻段雷達(dá)。
在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）領(lǐng)域，Cadence也進(jìn)行了多次收購和布局，如擁有Omnis平臺(tái)的CFD廠商N(yùn)UMECA、網(wǎng)格劃分領(lǐng)域常熟Pointwise等。
在航海方面，新西蘭的帆船設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)Emirates Team稱其CFD工具對(duì)其設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在第36屆美洲杯帆船賽上，他們需要采用一種新的單體帆船，并且只被允許建造一艘船。最終，因?yàn)镃adence旗下的CFD工具，該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了船體建造和細(xì)節(jié)優(yōu)化。
此外，Cadence還有Clarity這一有限元電磁求解器來幫助在CFD領(lǐng)域進(jìn)行分析。而Clarity 3D Solver可以進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的3D分析，能夠縮短設(shè)計(jì)周期并快速將產(chǎn)品推入市場(chǎng)。該產(chǎn)品還可以同時(shí)運(yùn)行數(shù)千個(gè)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
在封裝領(lǐng)域，Cadence有Allegro封裝和PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)是使用最廣泛的高級(jí)封裝解決方案。在人工智能層面，Cadence將AI Extension加入到了處理器管線中，并正在研發(fā)基于其sparks計(jì)算技術(shù)的AI引擎。該引擎和管線、嵌入式CPU結(jié)合，將能夠提供更強(qiáng)大的AI性能。
四、Chiplet維系摩爾定律，芯原股份：IP即芯粒
芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼CEO戴偉民則回顧了Chiplet（芯粒）生態(tài)的建立。
在1958年杰克·基爾比發(fā)明了集成電路，之后英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾預(yù)言：“集成電路上的器件數(shù)量每個(gè)十八個(gè)月將翻一番。”這就是摩爾定律的誕生。
隨著芯片特征線寬的下降，互連延遲（interconnect delays）對(duì)設(shè)計(jì)的影響越來越大，芯片性能提升越來越難。但換一種思路來看，更小的裸片帶來了更高的硅利用率和產(chǎn)能。所以Chiplet通過多種集成，使系統(tǒng)空間內(nèi)的密度持續(xù)增長。研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，2035年，Chiplet市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到570億美元。
戴偉民稱，Chiplet給半導(dǎo)體行業(yè)帶來了IP芯片化、集成異構(gòu)化、集成異質(zhì)化和IO增量化等影響。
具體來說，2015年，Marvell創(chuàng)始人周秀文在ISSCC 2015上提出了MoChi（模塊化芯片）架構(gòu)概念。AMD則是最早將Chiplet應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品，平衡了自身成本、性能和功耗。
隨后，英特爾也快速采用Chiplet技術(shù)，并免費(fèi)提供了AIB總線接口許可，以支持Chiplet生態(tài)建設(shè)。2018年，英特爾將EMIB（嵌入式多硅片）技術(shù)升級(jí)為邏輯晶圓3D堆疊技術(shù)。2019年，英特爾推出Co-EMIB技術(shù)，能夠?qū)蓚€(gè)或多個(gè)Foveros芯片互連。
2.5D和3D封裝技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了Chiplet生態(tài)的建立。2020年6月，英特爾正式發(fā)布Lakefield芯片，這是首款基于Foveros 3D立體封裝技術(shù)的芯片，采用1個(gè)大核+4個(gè)小核的混合CPU設(shè)計(jì)。
在最近的英特爾架構(gòu)日上，其提出了下一代可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids架構(gòu)創(chuàng)新。英特爾還提出了超異構(gòu)計(jì)算的技術(shù)愿景。
除了英特爾，臺(tái)積電提出了2.5D CoWoS封裝技術(shù)和3D SoIC封裝技術(shù)；三星則提出了3D封裝技術(shù)X-Cube。國內(nèi)廠商如長電科技也在持續(xù)推進(jìn)Chiplet技術(shù)的開發(fā)。
在接口方面，2018年7家公司成立ODSA（開放專用域架構(gòu)）組織，制定Chiplet開放標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)Chiplet生態(tài)、催生低成本SoC替代方案。目前，該組織會(huì)員已超過50家。
2019年，英特爾攜手阿里巴巴、思科、戴爾、Facebook、谷歌、HPE、華為以及微軟成立Compute Express Link（CXL）開放合作聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)CPU與GPU、FPGA等專用加速器之間的高速、高效互連。
而Chiplet給產(chǎn)業(yè)帶來了一個(gè)重要變化就是IP芯片化（IaaC），IP也是芯原股份的重要業(yè)務(wù)。
芯原股份成立于2001年，今年已成立20年。當(dāng)前芯原股份接近50%的營收在國外，但是其95%的研發(fā)人員都在國內(nèi)。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，芯原是中國大陸排名第一、全球第七的IP供應(yīng)商，具備豐富的IP儲(chǔ)備。
此外，戴偉民提及，芯原股份在視頻處理器（VPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器IP（NPU）、圖形處理器（GPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、圖像信號(hào)處理器（ISP）和顯示處理器（Display Processor）等領(lǐng)域均有相應(yīng)的產(chǎn)品和布局。
在IP芯片化的驅(qū)使下，芯原股份提出了IP即芯粒（IaaC）的理念，旨在實(shí)現(xiàn)特殊功能IP的“即插即用”。目前，芯原股份推出了多種IP的子系統(tǒng)解決方案FLEXA API。
在芯片平臺(tái)化方面，芯原股份能夠提供一站式設(shè)計(jì)服務(wù)，全球首批7nm EUV芯片流片一次成功，已開發(fā)5nm芯片。通過Chiplet技術(shù)，芯原股份可以在自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域快速進(jìn)行迭代。
結(jié)語：軟件定義硬件，Cadence大會(huì)展現(xiàn)行業(yè)趨勢(shì)
Cadence作為行業(yè)內(nèi)頭部的EDA和IP廠商，每年Cadence的用戶大會(huì)都會(huì)吸引不少的行業(yè)目光，其戰(zhàn)略布局對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展有著比較重要的參考價(jià)值。
本次，Cadence總裁Anirudh Devgan詳細(xì)解析了其智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略，以及Cadence在射頻、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和完整封裝、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的產(chǎn)品情況，這些也是行業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。如今云計(jì)算和人工智能已成為EDA領(lǐng)域的兩大重要趨勢(shì)，而軟件正在重新定義硬件，影響行業(yè)發(fā)展。
