在中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)（ICCAD）2021年會(huì)暨無(wú)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(guó)區(qū)總經(jīng)理汪曉煜以《生生不息，智以馭器 – 開(kāi)拓EDA 無(wú)盡邊際》為題進(jìn)行了主題演講。

5G 通信、超大規(guī)模計(jì)算、人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛汽車和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域?yàn)?a target="_blank">半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)了更大的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)潛力。汪曉煜表示，上述新興應(yīng)用帶來(lái)的海量數(shù)據(jù)處理需求推動(dòng)了半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，2020 年至 2025 年間半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 10.5%，展望即將到來(lái)的 2022 年，隨著全球疫情逐漸得到控制，數(shù)字經(jīng)濟(jì)、元宇宙等大趨勢(shì)繼續(xù)激發(fā)市場(chǎng)繁榮?！敖衲瓿掷m(xù)的缺芯潮，很生動(dòng)地給全社會(huì)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(kāi)超大規(guī)模計(jì)算，它是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)?！?/p>

“這些驅(qū)動(dòng)力背后的核心共同點(diǎn)都是數(shù)據(jù)，可以說(shuō)數(shù)據(jù)正在推動(dòng)著半導(dǎo)體復(fù)興時(shí)代。”他指出，“從整個(gè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)鏈條來(lái)看，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存內(nèi)計(jì)算、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用帶來(lái)了海量的數(shù)據(jù)處理需求，過(guò)去兩年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是當(dāng)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(huì)被分析，還有大量數(shù)據(jù)未被開(kāi)發(fā)，無(wú)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(lái)，提高數(shù)據(jù)分析能力和效益，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)提出了很多的挑戰(zhàn)，諸如高密度的存儲(chǔ)、高帶寬額傳輸、高性能的計(jì)算等，才能保證數(shù)據(jù)能夠真正被利用?！?/p>

超大規(guī)模計(jì)算、人工智能催生新變革

正是如此，數(shù)字經(jīng)濟(jì)下超大規(guī)模計(jì)算催生了半導(dǎo)體行業(yè)的新變革，對(duì)芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)、EDA 工具、IP 開(kāi)發(fā)和制造等都帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的要求。

汪曉煜引用統(tǒng)計(jì)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(dá)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(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心在不斷升級(jí)換代，這一領(lǐng)域的資本支出對(duì)推動(dòng)半導(dǎo)體計(jì)算領(lǐng)域的創(chuàng)新，尤其是對(duì)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(dòng)計(jì)算連接、存儲(chǔ)、封裝等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，軟件定義，推動(dòng)定制芯片、先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)、支持最新協(xié)議的 IP 核、先進(jìn)封裝和多物理場(chǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)，以及跨計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存、存儲(chǔ)和軟件的集成等方面的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。

在此趨勢(shì)下，汪曉煜認(rèn)為，人工智能來(lái)到“春山可望”的階段。未來(lái)人工智能將逐漸轉(zhuǎn)移到邊緣計(jì)算，因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性、隱私性越來(lái)越重視，放到云端處理會(huì)產(chǎn)生很多擔(dān)憂，例如無(wú)人駕駛把大量數(shù)據(jù)放在云端處理，一方面會(huì)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(dá)到真正的實(shí)時(shí)決策需求?！耙虼宋覀冾A(yù)計(jì)越來(lái)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(jì)到 2030 年，70~80% 的數(shù)據(jù)將在邊緣端進(jìn)行處理?！?/p>

除了外部驅(qū)動(dòng)力，半導(dǎo)體行業(yè)也有內(nèi)生動(dòng)力往前發(fā)展。隨著摩爾定律不斷演進(jìn)，先進(jìn)工藝不斷升級(jí)，在超越摩爾的領(lǐng)域，先進(jìn)封裝驅(qū)動(dòng)著行業(yè)發(fā)展。同時(shí)，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的復(fù)雜度越來(lái)越高，有越來(lái)越多的 IP 模塊需要提升?！案匾氖?，中國(guó)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(kāi)始自研芯片，采用先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)的項(xiàng)目越來(lái)越多，這些都推動(dòng)著行業(yè)的發(fā)展?！蓖魰造现赋?。

IC設(shè)計(jì)新時(shí)代，將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)引入 EDA

種種外部和內(nèi)部因素驅(qū)動(dòng)下，使 EDA 行業(yè)迎來(lái)了更大的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

“EDA 和 IP 工具在設(shè)計(jì)行業(yè)中的作用越來(lái)越重要，如何去幫助客戶的產(chǎn)品取得成功，Cadence 希望通過(guò)全面、智能、靈活的工具來(lái)助力客戶更快地開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品。”汪曉煜說(shuō)，“每年公司將 40% 的營(yíng)收投入研發(fā)以實(shí)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(mén)級(jí)的硬件加速仿真器 Palladium Z2；利用機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，針對(duì)大規(guī)模SoC和后端實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的Cerebrus Intelligent ；首款高容量 Integrity 3D-IC 平臺(tái)等等。”

他以 Cerebrus 為例介紹了將機(jī)器學(xué)習(xí)引入 EDA 是如何優(yōu)化數(shù)字實(shí)現(xiàn)流程的。Cerebrus 帶來(lái)了 RTL-to-GDS 全流程自動(dòng)優(yōu)化，包括 Genus Synthesis Solution 綜合解決方案、Innovus Implementation System 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、Tempus Timing Signoff Solution 時(shí)序簽核解決方案中的數(shù)十步流程，與手動(dòng)開(kāi)發(fā)流程相比，開(kāi)發(fā)速度和 PPA 結(jié)果都得到極大的提升，這就是全機(jī)器學(xué)習(xí)賦能的自動(dòng)化芯片設(shè)計(jì)流程的優(yōu)勢(shì)所在。他提到，應(yīng)用 Xcelium(ML) 可提高多達(dá) 10 倍的回歸測(cè)試（Regression）效率，這對(duì)驗(yàn)證來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

此外應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)還有一大好處是幫助設(shè)計(jì)工程師大幅提升設(shè)計(jì)效率，應(yīng)對(duì)國(guó)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(shí)代，3D-IC 整體解決方案至關(guān)重要

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域?qū)?EDA 的要求也越來(lái)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(dá)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(diǎn)也是一種可行路徑，先進(jìn)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(hào)完整性，封裝中的不同 Die、不同晶圓代工廠或工藝節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)級(jí)考慮和規(guī)劃，以及熱學(xué)、機(jī)械學(xué)上的影響等。隨之而來(lái)的就是相關(guān) EDA 平臺(tái)解決方案必不可少。

“現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有許多不同的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn) 3D-IC， 不過(guò)我認(rèn)為只有無(wú)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。”他解釋，“無(wú)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(jìn)而提升性能額帶寬，封裝成本也會(huì)更低，良率得到顯著提升。這樣一來(lái)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力就上去了?！?/p>

整體的解決方案將有助于應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。Cadence 擁有完整的先進(jìn)封裝平臺(tái)，PCB 設(shè)計(jì)集成，支持芯片設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)分析。得益于分布式并行計(jì)算技術(shù)和創(chuàng)新算法，Cadence 推出多物理場(chǎng)平臺(tái)，在不影響精度的情況下提供顯著的性能優(yōu)勢(shì)。從電磁場(chǎng)仿真工具到熱求解器，再到通過(guò)收購(gòu) Numeca 及 Pointwise拓展的計(jì)算流體動(dòng)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(tái)就可以在面向超大規(guī)模計(jì)算、消費(fèi)電子、5G 通信、移動(dòng)和汽車應(yīng)用，通過(guò)獨(dú)一無(wú)二的系統(tǒng)規(guī)劃功能，集成電熱和靜態(tài)時(shí)序分析 (STA)，以及物理驗(yàn)證流程，助力實(shí)現(xiàn)速度更快、質(zhì)量更高的 3D 設(shè)計(jì)收斂。因此我們認(rèn)為該平臺(tái)是一款劃時(shí)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(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)?！?汪曉煜強(qiáng)調(diào)。

Cadence 基于以上洞察和對(duì)未來(lái)發(fā)展的預(yù)見(jiàn)，精準(zhǔn)確立涵蓋卓越設(shè)計(jì)、系統(tǒng)創(chuàng)新和普適智能的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略：以卓越設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，由核心 EDA 和 IP 組成；基于一流的計(jì)算引擎，將此擴(kuò)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(jì)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(shí)，進(jìn)一步改進(jìn) 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(shí)現(xiàn)最好的 PPA，以及最快的設(shè)計(jì)效率，建立自己的差異化優(yōu)勢(shì)從而取得更大的市場(chǎng)成功。

最后，汪曉煜表示：“ Cadence 的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略旨在強(qiáng)化 Cadence 以計(jì)算軟件為核心實(shí)力，具備普適智能、系統(tǒng)創(chuàng)新和卓越設(shè)計(jì)能力。未來(lái)我們將人工智能和機(jī)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。”

約 40 年前，EDA 工具的出現(xiàn)幫助我們?cè)谠O(shè)計(jì)復(fù)雜度大潮中乘風(fēng)破浪；如今，當(dāng)后摩爾時(shí)代的海量數(shù)據(jù)橫亙于前時(shí)，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(jìn)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。

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