在AIoT時代，如何提升芯片設計的效率？在“中國集成電路設計業2019年會（ICCAD 2019）“上，Cadence南京凱鼎電子、SiFive、賽昉科技、摩爾精英的老總分析了這些芯片設計業的熱點，他們的主要觀點是：①設計上云；②系統級融合；③利用AI提升EDA工具的效率。

從右至左：Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛，SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士，賽昉科技CEO徐滔，摩爾精英董事長兼首席執行官張競揚

芯片設計的趨勢1：設計上云

1）哪些公司需要上云？

Cadence南京凱鼎電子¹副總裁劉矛指出，云計算已經開始在芯片設計中發揮重要的作用，可以縮短設計周期和提升芯片性能。

例如Cadence最近推出了Cloudburst平臺，在后端實現上比前代產品/業界水平提升了20%左右，就是應用了并行計算的技術，聯系云平臺，把計算資源充分利用起來，使芯片設計不再局限于物理環境，可以讓全世界的芯片公司在不同的物理環境下去訪問EDA平臺，可以在同一環境下去使用一個云平臺加速芯片設計的速度。

現在系統公司的芯片設計和其云平臺開發已經形成了一個正循環，雙方在相互促進，把整個行業往前推進。例如谷歌在做芯片的設計，針對自己的云計算或大數據的特殊要求，使用Cadence的EDA軟件平臺設計出來芯片，可應用到谷歌的平臺上。

SiFive²首席執行官Naveed Sherwani博士認為設計上云非常適合中國的國情，因為在過去40年里，傳統的硅設計需要很多硬件、EDA工具、IP去驗證等，流程太復雜了。中國已經決定在接下來的四五年內設計自己的芯片，但沒有足夠的人才、硬件和IP，所以中國必須采用云技術。由于將設計移到云端，每家公司就不再需要服務器了，不用向大公司申請EDA授權、購買服務包，可以直接從云端去獲取服務，從本地登錄到云端就可以做設計，流程將極大簡化。

Cadence和SiFive在2018年10月3日有一個重大宣布，已經在云端發布了第一個芯片，全部是在云端做的芯片,把芯片發給臺積電流片，用短短的2個月就完成了。

賽昉科技³CEO徐滔補充道：不僅是EDA工具，包括整個IP、后端，整個基礎設施和生態都在云上，這樣可極大地解放生產力，還解決了人才短缺的問題。

摩爾精英⁴董事長兼CEO張競揚補充道，上云對芯片行業很有幫助，因為改變了整個協作模式——過去僅是一家公司的內部協作，一家公司在芯片行業最大的也就是數萬人。一旦上云之后，是全行業在協作。全行業大概是100萬人，甚至以后會有幾百萬人，比萬人級多了2個數量級，這就會帶來效率的極大提升（如下圖）。

圖：摩爾創芯生態鏈

過去一些大企業合并，第2年財報能馬上能降低25%的運營成本，原因是把2家公司相同的部門精簡了。通過全行業的協作，會帶來類似的精簡效果。全行業的646億美元如果能效率提升25%，會省下160億美元。從降低風險角度看，今天為什么一顆芯片開發又慢又費時？因為芯片里只有36億美元去購買IP，和全行業的646億美元比，有95%的東西買不到。對于一家公司來說，用95%的自有東西去開發，會有大量的風險和浪費。如果上云以后，一個好的IP/設計可以被全行業的人使用。

另一個是設計流水線上云。這是中國小公司做得較少的，因為規模很小，沒有必要做一個完整的流程。當行業可以貢獻一個流水線的時候，可以幫助小公司開發。

摩爾芯片云做的事情還有封裝的整合。當有大量的IP和開發者在摩爾芯片云平臺上開發時，就會形成大量的測試完整的裸片，可以通過封裝的形式滿足物聯網的各種應用。這些IP和裸片像電子書和實體書的關系一樣對應。

預計未來10年，大部分芯片或行業一半以上的芯片會通過這樣的方式在開發，只有很少的非常高端的芯片會像今天這樣在一家公司內部，所有東西都自己開發，協作一定是未來的一個趨勢。

2)設計上云的挑戰

摩爾精英董事長兼CEO張競揚稱現在很少還采用這種上云服務。因為半導體行業的人不太愿意變化，不愿意上云。但是趨勢不可逆轉。

最先會改變的是中小企業。因為中小企業財力有限，希望少付一些IP費用，也愿意分享IP。為此，摩爾精英不跟客戶空談云（例如問客戶的IP是否放在云上？），只是說服客戶把IP訪問權交給摩爾精英，但其他方面還是客戶自己控制。這種方式，客戶是愿意接受的。因為不管大公司還是小公司，內部的項目做完了，關掉了，把IP放在云上，哪怕短期內沒有訪問也沒有關系的。

圖：摩爾芯片云

摩爾精英做芯片服務，將服務3種IP廠商。①目前是標準IP廠商。以前標準IP廠商要收很高的版權費，現在如果放在云端，起碼會晚一點收費。②下一步將是芯片公司里的IP。因為如果IP兩三年沒有人用，就不太好用了，必須有人不斷地用，賺到錢才可以維護IP有效性。③個人IP開發者或IP工作室，這些人來自于現在的大公司或擁有核心技術、但沒有市場能力的公司，他們將來可能會變成IP公司。

芯片設計的趨勢2：系統級融合

Candence推出了新一代電熱協同仿真工具：Celsius Thermal Solver（如下圖），是熱和電仿真的融合。今后，電子設計和系統設計的融合是怎么發展的？

Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛解釋道，Cadence做EDA已經有30年了，之前專注于芯片設計，這兩年看到越來越多的系統公司也在做芯片,他們遇到的問題是芯片設計和系統設計如何更好地進行協同設計。

以前芯片公司和系統公司是各自獨立的，芯片公司根據自己對市場的理解把芯片做出來，銷售給系統公司，系統公司再開發整個系統，這個周期非常長。隨著系統公司自己做芯片，系統公司在做芯片的早期就想知道在系統里如何融合應用這個芯片，包括熱分析、電磁分析等。

由于芯片設計越來越復雜。經常看到客戶設計到后半段，由于芯片發熱對芯片設計有很大的影響，芯片設計又要回到最開始，甚至有時候要重新做一個系統的架構來重新做芯片的設計，極大地影響了整個系統開發的設計時間和設計周期。

為此，Cadence從3年前推出了系統設計的概念，從整個系統角度，不僅是芯片，還包括封裝、軟件，最近又引入了電磁分析和熱分析，主要目的是幫助系統公司包括芯片設計公司從最早期就可以把系統設計的每一方面都考慮到設計里面（如下圖）。

圖：Cadence的新系統分析軟件構想

通過這些軟件導入，客戶實際設計里出現了一個好現象：系統公司引入設計流程之后，相比于以前的傳統設計流程，周期減少了30%以上的時間，使他們的系統推向市場的時間也變得非常快，變得更加有競爭性。

芯片設計趨勢3：用AI提升EDA工具的效率

1）AI EDA

在此之上，Cadence還引入了一套全新的AI技術。在整套EDA和客戶設計的流程里，Cadence還有一個大膽的想法：以后做芯片設計就完全不需要人了，只需要人寫一個規格書，剩下的事情全部由EDA軟件去完成。

對于把AI引入到系統設計流程里，Cadence已經發布了AI的EDA軟件，有一些客戶已經開始使用了。基于AI軟件，通過學習之前的設計經驗，就可以根據客戶的需要，自動把最優化的設計快速地做出來（如下圖）。通過這種AI EDA設計方法，會看到芯片設計周期比原來提高了10%~20%，PPA（性能、功耗、面積/成本）也有10%~20%的改進。這樣可以大大減少芯片公司/系統公司對芯片設計人才的需求。

圖：Cadence的機器學習工具

另外，不僅是設計芯片，在整個設計方法學/設計流程上，Cadence也把AI引入進來。通過機器學習，把以前的芯片設計經驗以抽象的數據庫形式保存下來，以后在設計芯片的時候，不管在前端還是后端實現，甚至模擬電路的實現都可以把經驗介入到芯片設計里，使芯片設計的效率和性能可以有很大的提升。

2）目前AI用得好的只有后端

關于AI EDA設計，目前相對比較成熟的是后端，是不是因為這部分因為有成熟的工藝規則書，比較容易標準化？其他的，諸如偏設計仿真部分相對比較難。另外，AI是需要數據來訓練的，EDA這部分從哪兒得到足夠的數據來訓練？不斷地越來越智能？     

的確，目前Cadence推出來的產品在后端布局布線上和模擬版圖設計上，后續還有一些研發在進行中，Cadence有一個團隊從七八年前開始研究AI對前端設計包括仿真上的幫助。

AI是越學越聰明的，如果沒有足夠多的數據，本身設計庫大小容量有限。Cadence本身有上千的設計數據庫，在給客戶之前會先自己做訓練，也會根據客戶的需求去設計，使之變得越來越聰明。

很多人不希望把自己的數據共享出來，放到一個大的平臺上——如果放到大平臺的理想可以實現，EDA軟件可以有大量的數據庫供學習，效率一定會更高。當然共享會面臨很多問題，諸如專利、法務等。在目前的早期，Cadence還是以自己的數據為主，讓客戶通過這些數據慢慢去學習。

SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士補充道：后端的確更加容易實現AI。因為后端更多的是模擬驗證、測試等。前端有非常大的挑戰性，因為前端是人的發明創造，可以天馬行空。Sherwani博士提出的解決方案是通過使用Template來限制設計的選擇數。

另外，為了能夠做AI工作，非常重要的一點是需要有開放的基礎設施。如果是封閉的界面和接口，AI是無法進步的。必須每一個階段的數據庫能夠和其他人分享，這時候你的原始數據不是個體數據，不同公司都可以做出貢獻。

小結：中國蘊藏著半導體發展的機會

SiFive首席執行官Naveed Sherwani博士：中國正啟動獨立自主的產業，半導體是這一切的核心，RISC-V在其中能夠扮演非常重要的角色，相信未來RISC-V在中國將會有極大的發展。

基于RISC-V，中國可以打造非常好的產品，并把這些產品輸出到全世界。大約5到10年前，全世界很多窮人沒有衣服和鞋子穿，現在已經穿上了衣服、鞋子，哪個國家在生產這些并且服務于全世界？是中國。中國應該感到自豪，不僅僅自己實現了扶貧脫貧，而且給全世界的窮人和扶貧工作做出了貢獻。所以半導體行業如果在中國大力發展，也將會發揮類似作用，能夠讓全世界的窮人用上筆記本電腦、手機等實現現代化所需要的工具。無論什么樣的中國公司，需要什么樣的RISC－V技術，SiFive都愿意全力以赴地提供。

賽昉科技CEO徐滔：從地緣政治和商業模式角度看，中國半導體行業正處于轉折點，這時痛苦而充滿機會。如果擁抱RISC-V，會給中國半導體行業帶來新契機。

Cadence南京凱鼎電子副總裁劉矛：Cadence對中國半導體的發展會持續支持。Cadence目前在中國已經有千名員工，在南京專門為適合中國半導體產業環境成立了南京凱鼎公司，希望在未來1年或更長的時間里，持續為中國的半導體產業貢獻我們自己的力量。

摩爾精英董事長兼CEO張競揚：摩爾精英的使命是：讓中國沒有難做的芯片。

注：

1：Cadence/南京凱鼎電子公司：最近Cadence推出了一個智能系統設計方案，幫助系統公司來進入半導體領域。南京凱鼎是Cadence在2017年年底成立的子公司，目的是為中國本土提供完全本土化的IP方案，南京凱鼎已有逾百名員工。

2：SiFive由RISC-V發明者創立。RISC-V是一個新的開源的處理器架構。SiFive提供RISC-V商業化處理器IP及芯片解決方案。

3：上海賽昉科技有限公司于2018年由SiFive和中國本土團隊合作成立，立足中國市場，對現有的RISC-V IP系列進行維護及優化，并且開發更高端的RISC-V內核。

4：摩爾精英2015年成立，主要做三類業務：芯片設計服務、芯片生產供應鏈服務、人才和企業的服務。摩爾精英服務的對象是中國芯片創業公司，也包含華為等傳統大客戶。因為中國創業公司相對體量較小，每家公司約三四十人，所以摩爾精英做了一個一站式平臺，使創業公司可以專注在他們的核心產品設計上。