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EDA 2.0时代的变革:赋能系统创新

分享于 2021-06-16 10:10:17
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随着超大规模集成电路的持续发展,晶体管密度进一步快速上升,伴随芯片规模扩大使芯片设计难度的持续加大,在多种因素的影响下,芯片设计的关键环节需要利用EDA工具来提升设计效率,如逻辑综合、布局布线、仿真验证。芯片设计的演进方向已经对EDA的发展提出了方向性的新需求,然而纵观国内市场,其主要流程和技术平台依然由国际EDA厂商所主导。因此,作为半导体产业的一项卡脖子技术,国内EDA产业的发展成为了业界关注的焦点之一。

在这种时势的推动下,国内也涌现了一些EDA初创企业。作为本土EDA行业的新秀,芯华章在2021世界半导体大会期间发布了《EDA 2.0 白皮书》,期望能为国内EDA产业的发展提供一条新的思路。

而笔者认为透过《EDA 2.0 白皮书》,能够让我们更加深刻地理解EDA这个产业正在发生什么变化。以及在向EDA2.0转变的过程当中,EDA价值的变化能为本土EDA厂商带来哪些机会。

什么是EDA 2.0时代


在探寻国内EDA产业的未来发展之前,我们要先了解EDA产业正在发生的变化,以及是什么原因促使EDA产业发生了这种变化。对症下药,才能从根本上解决国内EDA产业发展的难点问题。

在芯华章所发布的《EDA 2.0 白皮书》中,他们将19世纪90年代到今天的EDA发展划分为EDA 1.0阶段和EDA 1.X阶段。其中,EDA 1.0阶段是指从1990到2003年之间所建立起来的EDA,在这期间,集成电路设计已经基本定型为基于IP的模块以及大规模RTL集群的设计方法。在2003年之后,随着AI和工艺制程的进步,基于EDA 1.0的叠加式工具的出现,推动了EDA 1.X阶段的到来。

但从EDA 1.0到EDA 1.X这个阶段,也就是从2003年到如今的20年间,芯片的复杂度虽然比前20年提高了数万倍,成本提高了100倍,芯片工艺也已演进到纳米级别。但芯片设计方法学却始终没有革命性改变。

而随着物联网和AI时代的到来,市场对定制芯片的需求量增加,定制芯片则要求芯片设计周期和设计成本在目前的基础上大幅优化,对从设计验证到制造的半导体产业链提出了更高的要求。因此,现有EDA 1.X也面临着越来越多的挑战。芯华章认为,在后摩尔时代,EDA 1.X所面临的挑战主要体现在以下四点:

1.设计周期长,无法满足应用快速创新需求
2. EDA设计流程于系统级软硬件需要缺少关联
3.设计投资大,成本大,项目风险大
4.需要新建大规模团队,高度依赖经验,人才难求

这些挑战推动着EDA进行升级,也推动着EDA行业从1.X阶段向2.0阶段迈进。

“芯片发展是由系统来驱动,在这种情况下,赋能系统创新是EDA的新任务。”芯华章运营副总裁傅强表示:“EDA 2.0不再是工具的组合,而是支撑系统+芯片+算法+软件协同开发的服务化平台,这是EDA 2.0与其他时代相比的最大的区别。”

芯华章认为,“系统+芯片+算法+软件”协同开发的定制化芯片,决定了系统应用的竞争优势,芯片的创新效率成为关注的焦点。未来10年将是社会对芯片技术提出更快发展要求的10年,EDA工具和方法学需要全面进阶,才能降低技术门槛,进一步提升芯片技术发展的速度和创新的效率。

实现EDA 2.0的关键路径


也就是说,EDA 1.0阶段当中,为通用高性能计算设计的EDA工具,需要面向垂直行业,向更加精细化的方向发展。在这个发展过程当中,就需要EDA工具和方法学的全面进阶,而这则意味着EDA要从底层技术开始革新。

从EDA 2.0所要达到的目标上看,满足以下四点,即可实现EDA 2.0:一是用工具填补软硬件鸿沟;二是自动且智能的流程、不止是点工具的结合;三是需要开放的服务化平台,提供定制化的可能性,提供开源的可能性;四是缩短从芯片需求到应用的周期。

芯华章产品与业务规划总监杨晔表示:“从系统设计的需求上看,EDA 2.0是从系统向下到芯片的制造和生产的过程,从软件来,这个流程最终要回到软件中去,这是EDA 2.0的关键特征。”

由此,芯华章也在其发布的《EDA 2.0白皮书》中提出了EDA 2.0的三条关键路径,包括开放和标准化、自动化和智能化,平台化和服务化:

  • 开放和标准化。产业上下游共同制定开放的标准。基于这些开放接口和标准,以需求为导向进行定制,方便流程自动化和AI智能处理的集成。
  • 自动化和智能化。EDA 2.0的目标是要从现有的EDA 1.0过程中大幅减少芯片架构探索、设计、验证、布局布线等工作中的人力占比,将过去的设计经验和数据吸收到EDA工具中,形成智能化的EDA设计。
  • 平台化和服务化。打造基于云原生软件架构的全新EDA服务平台EDaaS,深度利用云端弹性性能,给用户提供近乎无限的计算弹性以及更优化的使用模式。


需要注意的是,向EDA 2.0方向升级,也并不意味着全盘摒弃EDA 1.X阶段的成果。

“EDA 1.X阶段的一些经验标准,一些设计规则,一定会继续在芯片设计领域长期存在。芯片设计不可能绕过这些物理的规则和设计的需求”,杨晔表示:“但是这些东西会更多的从现有的工具和经验当中提炼出来,进入EDA 2.0的内部,EDA 2.0会将经验变成一个个模型或者算法,提高整体流程的自动化、智能化,降低使用门槛以及对人的高度依赖。”

但对于EDA厂商来说,将新技术应用到EDA工具当中仍存在着巨大的挑战。杨晔表示:“EDA 2.0工具的内部会变得更复杂,EDA公司要在EDA工具当中完成智能化的任务。但是对用户来说,EDA工具只是变得更简单更好用,变成一种更加普惠的技术。”

除此之外,还需要我们重点关注的是,EDA 2.0白皮书当中所提到的开放和标准这一关键路径。根据笔者了解,这里所提到的开放的EDA并不是单纯地指开源EDA。芯华章认为,未来EDA产业的开放和标准化不仅仅由EDA厂商或标准化组织决定,而应该由产业链上游的EDA生态和下游的业界共同定义——从系统厂商、芯片厂商到EDA厂商的全产业生态来共同制定开放的标准。基于这些开放接口和标准,EDA厂商、用户、第三方都可以以需求为导向进行定制,方便流程自动化和AI智能处理的集成。

在开放和标准化这条路径的背后,则藏着国内EDA产业发展的契机。

众所周知,缺少全流程的EDA工具是国内EDA企业发展的痛点之一。也正是因为国内厂商没有做全流程的工具,也就代表国产EDA工具的发展需要本土厂商之间的合作,而这也是开放和标准的诞生。

中科院EDA中心主任陈岚也曾在EDA 2.0白皮书的发布会中表示:“开放EDA可以满足Chiplet、AI等新的技术,EDA 2.0没有历史包袱,因此,可以快速让新的技术进入到EDA工具当中,并让客户客户进行快速验证。对于国内来说,开放的EDA是具有牵引性技术的产品,尤其是在只有点工具的情况下,开放的EDA工具可以帮助企业快速建立系统的竞争力。”

EDA 2.0时代下的EDA企业核心价值


在产业向EDA 2.0做升级的同时,EDA企业的核心价值也发生了转变。

杨晔表示,工业软件它的关键在于对垂直领域的深入的理解,以及将这种理解放到系统整体的框架里当中。所以,EDA工具不再是作为单独的点工具发挥价值,EDA与各种平台的结合以及云的结合,打造出来智能和自动的流程,其所发挥的作用将远超于软件的本身。

傅强表示:“未来EDA公司真正的核心竞争力,是要去拥抱系统公司的需求。”

同时,由于定制化的系统需求增加,这也会促使整个产业内部进行迭代,而不仅仅是靠EDA企业本身对工具的迭代。从这个角度来说,EDA产业的迭代一定会加快,而这种需求到工具的迭代加快之后,也必然促进芯片的设计和制造也会加快。而这也扩大了EDA的市场空间,对于国内EDA厂商来说,这为产业带来了更多换道超车的机会。

他表示:“当我们去拥抱这样的一个新的科研范式,新的产业变革的时候,我们新企业会更具发展前景。”

芯华章推动EDA 2.0发展


芯华章在做好现实产品开发的同时,也为国内EDA产业的发展描绘出了一个十分可行的蓝图,同时,芯华章也为这个蓝图制定了一个明确的时间点。芯华章认为,EDA 2.0的元年将发生在2026年。

为推动EDA 2.0时代的到来,芯华章也做了许多工作。

傅强表示:“技术的发展与革新需要沉淀和准备,另外,新的技术生态还要培育,所以依照我们在这个行业二三十年的经验来看,这个过程需要5年左右的时间。” 而这一全新生态需要产业链上下游的共识与协作。


基于EDA 2.0将不再是对工具的组合,而是一个自主化智能化的流程和一个服务化和可定制的平台,来赋能更高效、更敏捷的系统创新。芯华章开创性地提出芯片设计平台服务模式——EDaaS (Electronic Design as a Service)。并以此为基础开启EDA 2.0时代。

根据芯华章的规划,EDaaS可以提供专业的咨询或设计服务,也可基于云平台和开放数据进行定制服务。EDA 2.0的目标是要让系统工程师和软件工程师也能参与到芯片设计中来,解决设计难、人才少、设计周期长、设计成本高企的问题,用智能化的工具和服务化的平台来缩短从芯片需求到应用创新的周期,满足数字世界中系统应用对芯片多样化的需求,赋能科技进步。
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