面對(duì)已經(jīng)領(lǐng)跑數(shù)十年的海外芯片巨頭，國(guó)產(chǎn)芯片可以如何追趕？

在南京國(guó)際博覽中心，一年一度的世界半導(dǎo)體大會(huì)今日正式落幕。

期間，大會(huì)平行論壇之一的“IC設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者大會(huì)”也在8月19日成功舉辦。該活動(dòng)由鎂客網(wǎng)、潤(rùn)展國(guó)際承辦。

上午的“IC芯片開(kāi)發(fā)者大會(huì)”活動(dòng)中，圍繞IC設(shè)計(jì)、圍繞“國(guó)產(chǎn)芯”等方面，多位企業(yè)嘉賓都帶來(lái)了自己的分享。

Imagination公司中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略市場(chǎng)與生態(tài)副總裁 時(shí)昕博士

——用短跑速度追趕長(zhǎng)跑選手

時(shí)昕博士表示，處理器芯片是世界范圍競(jìng)爭(zhēng)最激烈的市場(chǎng)之一，尤其是IC設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，更是在硬件、軟件與生態(tài)建設(shè)方面面臨著雙重挑戰(zhàn)。其中，時(shí)昕博士也特別點(diǎn)出，站在IC設(shè)計(jì)的角度，速度提升依舊受產(chǎn)業(yè)內(nèi)重視，但“如何最優(yōu)發(fā)揮性能”卻沒(méi)有如以往受重視。

而對(duì)于有關(guān)IC設(shè)計(jì)與應(yīng)用的問(wèn)題，他也直接說(shuō)到，所有問(wèn)題都是能夠解決的，關(guān)鍵在于資源與時(shí)間投入。

此外時(shí)昕博士也以GPU為例，對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片如何“用短跑速度追趕長(zhǎng)跑選手”做了講解。

他表示，英偉達(dá)和AMD投入了累計(jì)數(shù)萬(wàn)人年的研發(fā)資源，數(shù)以億計(jì)的出貨量，以及長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的生態(tài)積累。反觀國(guó)內(nèi)，依據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)分會(huì)所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，從2020年到2021年，國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)企業(yè)從2218家增長(zhǎng)至2810家，這一速度并不慢，但其中員工規(guī)模超過(guò)500人企業(yè)，在2021年僅有83家，占據(jù)整體2.9%。整體規(guī)模不大、員工投入不足等現(xiàn)象，為企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)添上了一層限制。

但正如前面所說(shuō)，國(guó)產(chǎn)芯片可以用短跑速度追上英偉達(dá)、AMD等長(zhǎng)跑選手。

至于如何超越，時(shí)昕博士提出的方案是“借梯子”，比如借助第三方IP以加快研發(fā)速度。

沐曦集成電路(南京)有限公司負(fù)責(zé)人 王爽

——國(guó)產(chǎn)GPU研發(fā)三大挑戰(zhàn)

2020-2025年全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，將是過(guò)去10年的3倍，而隨著數(shù)據(jù)處理量的激增，對(duì)高性能算力的需求也在逐年遞增。

王爽提到，此前中國(guó)電信總經(jīng)理李正茂曾提出“算力三定律”，其中第二條顯示“每12個(gè)月算力增長(zhǎng)一倍”，但如今的速度已經(jīng)超越了定律所定義的。

這一背景下，以“CPU+GPU”為代表的異構(gòu)計(jì)算已經(jīng)成為未來(lái)通用算力的模板。但值得注意的是，“CPU擅長(zhǎng)控制，GPU擅長(zhǎng)計(jì)算。且GPU性能提升快速CPU，領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)正逐步擴(kuò)大中。”

但當(dāng)細(xì)化到市場(chǎng)份額，則被英偉達(dá)、AMD與Intel所占領(lǐng)，不管是產(chǎn)品層面，還是市場(chǎng)層面，國(guó)產(chǎn)GPU都面臨極大挑戰(zhàn)。

就這個(gè)問(wèn)題，王爽提出GPU研發(fā)所面臨的三大挑戰(zhàn)：

· 人才培養(yǎng)慢——培養(yǎng)一位擁有豐富經(jīng)驗(yàn)并且能夠根據(jù)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)及時(shí)修改芯片設(shè)計(jì)方案的成熟工程師，一般至少需要10年。“我們公司團(tuán)隊(duì)目前的800多人，都是從20萬(wàn)份簡(jiǎn)歷中篩選出來(lái)的。”王爽以自家公司舉例稱。

· 技術(shù)壁壘高——GPU產(chǎn)品研發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，軟硬件技術(shù)壁壘極高。

· 生態(tài)建設(shè)難——國(guó)內(nèi)GPGPU需從兼容CUDA生態(tài)切入，再逐步構(gòu)建自有體系。

芯動(dòng)科技技術(shù)總監(jiān) 高專

——后摩爾時(shí)代芯片系統(tǒng)集成的關(guān)鍵

“先進(jìn)工藝大型SOC芯片，是芯片IP堆積的結(jié)晶，而先進(jìn)工藝大芯片是芯片的‘主戰(zhàn)場(chǎng)’。”高專表示，“沒(méi)有芯片IP，95%以上SOC芯片公司做不出芯片。”

眾所周知，IP/EDA有著“半導(dǎo)體皇冠上的明珠”之稱。如果僅就IP市場(chǎng)來(lái)看，其規(guī)模約為50億美元，但它卻撬動(dòng)了千萬(wàn)億的市場(chǎng)，包括5800億美元的半導(dǎo)體市場(chǎng)、3萬(wàn)億美元的電子產(chǎn)品等等，輻射影響超過(guò)自身600倍的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

而作為芯片的“基石”，在后摩爾時(shí)代，高專認(rèn)為，高速接口IP將會(huì)是芯片系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)顯示，該產(chǎn)品將以15%的年增長(zhǎng)率從目前的8億美元增長(zhǎng)至2024年的16億美元，高端接口IP則會(huì)從當(dāng)前的2億美元增長(zhǎng)至8億美元。

值得注意的是，Die-to-Die預(yù)計(jì)會(huì)在2023前后爆發(fā)，“主要是5nm和3nm的節(jié)點(diǎn)會(huì)促進(jìn)logic和IO功能的分離。”。

芯啟源電子科技有限公司EDA產(chǎn)品銷售總經(jīng)理 裘燁敏

——傳統(tǒng)驗(yàn)證與仿真的痛點(diǎn)

前面我們也說(shuō)到，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，IP與EDA有著同樣的重要性，在市場(chǎng)側(cè)也有著同樣的表現(xiàn)。

用裘燁敏的話來(lái)說(shuō)，EDA整體全球市場(chǎng)規(guī)模雖然也就百億美元左右，但撬動(dòng)了萬(wàn)億美元芯片相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。“如果沒(méi)有EDA產(chǎn)品，至少中大型芯片要成功流片是基本不可能的。”

從EDA角度看IC設(shè)計(jì)，裘燁敏指出“隨著先進(jìn)制程持續(xù)迭代，芯片設(shè)計(jì)成本呈指數(shù)上升。”

他進(jìn)一步解釋道：“芯片要做驗(yàn)證，軟件方面的灌輸、投入，隨著工藝節(jié)點(diǎn)不斷先進(jìn)化，成本不斷遞增。”這其中一大部分原因在于傳統(tǒng)驗(yàn)證與仿真環(huán)節(jié)。

比如復(fù)雜的驗(yàn)證設(shè)計(jì)，讓軟件也變得非常復(fù)雜，以致于軟件團(tuán)隊(duì)需要更多的驗(yàn)證工具來(lái)并行開(kāi)發(fā)，以保證芯片的流片成功及上市時(shí)間。

又比如驗(yàn)證環(huán)境，“目前軟件團(tuán)隊(duì)使用的原型驗(yàn)證系統(tǒng)與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用的仿真驗(yàn)證系統(tǒng)為兩套環(huán)境，且成本發(fā)高昂。”

種種因素的累積下最終導(dǎo)致軟件和硬件驗(yàn)證脫節(jié)，以致于一套完整流程走下來(lái)，不僅浪費(fèi)時(shí)間，也消耗了大量人力。也因此，原型驗(yàn)證+硬件仿真加速一體化平臺(tái)成為必然趨勢(shì)。

創(chuàng)意電子技術(shù)總監(jiān) 肖有軍

——Chiplet的核心

可以注意到，從年初至今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)關(guān)注點(diǎn)，其中在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Chiplet就是一個(gè)繞不過(guò)去的話題。

肖有軍表示，依據(jù)Chiplet方案可以組合從6.4-51.2Tbps的不同產(chǎn)品線、做各種疊加，這對(duì)于成本有很好的優(yōu)勢(shì)。

具體來(lái)看，傳統(tǒng)模式中，由于不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)的IP核遷移時(shí)間成本較高，而利用Chiplet技術(shù)，則可以只迭代一個(gè)芯片模組中的部分核心，從而達(dá)到在時(shí)間和資金層面節(jié)約研發(fā)成本的目的。

“Chiplet核心的是GLink、HBM，以及臺(tái)積2.5D/3D的工藝。”肖有軍說(shuō)到。

就在今年3月，UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式成立，主要定義了協(xié)議適配等等，目前只支持2D和2.5D，“希望能推進(jìn)Chiplet方案，如果有標(biāo)準(zhǔn)接口，將更容易出現(xiàn)Chiplet和產(chǎn)品的集成。”

華測(cè)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司芯片實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理 黃智偉

——產(chǎn)品設(shè)計(jì)極限值：可靠性測(cè)試驗(yàn)證新趨勢(shì)

“不管終端場(chǎng)景如何應(yīng)用，其實(shí)整個(gè)芯片開(kāi)發(fā)過(guò)程中有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，就是通過(guò)可靠性測(cè)試驗(yàn)證的手段，去看產(chǎn)品在最終終端產(chǎn)品是否可以適用。”黃智偉表示。

顧名思義，所謂的可靠性驗(yàn)證，就是為了驗(yàn)證“產(chǎn)品”質(zhì)量，評(píng)估“產(chǎn)品”適應(yīng)環(huán)境能力，剔除“產(chǎn)品”早期失效的模式，發(fā)現(xiàn)“產(chǎn)品”失效點(diǎn)，了解“產(chǎn)品”為何失效，最終幫助芯片設(shè)計(jì)做出優(yōu)化改善。

當(dāng)然了，黃智偉也指出，“考慮到成本、上市等綜合因素，若產(chǎn)品失效，或許不一定要去修正，但至少在研發(fā)階段，能夠讓內(nèi)部團(tuán)隊(duì)知道失效的現(xiàn)象或原因在哪里，從而作為產(chǎn)品上市前的評(píng)估。當(dāng)?shù)聲r(shí)候，也可以為后面版本的改進(jìn)進(jìn)行加速。”

“從整個(gè)電子產(chǎn)品的歷程來(lái)說(shuō)，包含芯片設(shè)計(jì)，到后端的組裝，整個(gè)過(guò)程中可靠性測(cè)試驗(yàn)證+失效分析是非常關(guān)鍵的。”

而在當(dāng)下，黃智偉也表示，“產(chǎn)品設(shè)計(jì)極限值”是可靠性驗(yàn)證新趨勢(shì)，意在用最短的時(shí)間、最大應(yīng)力來(lái)激發(fā)產(chǎn)品潛在的故障因子。

IC設(shè)計(jì)先鋒企業(yè)獎(jiǎng)

上半場(chǎng)活動(dòng)的最后，現(xiàn)場(chǎng)也舉辦了“IC設(shè)計(jì)先鋒企業(yè)獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮。

該是世界半導(dǎo)體大會(huì)暨南京國(guó)際半導(dǎo)體博覽會(huì)蓄力四年，首度特別設(shè)立的行業(yè)榮譽(yù)，旨在挖掘和表彰在中國(guó)IC設(shè)計(jì)界展現(xiàn)出卓越技術(shù)能力、一流服務(wù)水平及極大發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)秀公司。

通過(guò)全國(guó)征評(píng)、公開(kāi)報(bào)名、專家評(píng)審，最終有8家企業(yè)突出重圍并榮膺該獎(jiǎng)項(xiàng)，他們分別是：沐曦集成電路（上海）有限公司、北京清微智能科技有限公司、南京后摩智能科技有限公司、中科馭數(shù)(北京)科技有限公司、芯啟源電子科技有限公司、芯行紀(jì)科技有限公司、成都啟英泰倫科技有限公司、杭州行芯科技有限公司。

圖 | 頒獎(jiǎng)嘉賓江蘇省行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)吳?。ㄕ校┡c獲獎(jiǎng)企業(yè)

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