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EDA从自动化向智能化:验证是关键赛道

2021-01-06
来源:探索科技TechSugar

    EDA企业应打造面向未来应用需求、计算机架构、系统芯片的要求的EDA 2.0技术理念。除了技术之外,还包含开发模式的创新、商业模式的创新,使用模式的创新、生态链的创新。此外,EDA 2.0的定义和使命,是让EDA从自动化智能化发展,从而降低EDA使用门槛和系统级芯片的设计门槛,并缩短设计周期一半以上,让芯片设计更简单、更普惠。

     2020年注定是要被载入史册的一年,对于半导体行业来说,也是喜忧参半的一年。2020年即将马上过去,又到了回顾过去,展望未来的时刻。探索科技(Techsugar)走访了诸多行业领先厂商,邀请他们分享了他们对于2020这一魔幻之年的总结以及对于新的一年2021的展望。

    2020年,数字经济浪潮正以势不可挡之势席卷全球,以第五代移动通信技术(5G)、云计算、人工智能(AI)、大数据为代表的新技术开启新一轮产业革命,成为推动社会发展的关键动能。EDA验证的应用场景比以往更加广泛,EDA正面对比过往成倍数复杂的系统芯片设计,这一切给EDA的发展提出新要求。EDA新秀企业芯华章科技的董事长王礼宾分享了他们对这一年EDA发展的总结,探讨当下EDA领域所面临的挑战与机遇,也对EDA的未来进行了展望。

    回顾历史,瞄准“验证”

    早期集成电路设计由纯手动描绘版图的方式揭幕,第一个突破点是CAD的诞生,CDA也可称计算机辅助设计。第二个突破点,即三十年前EDA 1.0技术的诞生,这让工程师可以用计算机语言描述设计,可以透过仿真在流片前提前验证,并且在提高了设计效率的同时,大大的减少芯片制造环节的风险。

    被视为“芯片之母” 的EDA在长达30年的1.0时期,支撑着集成电路设计从几千颗晶体管到现在百亿级晶体管的集成度,但在如今AI、云、智能汽车、5G等不同的细分领域得以发展的时代大前提下,EDA面对的数据结构、计算架构等有了新的变化,芯华章认为EDA正面临以下挑战:

    首先,随着SoC集成的设计复杂程度日益提高,EDA验证需要探索的空间和范围呈现指数级的增长,验证所需要时间亦越来越长。验证工具已然必不可缺,验证越充分,芯片的成功率便越高。传统国际EDA公司多运用老牌工具,底层的架构没有改变,算法、新功能的叠加,造成很大的冗余。

    另外,EDA应用场景比以往更加广泛,AI、云、智能汽车、5G等不同的细分领域关注的是不同的挑战,EDA作为芯片设计必不可少的工具,必须响应芯片设计提出的细分需求。

    基于过去数据结构和计算结构做开发,EDA1.0的优化效果非常有限。过去30年间,作为主流的EDA 1.0是基于二十年前的数据结构和计算结构而做得开发,发展过程中EDA一定程度上提高了自动化,EDA也正在尝试融合云、AI等技术。但由于底层数据架构没有改变,以及适配新的软硬件框架,仅仅基于1.0的软硬件框架上的优化,效果非常有限。EDA 1.0对设计效益的提升已经跟不上芯片设计发展对效率的需求,需要从自动化走向智能化,才能进一步提升设计和验证效率,降低技术门槛的和缩短项目周期。

    透过多年经验,芯华章作出了敏锐的市场判断——选择了决定芯片成败的关键“验证”作为其赛道。成立不到一年的国内EDA厂商芯华章,向业界展示了其团队在EDA公司成功的五大要素上的深厚积累:人才与团队、技术与产品、资金与政策、市场与生态、法律与规范。从大的产品布局和分类上,芯华章的产品将包括:硬件仿真系统、FPGA原型验证系统、智能验证、形式验证以及逻辑仿真,全面覆盖数字芯片验证需求。

    2020年国内自主研发成破局之路

    2020年国产EDA有所突破,但面临挑战依然严峻,难以独立满足中国电子产业发展对EDA的需求。具体来看,虽然模拟芯片工具上取得了进展,但在数字仿真、验证等多个环节存在短板。美国商务部于2019年5月对华为实施了出口管制,未经许可,任何公司不得向其交付可溯源美国技术的设备和软件,而EDA软件是芯片设计工程师设计开发芯片必不可少的工具,该领域具有极高的技术门槛,目前仍没有可完全替代的国产方案。

    不过芯华章等国产EDA公司以极大的历史使命感加快推进EDA工具的国产化进程。芯华章表示,通过创新的软硬件EDA框架和算法,融合人工智能、机器学习、云技术等前沿科技,可以降低系统级芯片(System-on-Chip, SoC)的设计门槛,缩短产品开发周期。芯华章正在部署研发的更智能化的EDA 2.0,获得多项技术突破。

    仿真技术基于LLVM架构有助于支持更多计算机架构的相关生态

    仿真技术是保证集成电路设计正确性的关键技术之一,芯片设计公司通过软件仿真数字电路的行为,发现并修复问题。芯华章与国内最领先的自主高性能计算微处理器企业、全球领先的互联网企业、全国领先的5G通信和AI芯片设计公司合作,突破传统仿真器仅支持单一X86架构的局限,基于拥有友好软硬件生态的LLVM架构进行EDA仿真工具的研发,并对数据结构进行了优化,确保高效的算法,提升验证效率。此外,芯华章全新仿真技术具备灵活的可移植性,可兼容当前主流架构并有助于支持未来多核与异构的大规模计算机处理器结构。

    灵动支持主流/自研的原型验证平台,兼容现有生态

    目前在主流FPGA原型验证平台上,用户通常需要购买昂贵的、多种不同的单一协议的进口子板,给开发带来了困难。芯华章发布的“灵动”高性能多功能可编程适配解决方案,灵动支持主流与自研的FPGA原型验证平台,可一卡替代多种原型验证进口子板,具备强大的功能和适配能力,可以释放更多的接口资源加速创新并提供灵活性,进一步加快验证收敛,助力软硬件协同开发,提高芯片设计的研发效率。

    验证云平台以及验证专家服务,构建产业生态

    近几年来,越来越多的芯片初创公司纷纷涌现。但是,这些公司在起步阶段资金非常有限,可是其芯片设计又很需要硬件仿真器。芯华章推出完备、高效、可扩展的验证云平台,帮助他们节省成本,完成芯片研制任务。此外,针对国内芯片设计公司日益增加的验证需求,以及不断遇到的各种验证挑战,芯华章还组建了实力雄厚的验证专家团队,提供专家级的顾问式服务。

    开源吸引人才,降低使用门槛,建设计生态圈

    2020年最新中国IC设计总体发展报告中显示,IC设计企业的数量较去年增长了24.6%达到2218家。其中,有许多芯片设计公司在开发中并不使用最先进工艺节点。在这样的项目中,使用开源EDA是一个不错的选择,作为完全开放的资源,开源EDA可以为院校项目、初创企业试航提供源动力。

    为加速EDA技术创新,培养生态,芯华章在2020年8月率先对外发布开源EDA生态项目,并陆续推出全球最快的开源EDA仿真器EpicSim,以及全球首创的开源的形式验证工具“灵验”(EpicFV),芯华章也是国内首家推出开源EDA工具的EDA公司。通过开源EDA构建集成电路设计社区的生态圈,需要的不仅仅是开放开源EDA技术或是开源标准,而是真正具备实用性与易用性的开源EDA产品。

    面向未来需求、架构与要求,EDA从自动化向智能化

    2017年美国DARPA推出了电子复兴计划(Electronics Resurgence Initiative,ERI),其中电子设备智能设计计划和高端开源硬件计划与EDA的发展息息相关,其目的是应对先进系统级芯片、系统级封装和PCB的设计所需成本和时间的急剧增加。这两个计划的核心在于将人工智能技术和大数据更好地应用于EDA产品中,从而极大程度降低集成电路设计的难度,大幅增加研发的效率。这似乎指明了EDA技术未来的发展方向。

    分析EDA1.0所面对的挑战,芯华章认为,已经看见2021年EDA的突破方向:

    首先,芯华章表示EDA企业应树立面向未来应用需求、计算机架构、系统芯片要求的EDA 2.0技术理念。除了技术之外,还包含开发模式的创新、商业模式的创新,使用模式的创新、生态链的创新。

    其次,芯华章认为,EDA 2.0的定义和使命,是让EDA从自动化向智能化发展,从而降低EDA使用门槛和系统级芯片的设计门槛,并缩短设计周期一半以上,让芯片设计更简单、更普惠。

    最后,在前人积累上,芯华章可对EDA软硬件框架和算法做创新、融合、重构,如基于LLVM 的EDA1.X框架,有利于朝智能化EDA2.0演进的探索和创新。

    

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    芯华章的发展思路

    芯华章推出的基于LLVM的全新仿真技术以及高性能多功能可编程适配解决方案「灵动」,已经运用EDA 2.0的理念和部分底层技术,结合LLVM的全新架构有助于支持未来的多核与异构,灵动的多功能、可编程特性,可以释放更多的接口资源加速创新并提供灵活性,芯华章的产品策略将继续基于EDA 2.0的理念做创新。

    在这一突破路径上,作为EDA新力量,芯华章可以绕开技术包袱,站在当今科技发展的高技术起点,以后发优势突破现有技术围城,希望能在短时间内专注于自身领域的突破,并形成合力,为中国芯片产业链补齐EDA短板,以团队深厚的研发实力将EDA从1.0向更加智能化的EDA 2.0演进。

    

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