EDA工具的邊界不斷延展

Cadence公司中國區(qū)總經(jīng)理汪曉煜

12月22日，在無錫舉辦的“中國集成電路設(shè)計業(yè)2021年會暨無錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2021）”上，Cadence公司中國區(qū)總經(jīng)理汪曉煜帶來題是《生生不息，智以馭器——開拓EDA無盡邊際》的精彩分享，以下為演講全文：
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國民經(jīng)濟(jì)在推動半導(dǎo)體的前進(jìn)和發(fā)展，從過往的家電時代，再到PC，再到手機(jī)為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)，再到現(xiàn)在比較熱的智能物聯(lián)網(wǎng)，萬物互聯(lián)時代，過往是通信、計算機(jī)，包括消費(fèi)電子，在推動整個半導(dǎo)體發(fā)展，現(xiàn)在是新能源車、智能電動車，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，甚至包括未來兩年可能大量出現(xiàn)的元宇宙，這些在推動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。隨著5G技術(shù)的普及，包括對于功耗的改善，我們發(fā)現(xiàn)在5G應(yīng)用領(lǐng)域，5G滲透率大幅度提高，隨著人工技術(shù)的成熟和發(fā)展，無人駕駛也在走進(jìn)我們的生活，L3、L2逐漸成熟，算力的不斷加持，一定會通過L4的發(fā)展，我相信隨著進(jìn)一步的算力提升，包括人工智能技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛最高等級的L5在不久的將來也一定會到來。所有的這些應(yīng)用都離不開超大規(guī)模的計算，它是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)，我們很高興看到在同一個時期，有那么多強(qiáng)的驅(qū)動力在推動半導(dǎo)體的發(fā)展，這會給我們帶來大量的機(jī)會。
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過去幾年，曾經(jīng)有不少論調(diào)說半導(dǎo)體可能是一個夕陽產(chǎn)業(yè)，因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B/">摩爾定律在變緩，可能在座的各位都會聽到這種聲音，但是實(shí)際上，我相信剛才我提到的那幾種強(qiáng)的推動力，有它們在推動，未來半導(dǎo)體的發(fā)展一定不是一個夕陽產(chǎn)業(yè)，尤其是今年全球“缺芯”，很生動地給全社會上了一堂該與課。半導(dǎo)體的重要性，無論是中國，還是歐美、日韓，包括中國，政府層面都在推動它的發(fā)展，根據(jù)權(quán)威預(yù)測，未來幾年，全世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都會以兩位數(shù)保持增長，我們看到大概2025年半導(dǎo)體銷售額會達(dá)到7000億美金，這是一個非常驚人的數(shù)字。
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剛才我提到的這幾種強(qiáng)的驅(qū)動力，它們有一個核心的聯(lián)系點(diǎn)，就是我們的大數(shù)據(jù)，DATA早幾年就有人提，現(xiàn)在這種狀態(tài)下，社會發(fā)展到這種程度，隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)的普及，海量的數(shù)據(jù)每天在成爆發(fā)式的產(chǎn)生，這個時候我們提數(shù)字經(jīng)濟(jì)才比較有現(xiàn)實(shí)意義。但是我們發(fā)現(xiàn)一個問題，有大量數(shù)據(jù)在產(chǎn)生，但是每年可能只有2%的數(shù)據(jù)會被分析，還有大量的數(shù)據(jù)，類似于沒有被開發(fā)的沃土，它沒法轉(zhuǎn)型為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心資產(chǎn)，那怎么樣才能把這些數(shù)據(jù)利用起來，提高它的分析比率和效率，這對我們半導(dǎo)體就提出了很多的挑戰(zhàn)，你要有高密度的存儲、高帶寬的傳輸、高性能的計算，這樣才能保證數(shù)據(jù)能真正地被利用起來，這個勢必對我們的芯片設(shè)計、架構(gòu)、EDA工具、IP開發(fā)，甚至是制造，都提出了很多挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的要求。
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數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，除了數(shù)據(jù)以外，就是我們的超大規(guī)模計算，有一個統(tǒng)計，2020年，全球在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心這一塊的資本支出達(dá)到了1200億美金，這是一個非常龐大的數(shù)字，到今年6月份，全世界范圍內(nèi)的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心一共有659家，這個數(shù)字在5年前，在2016年大概只有不到300家，數(shù)據(jù)中心在直線增長。另外一塊，中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心、老的數(shù)據(jù)中心都在做升級換代，淘汰舊的硬件，升級服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心這一塊的資本支出在大幅度增加，這勢將會推動半導(dǎo)體在計算領(lǐng)域的創(chuàng)新，尤其是對大規(guī)模算力、芯片提出更高的要求。

今年，大概是在上半年，谷歌推出他號稱全世界最強(qiáng)算力的人工智能芯片，叫TPUV4。谷歌把它做成集群，這個集群大概有4096顆TPUV4芯片，組成一個計算集群，它的算力可以達(dá)到10的18次方等級，相當(dāng)于1000萬臺的筆記本電腦連接在一起的算力，這是非常驚人的數(shù)據(jù)，所以怎么樣把高算力做出來，它會推動我們公司用最先進(jìn)的工藝、最先進(jìn)的封裝、最新的協(xié)議，同時還需要多物理場的仿真、軟硬件協(xié)同，對我們半導(dǎo)體領(lǐng)域的促進(jìn)和技術(shù)的進(jìn)行有極大的推動作用。
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人工智能已經(jīng)越來越普及，提到人工智能，大家首先會想到云計算，大家我們分析下來，未來人工智能慢慢會轉(zhuǎn)移到邊緣計算，因?yàn)槭袌鰧芏鄶?shù)據(jù)的安全性、隱私性，包括節(jié)省帶寬、節(jié)生功耗有很多要求，比如銀行、醫(yī)療領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的安全性和隱私性非常重要，你把它放到云端，很多人不放心。比如說無人駕駛，如果把大量的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到云端處理，一方面會產(chǎn)生很大的功耗，擠壓很多的帶寬；另外一方面，無人駕駛最重要的要素要做實(shí)時決策，在云端處理不太可能達(dá)到真正的無人駕駛，所有的數(shù)據(jù)，我們要通過無人駕駛的三大要素：傳感、建模、決策推理，來去端側(cè)，在網(wǎng)絡(luò)邊緣端做處理，這才符合整個技術(shù)的要求。所以我們預(yù)計，越來越多的人工智能，尤其是在推理芯片這一塊的應(yīng)用，會在邊緣端得到普及。目前大概有20%的數(shù)據(jù)任務(wù)在端側(cè)去實(shí)現(xiàn)，我們覺得過七到八年，大概到2030年，這個比例會提升到70%、80%，這就是邊緣智能的概念。
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剛才提到的都是外部的驅(qū)動力在推動我們產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體本身也有自驅(qū)，就是自己推動自己往前走，一方面是摩爾定律不斷演進(jìn)，另一方面先進(jìn)工藝在不斷地被開發(fā)出來，另外又有超過摩爾的概率，催動我們的封裝、異構(gòu)設(shè)計往前走。在咱們中國，有大量的初創(chuàng)公司，再加上系統(tǒng)公司、互聯(lián)網(wǎng)公司，都在進(jìn)入芯片設(shè)計領(lǐng)域，而且進(jìn)入先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的項目越來越多，所有這些都在推動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且在研發(fā)投入這一塊，我們很高興看到整個研發(fā)投入在不斷提升。早上魏老師做報告的時候也提到了，我們整個半導(dǎo)體，尤其設(shè)計企業(yè)，在研發(fā)這一塊的投入在進(jìn)步，但是還不夠，從EDA的角度，我們覺得還蠻欣慰的，這邊有一個數(shù)據(jù)，每年EDA的投入，企業(yè)芯片研發(fā)占比在逐漸提高，到去年大概占到了18%，這個數(shù)字跟歐美企業(yè)比還有一些差距，但是我覺得我們在進(jìn)步。
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剛才提到EDA工具在設(shè)計企業(yè)當(dāng)中能起到的作用越來越中，那怎么樣幫助我們企業(yè)產(chǎn)品，助力你們成功呢？我們希望提供全面+智能+靈活的方案，幫助你們把產(chǎn)品更好、更快地做出來。Cadence在產(chǎn)品研發(fā)這一塊非常重視，我們每年會拿出營收的40%去投入研發(fā)，即將過去的這一年，2021年，Cadence一共推出了13款新產(chǎn)品，其中包括了在業(yè)界的明星產(chǎn)品，百億門級硬件加速仿真器，還有Solver CIoud。
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下面我花一點(diǎn)點(diǎn)時間稍微介紹一下Cadence是怎么利用機(jī)器學(xué)習(xí)來讓我們的產(chǎn)品變得更加的智能化、有效率。我們對于機(jī)器學(xué)習(xí)的理解分兩塊，一塊是把機(jī)器學(xué)習(xí)算法和EDA工具算法有效融合在一起，讓我們的產(chǎn)品變得更加智能化，它是機(jī)器學(xué)習(xí)作用于EDA本身。二是針對設(shè)計流程做智能化處理，提升設(shè)計效率。這是針對大規(guī)模數(shù)據(jù)后端做最優(yōu)化產(chǎn)品，叫優(yōu)化數(shù)字實(shí)現(xiàn)流程，大家知道做大規(guī)模的數(shù)字后端設(shè)計，流程非常復(fù)雜，模塊非常多，有了我們的工具，可以快速幫你找到最佳配方，最佳的配方、最佳的參數(shù)設(shè)置、最佳的流程，短時間內(nèi)找到，最終提升你的PPA，達(dá)到生產(chǎn)效率的提高，這個工具雖然是今年推出的，但是前兩年，我們跟國內(nèi)外很多客戶做過大量的評估和嘗試。做過驗(yàn)證的同事都知道，回歸需要消耗大量的資源和時間，我們通過機(jī)器學(xué)習(xí)，產(chǎn)生新的運(yùn)行用率，這樣你在做新的回歸的時候，可以達(dá)到只用初始回歸10%的時間，可以實(shí)現(xiàn)相同的覆蓋率，基本上生產(chǎn)率可以提升10倍以上。
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我們跟全世界機(jī)器學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者，麻省理工合作，我們跟他合作了三四年，針對復(fù)雜的PCB設(shè)計綜合這一塊做了大量的嘗試，最終我們在一些客戶那邊得到充分的驗(yàn)證，可以針對復(fù)雜PCB的設(shè)計實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化。
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這是我剛才說到的機(jī)器學(xué)習(xí)在EDA工具當(dāng)中發(fā)揮的作用，今年咱們國內(nèi)大量企業(yè)碰多一個很大的問題，就是人才短缺，尤其是有經(jīng)驗(yàn)的人更缺，我想請各位以后多考慮一下EDA工具，我們可能真正地幫你提升效率，節(jié)省人力，而且我們非常希望跟我們的客戶在一起，把你的產(chǎn)品優(yōu)化，讓它更智能化，大幅度提升你的生產(chǎn)力。
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先進(jìn)封裝這一塊，Cadence很早就有布局，我們很多年前就有封裝工具，業(yè)內(nèi)的封裝技術(shù)人員都會用到，我們跟很多朋友都在探討怎么樣去做好先進(jìn)封裝，做好系統(tǒng)級封裝，做好2.5D、3D設(shè)計，其實(shí)這里面有很多的挑戰(zhàn)，你把不同的芯片跟PC、封裝整合在一起，做設(shè)計，要考慮到里面的信號完整性、熱功耗、持續(xù)的收斂、物理驗(yàn)證等等，全部都是挑戰(zhàn)。講Cadence怎么解決這些挑戰(zhàn)之前，我想先舉幾個例子，最左邊的是把DRAM和SOC放在一起；第二種是通過Interposser把兩個TIV連接在一起，提升帶寬；真正超過摩爾的，我們認(rèn)為是用chip連節(jié)兩個TIV，它可以縮短連線，降低功耗，提升性能和帶寬，封裝尺寸也會顯著減小，大一點(diǎn)的面積也會減小，帶來的結(jié)果是，芯片良率提升，產(chǎn)品競爭力節(jié)出來了。
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Cadence這兩年做了很多這樣的案例，有一個原始是兩維的平面，里面有Mixed，有Original，Cadence有一個獨(dú)特的工具，它們連接，降低功耗。經(jīng)過三四年的研發(fā)，Cadence今年總算推出了，我們認(rèn)為這是一個劃時代的產(chǎn)品，是業(yè)界第一款真正意義上的一體化3D-IC設(shè)計開發(fā)平臺Integrity 3D-IC。為什么我說業(yè)界第一款呢，之前有很多方案，把每家公司不同的解決方案拼在一起。我們這個方案，里面全部都是我們的工具，有模擬、有數(shù)字，有PDB，有封裝，還有這兩年推出來的系統(tǒng)集仿真分析工具、多物理場分析工具，有3DEM、熱功耗、收斂分析，這個平臺會上升為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫工作。關(guān)于平臺技術(shù)詳細(xì)部分，明天上午我們公司有技術(shù)專家的專場報告，感興趣的朋友到時候可以現(xiàn)場交流。
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最終總結(jié)一下Cadence近幾年的戰(zhàn)略，這是在去年年初提出來的，強(qiáng)化我們在EDA這塊的核心競爭力，強(qiáng)化我們的芯片設(shè)計流程和IP，基于我們的強(qiáng)大的計算軟件能力，把它滲透到系統(tǒng)集仿真這一塊，去幫助我們的客戶，不光是做好你的芯片，甚至做好你的系統(tǒng)級的產(chǎn)品開發(fā)。最后一點(diǎn)，全面把人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)加持到我們所有的產(chǎn)品上，讓我們的方案變得更加的智能化。