重磅演講：持續(xù)推進(jìn)摩爾時代的IC設(shè)計藝術(shù)

2021 年 11 月 3 日，由 ASPENCORE 主辦的“2021 全球高科技領(lǐng)袖論壇 - 全球 CEO 峰會&全球分銷與供應(yīng)鏈領(lǐng)袖峰會”于深圳舉行。Cadence 公司全球副總裁、亞太及日本總裁石豐瑜（Michael Shih）先生受邀在本次峰會上為我們帶來了題為《持續(xù)推進(jìn)摩爾時代的 IC 設(shè)計藝術(shù)》的重磅演講。在演講中 Michael Shih 先生與我們分享了在摩爾時代不斷變化的背景下，IC 設(shè)計面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

改變世界的摩爾定律

Michael Shih 先生在演講中表示，我們的生活正在不斷地發(fā)生著革命性變化，20 萬年前和 200 萬年前的人類對比，人類擁有了智慧；2 萬年前和 20 萬年前的人類對比，有了部落和一些簡單的藝術(shù)；2000 年前和 2 萬年前的人類對比產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)、深層次、多維度的文化傳承；時間跨越到 200 年前，工業(yè)革命和電力的出現(xiàn)，對人們的生產(chǎn)生活更是有了里程碑式的變革；把時間推進(jìn)到 20 年前，我們逐步進(jìn)入智能時代。當(dāng)前時代的發(fā)展超乎我們的想象，這個世界將會變成什么樣？

1965 年 Gordon Moore 提出摩爾定律，這對當(dāng)時以及后續(xù)的集成電路發(fā)展有著十分關(guān)鍵的作用。嚴(yán)格地講，摩爾定律不是一個物理定律，而是一個觀察以后的結(jié)果，隨后從結(jié)果演變成一個預(yù)測，到現(xiàn)在我們每個人都在討論摩爾定律。并且從 1965 年到 2016 年如果粗略地計算，一個芯片上的晶體管數(shù)量增長了 170 億倍，產(chǎn)生的量級變化直接體現(xiàn)在我們?nèi)粘５膽?yīng)用上面。

摩爾定律放緩的原因以及后續(xù)的挑戰(zhàn)

對于摩爾定律的放緩，Michael Shih 先生有著自己的獨(dú)到見解。他表示：近幾年我們腦海里都有一個問題，“摩爾定律是不是要停止了或者我們已經(jīng)沒辦法跟上它的變化趨勢了？”從數(shù)據(jù)上可以看到摩爾定律的發(fā)展的確越來越難。我們生產(chǎn)一個芯片，必然要考慮芯片的大小。那結(jié)合圖中代表 Server 級別 GPU 的紅點(diǎn)和 Server 級別 CPU 的藍(lán)點(diǎn)，我們可以看到在過去芯片的大小距光罩的極限還有較遠(yuǎn)的距離，但是伴隨近幾年的發(fā)展已經(jīng)有慢慢要突破光罩極限的趨勢。

關(guān)于摩爾定律的放緩，Michael Shih 先生指出：芯片越做越小，塞的晶體管越來越多，遇到的問題越來越多。在不斷嘗試解決問題的過程中，我們會遇到各式各樣的問題，但是令人欣慰的是這些問題目前都得到了很好的解決。但與此同時成本問題凸顯出來，從圖中可以看到從 60nm 到 20nm，每一個工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管成本都在下降，但是在到達(dá) 20nm 后無論是從制程的角度還是 EDA 編程的角度，每一個工藝的晶體管成本都開始上升。對應(yīng)成本增加之后，我們要面臨的是有多少企業(yè)會去選擇這種制程工藝。

其中在 1990 年之前半導(dǎo)體幾乎服務(wù)于 To B 市場，在 90 年代之后開始 To C 應(yīng)用，隨后在 2016 年 To B 和 To C 都出現(xiàn)了，這時還出現(xiàn)了云計算。于是對于半導(dǎo)體的需求急劇增加，目前整個半導(dǎo)體行業(yè)都在享受這一波紅利，并且預(yù)計在 2030 年收益會翻番，同時也不再局限于 To B 或是 To C，迎接我們的可能是萬物互聯(lián)。出于人們對于美好生活的向往和需求會持續(xù)地增長，“摩爾定律”的生命也會延續(xù)下去。

Michael Shih 先生表示，“摩爾定律的延續(xù)主要依靠光刻、新的材料或者比較夢幻的構(gòu)架。在目前摩爾定律舉步維艱的背景下，芯片設(shè)計廠商、EDA 公司、晶圓廠必須緊密合作，從中萃取價值、減少冗余，將摩爾定律再往前推進(jìn)一、兩代?！?/p>

EDA 工具給摩爾定律帶來更多選擇

Michael Shih 先生說，摩爾定律帶來的復(fù)雜度與成本壓力是極具挑戰(zhàn)的。首當(dāng)其沖的是制造周期越來越長，設(shè)計效率越來越差。其次是對于半導(dǎo)體行業(yè)人才的培養(yǎng)，一代的人才培養(yǎng)需要時間和金錢。再者，相比 90 年代單一的晶體管的自身功耗，其他的功耗都不是問題。然而目前 CPU 的功耗就占據(jù) 49%。除此以外在 CPU 和 GPU 里面都有一個名為 Glitch Power 的新功耗問題。再者功耗的計算需要前置到 RTL 之前，以減少后續(xù)的一連串問題。Cadence 目前針對這一現(xiàn)象正在進(jìn)行研發(fā)，預(yù)計在未來幾個月會有一個方案幫助更多的客戶去解決問題。

利用工具替代人，從原來的一人一套變?yōu)橐蝗巳坠ぞ撸煤侠淼牧鞒毯头椒ㄕ撊プ龅劫Y源利用最大化。Cadence 可以幫助你選擇正確的方法，采用正確的流程。

演講的最后，Michael Shih 先生指出，Integrity 3D-IC 平臺讓客戶可以簡化多個小芯片的設(shè)計規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)和 3D 硅堆疊的分析，同時還可以優(yōu)化工程生產(chǎn)率以及功耗、性能和面積（PPA）。此外，該平臺具有與 Cadence Allegro 封裝技術(shù)和 Cadence Virtuso 定制 IC 平臺集成的協(xié)同設(shè)計能力，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的 3D 集成和封裝支持。

另外， Michael Shih 先生也參與了當(dāng)天的圓桌會議，并就以下幾個話題發(fā)表看法。

AI 技術(shù)的現(xiàn)在與展望

Michael Shih 先生表示，“從 AlphaGo 圍棋開始，我們對于 AI 的關(guān)注度開始上升。區(qū)別于 19*19 格的圍棋，AI 芯片設(shè)計是要復(fù)雜無數(shù)倍的。在芯片設(shè)計里面，沒有人可以保證在設(shè)計一個芯片是可以做到足夠的算力，并且面積夠小、功耗夠低。比如之前做了三代 CPU 產(chǎn)品的核心工程師很肯定地說自己的 GPU 產(chǎn)品是全球第一。但是三周之后我們用機(jī)器學(xué)習(xí)搭配 Cadence 的工具軟件，做到了芯片漏電降低 10%，芯片面積減少 3%。所有的 EDA 設(shè)計 IC 里面，都充滿了 AI 的可能性。我相信 AI 會是 EDA 的未來?！?/p>

系統(tǒng)級企業(yè)開始自己做芯片

無論是系統(tǒng)廠商還是互聯(lián)網(wǎng)廠商，進(jìn)軍半導(dǎo)體設(shè)計是一個必然的趨勢。Michael Shih 先生表示，競爭的加劇是促使這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因；同時設(shè)計廠商和系統(tǒng)端雙方無法達(dá)成共識，促使系統(tǒng)端在自己定義的時間內(nèi)推出自己的芯片，系統(tǒng)或者生態(tài)鏈，去創(chuàng)造更高的盈利。這些得益于生態(tài)鏈垂直分工，晶圓廠、現(xiàn)有 IP、EDA 公司構(gòu)成完整的生態(tài)鏈，就可以鼓勵其他行業(yè)做嘗試。除此以外，每個數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)公司如果想要快速地掌握自己的數(shù)據(jù)、算法、獨(dú)特的分析，就需要該方面做研發(fā)。

社會生活數(shù)字化轉(zhuǎn)型前瞻

Michael Shih 表示，全社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型原本是個不言而喻的大趨勢。疫情的因素起到了催化劑的作用，企業(yè)必須快速轉(zhuǎn)型以應(yīng)對更對的變化和不確定性。同時不僅局限在 EDA 行業(yè)，比如制造業(yè)同樣也在進(jìn)行數(shù)字化的探討，過去需要依靠老師傅的經(jīng)驗(yàn)積累來提升生產(chǎn)效率。未來我們需要建立數(shù)字模型來連接這些環(huán)節(jié)，以數(shù)字的形式把經(jīng)驗(yàn)傳承下去。

關(guān)于 Cadence

Cadence 在計算軟件領(lǐng)域擁有超過 30 年的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，是電子設(shè)計產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)導(dǎo)者?；诠镜闹悄芟到y(tǒng)設(shè)計戰(zhàn)略，Cadence 致力于提供軟件、硬件和 IP 產(chǎn)品，助力電子設(shè)計概念成為現(xiàn)實(shí)。Cadence 的客戶遍布全球，皆為最具創(chuàng)新能力的企業(yè)，他們向消費(fèi)電子、超大規(guī)模計算、5G 通訊、汽車、移動、航空、工業(yè)和醫(yī)療等最具活力的應(yīng)用市場交付從芯片、電路板到系統(tǒng)的卓越電子產(chǎn)品。Cadence 已連續(xù)七年名列美國財富雜志評選的 100 家最適合工作的公司。如需了解更多信息，請訪問公司網(wǎng)站 cadence.com。

編輯：jq