2022芯片设计的趋势:验证重于设计、Chiplet、上云...|专访西门子EDA全球副总裁凌琳

EETOP 2022-01-06 12:15

EDA不仅集成电路设计“卡脖子技术”,也是芯片制造行业不可或缺的关键技术。有分析文章表示,中国要发展EDA产业,可重点突破成熟工艺节点的芯片设计EDA全流程覆盖。然而,实现全流程覆盖所需要研发和储备的EDA工具如此之多,即便是当下EDA三大巨头,都只是在各自的优势领域做强做大,也都做不到全产业链通吃。此可见,要实现全流程覆盖,谈何容易!

 


近日,EETOP专访西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳凌琳表示:近年来,市场对EDA软件厂商提出的要求越来越高,一方面是先进工艺节点面临的新挑战新问题需要解决,另一方面是面向汽车领域的机械电子电气以及嵌入式软件等协同设计和多物理场仿真需求需要得到满足。西门子EDA一直在不断地自我修炼,现在依靠西门子集团强大的财力,兼并收购在完善传统EDA的产品线,实现EDA跨越领域的扩张两个方面齐头并进,获得了飞快的发展,以帮助我们的客户迎接未来各种挑战。”

 

纵观EDA三大巨头过去三十多年的发展历程,不难发现,“研发持续投入资金,并重点打造拳头产品”一直以来都是他们的首要原则。EDA公司的持续发展永远不能止步于一时的技术领先,需要前瞻性地正确地预判到行业的未来发展趋势及市场需求,并持续地前瞻性进行大笔的研发投资,才有可能带来一次又一次技术创新和商业上的突破。

芯片设计的未来之路

伴随着集成电路产业的高速发展,其设计和生产的复杂程度已经空前提高。EDA工具作为集成电路设计和制造流程的支撑,是集成电路设计方法学的载体,同时也是连接设计和制造两个环节的纽带和桥梁,其细分领域越来越繁多,技术迭代速度越来越快。

 

趋势一:验证需求更大

 

过去十年中,验证成本的增长速度远高于设计成本。在EDA出现之前,开发者必须手工完成集成电路的设计、布线等工作,之后工业界开始使用几何光学方法来制造掩模版。到了七十年代中后期,开发人员不再满足于自动完成掩膜草图,开始尝试将整个设计过程自动化。八十年代,随着VHDL、Verilog、以及Simulator的出现,IC设计与仿真开始有规范化的硬件描述语言和标准。而近年来,一方面,受摩尔定律放缓的影响,芯片设计方法学出现了根本性的改变。SoC以及Chiplet开始取代ASIC的设计方法不断演进。另一方面,人工智能、5G、边缘计算、自动驾驶等新兴技术及应用需求也对芯片设计带来了全新的挑战,包括工艺要求的提升、应用场景的多样化、整体设计规模及成本不断攀升等等。

 

凌琳分享说,其实早在2003年左右,当时的Mentor Graphics就提出:无论是人力还是资源,将来IC验证要比IC设计需求量更大。业内也有数据表明,将来IC设计中,70%都是与验证相关的。事实证明,这并非危言耸听,而是高瞻远瞩的预见。

 

凌琳认为,无论是先进工艺尺寸越来越小的芯片,还是复杂度和规模都越来越大SoC,成本都节节攀升。芯片设计公司无法容忍研发的不成功,尤其是初创公司,更是不可能承受多次流片失败之重。在当前整个IC设计中,设计的验证工作量和覆盖面已经变得越来越重要,它不仅要求能够可以帮助客户从模块设计到整个SoC的设计进行功能验证仿真,还必须实现将来进入哪些子系统或更复杂系统的软硬件协同验证、复杂应用场景的功能性验证等等。

 

验证涵盖的面要非常广。首先是虚拟仿真环节,通过仿真芯片中的各种IP进行性能评估,提早发现问题并指导设计方向,从而可以大幅缩短IC设计的整体研发时间;之后,SOC逐步完善成型,需要硬件加速仿真器进行辅助调试;随着芯片设计的不断完善,还需要进行功耗和性能的预先评估,甚至需要把软件工作负载导入到硬件加速仿真器上进行评估;最后,当开始应用层软件需要实验性测试时,还需要用复杂的FPGA原型测试系统进行软硬件协同仿真。

 

当前,大部分IC验证还只是处在对整个SoC的验证。也有业界同仁倡导,设计的时候可以用更高阶的语言如C、C++、System C来编写,实现更完美的一些功能。凌琳表示,随着日益复杂的芯片验证和软硬件系统协同开发的迫切需求,验证确实需要更高阶的验证方法,西门子EDA在功能验证工具演进方面,一直都处于业界领先的地位,并且一直致力于将更多跨领域的知识融合、集中在一起,助力客户加速芯片的设计、验证。西门子EDA今年隆重推出的一系列Veloce硬件加速仿真系统产品,就是将虚拟平台(Virtual Lab)、硬件加速仿真(Accelerator & Emulator)和FPGA原型验证(Prototyping)技术融于一身,在一个平台上实现全流程硬件验证,是业界首个完整的集成式解决方案,为硬件加速仿真单一平台化开创了一个全新的EDA方法。


趋势二:Chiplet

 

在后摩尔时代,由“摩尔定律”驱动的芯片集成度和复杂度持续提升将为EDA工具发展带来新的需求,其中Chiplet 被认为是后摩尔时代继续提升芯片规模和密度的重要技术之一。Chiplet其实就是多个芯粒通过先进的封装技术形成的 SiP。它将不同工艺节点和不同材质的芯片通过先进的集成技术(如3D集成技术)封装集成在一起,形成一个系统芯片,实现了一种新形式的IP复用。这一过程需要EDA工具提供全面支持,促进EDA技术应用的延伸拓展。

 

凌琳非常认同Chiplet是未来芯片发展非常重要的一个技术,它是芯片技术往更宽泛应用、更高效能方向发展的必然选择!据介绍,从EDA的角度,西门子EDA已经做了很多技术准备,而且跟很多业界一流厂商都已经成功做出过样片。不过,Chiplet的发展仍缺乏统一的规则,包括测试验证、封装等规则,尤其是互联的规则。目前,Chiplet还在演进的过程中,只有越来越多的芯片设计公司开始用Chiplet来做设计的时候,才会促使整个生态更成熟更稳定。但毋庸置疑的是,Chiplet是未来非常值得期待的一个方向。

 

趋势三:EDA上云

 

芯片设计上云是当前IC设计的另一个重点方向。云上EAD也首当其冲,成为热点。凌琳解释说:“业界有一个误解。一直说上云,其实不是上云,而是用EDA技术,加上云计算的能力,以及数据中心的能力,来加强EDA对支撑芯片企业设计和制造的过程。”

 

EDA是芯片设计中最底层也是最关键的技术,它一端连接着创新严谨的IC设计师,另一端则连接着日新月异的数字世界。我们正走向数据爆炸的时代,芯片的技术架构也跟随着市场的需要在不断转变,从云转到边缘计算会有一个爆炸性的增长。从云到端,所有的节点,对于计算的算力性能或者是功耗是不一样的。凌琳认为,当前我们需要解决的问题是如何用更大的算力来支撑更庞大规模的设计、运算、仿真,这些相应的需求,对于IC设计和制造的上下游来说,是最需要解决的问题。行业迫切需要真正解决最高峰值算力的软硬件解决方案,并希望可以灵活采用、快速部署。这是当前要解决的问题,也是将来的必然趋势。

 


“云上EDA”融合了EDA技术与云端运算性能和存储优势,能解决大型芯片设计面临的算力缺口问题,为开发者提供价格便宜的、实时可用的算力,且研发环境部署简单快捷、高度协同,还可获得专家实时响应和支持。一直以来,半导体的芯片设计,尤其是IP,对任何公司都是非常宝贵的。他们不希望被人以任何方式盗取其中的核心知识产权。也是基于此,大多数芯片公司都倾向于采用私有云。这就带来一个新的挑战,即如何有效控制成本效益?

 

如何真正实现云上EDA的广泛使用,确实仍是业界同仁共同努力的方向。基本上大多数大型的EDA公司都有各自的部署方式,不过大体都是围绕如何解决峰值算力的解决方案。西门子EDA目前已经比较行之有效的方式是,在全球范围内,与大型云服务商、联盟一起合作,包括中国的一些特殊的云服务商,为客户提供定制化的解决方案,尤其是某些客户特别大的设计挑战。

 

在云服务领域,重视生态合作,对EDA公司来说,尤为重要。凌琳介绍说:“西门子EDA已经深度参与到整个生态的构建。单说芯片还是有点小,我们更是看到来很多超越芯片的应用。西门子EDA不仅要往深度挖掘机会,更在向宽泛的广度进行探索。我们将继续深化与合作伙伴的协同发展,致力于为半导体产业带来更高效、更安全、更可靠,并且灵活度更高的云端解决方案!”

70余次并购,成就今天的西门子EDA


通过持续的兼并收购来迅速补全领先产品,进一步延伸其它产品线,是EDA产业发展的常态。据不完全统计,自EDA于上世纪八九十年代发展至今,整个产业发生的并购案总量不少于300例!作为EDA三大巨头的西门子EDA,一直秉持以自主创新为主并购扩张为辅的技术发展路线。

 

西门子EDA的前身是Mentor Graphics,是西门子于2016年花45亿美元收购而来。凌琳表示:“从满足客户的角度说,我们的肩膀变得更加宽阔了!”据了解,自Mentor Graphics成立至今,到今天的西门子EDA,先后进行了70余次企业兼并与收购。

 

自收购之后,Mentor Graphics就成为西门子数字化工业软件的一部分,双方自此走向强强联合的道路,不仅EDA销售额逐年提升,全球市占率也逐年提高。凌琳介绍,自并入西门子之后的这5年左右的时间,西门子已经收购了七八家公司并入西门子EDA,进而进一步拓宽EDA产品的覆盖面,赋能更多应用场景,2021年更是大丰收的一年。

 

2021年的4次EDA收购案

 

2021年5月,西门子EDA收购IP确认解决方案供应商Fractal Technologies

Fractal的产品包括一套完整的IP验证和比对检查组件,应用于芯片代工厂、IP供应商、集成组件制造商,以及无芯片厂半导体公司,通过提供高品质和完整的设计数据来加速投片时间并提升芯片结果。据悉,收购后,西门子EDA计划把Fractal的技术带到Xcelerator产品组合,成为EDA IC验证产品组件的一部分。此外,Fractal产品将纳入Solido软件产品系列。Solido的机器学习技术可使IP从成熟技术实现到先进的尖端制程节点时,克服设计可变性和单元库验证的困难。

 

现今的半导体设计团队正寻求各种可能的方式,力求尽快把先进、高品质的SoC推向市场。借由收购Fractal Technologies,可以协助西门子EDA的客户更快、更容易验证集成电路(IC)设计中使用的内部和外部IP及单元库,进而提高整体品质并加快产品上市进程。

 

2021年5月,收购Supplyframe

Supplyframe是一家在电子供应链进行布局的美国电子制造的信息服务商。此次收购,通过软件及服务(SaaS),不仅大大增强西门子EDA在电子设计自动化(EDA)和印刷电路板(PCB)领域的设计能力,同时也助力西门子EDA提高敏捷性,并基于全面的信息做出高度明智的决策,从而帮助客户降低成本。

 

2021年6月,收购proFPGA原型验证解决方案

通过此次收购,西门子可以将用于实验室和桌面环境的可扩展、高性能原型验证平台更完整地集成到 Veloce 硬件辅助验证系统中,进一步增强了西门子EDA的 Veloce Primo 企业级 FPGA 原型验证系统和 Veloce Strato+ 硬件加速仿真解决方案,助力西门子EDA在统一的软件编程模型下能全面满足客户对于快速验证周期的需求。

 

2021年9月,收购OneSpin Solution

OneSpin Solutions 总部位于伦敦,是一家领先的形式验证软件供应商,致力于帮助用户确保集成电路(IC)的完整性,实现功能正确、安全、可信且可靠的IC设计。OneSpin的Quantify解决方案为形式验证提供了精确、准确的验证覆盖率测量,是市场上独树一帜的高精确度、卓越性能解决方案随着OneSpin Solution的加入,为西门子EDA带来功能强大的IC完整性验证解决方案和卓越的技术知识,以及广泛的自动化形式验证应用组合。



写在最后
EDA市场长期被国外三大巨头垄断国产EDA虽然发展的较早但是由于多方面原因并未得到长足发展近年来随着集成电路产业上下游协同显著增强国家和市场对国产EDA行业的重视程度不断增加国产EDA迎来了重要的发展机遇我们期待EDA行业巨头中也能有国产的身影



2021年1月,西门子将Mentor Graphics更名为Siemens EDA。坐拥西门子丰厚财力之后的Mentor Graphics,也就是现在的西门子EDA,从2016年至今,产品覆盖面得到大幅度的提升。之前,Mentor更多地是关注电子和芯片,并入西门子之后,向内可以提供更全面包括机械电气、嵌入式软件的和电子的更宽泛的平台,以及可以将各个子系统,超级系统串联到一起的综合解决方案;向外,可以把微观芯片集成到更大的印刷电路板上,同时对系统、机械系统都能提供跨领域的仿真。


EDA市场长期被国外三大巨头垄断,国产EDA虽然发展的较早,但是由于多方面原因,并未得到长足发展。近年来,随着集成电路产业上下游协同显著增强,国家和市场对国产EDA行业的重视程度不断增加,国产EDA迎来了重要的发展机遇。我们期待,EDA行业巨头中,也能有国产的身影!


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