中国芯片设计:云技术篇

智能计算芯世界 2021-09-29 00:00



在半导体行业中,芯片设计公司无疑是行业产业链的上游业态。根据魏少军教授的报告,中国目前芯片设计公司大约有 2000 家左右,这 2000 家左右的芯片设计企业,营业收入超过 1 亿元的不足 100 家,有超过 90% 处于初创期。每一颗芯片设计研发过程是一个需要 2 到 3 年技术积累和自我迭代的漫长过程。对于芯片设计企业或团队来说,需要五个内部的或外部的技术支持角色,给予芯片设计团队专业的和长期的技术支持,这种支持将伴随整个芯片的开发和迭代过程。



这五个技术支持角色缺一不可,然而对于中国半导体目前的发展阶段来说,大多数中小企业这五个方面的技术支持资源还是比较稀缺的。


IP 的初期投入很高,主要包括 IP 的研发投入(包括芯片设计的人力成本,IT/CAD 系统及 EDA 费用等)、为了验证 IP 功能与性能的投入(包括芯片代工厂的流片与 IP 的测试费用等),以及拓展市场的商务投入。


IP 业务的收入主要包括:授权金(license fee)与版税(royalty)两个部分。授权金一般在 IP 授权确定时预先支付,版税在使用 IP 的芯片设计公司项目量产时收取,一般按照加工晶圆价格的一定百分比收取(一般不超过 3% 的晶圆价格)。


IP 的商务需求主要是由芯片设计公司与芯片代工厂主导的。芯片设计公司除了自己的设计之外,会需要大量的标准单元库,各类存储器以及 CPU,DSP 和高速接口类型的 IP,这种需求会与 IP 供应商和芯片代工厂直接讨论。另一方面,芯片代工厂为了方便客户的项目设计并进一步增加自己工艺平台的吸引力,也会直接与 IP 供应商合作,布局和完善工艺平台上的 IP 种类。


IP 业务前期研发投入大,验证周期长,客户定制化需求多,研发阶段结束后由于 IP 市场竞争的关系价格端也会遭遇类似摩尔定律的价格下降,导致如果 IP 不能尽快多次出售,可能无法覆盖研发成本的被动局面。这将进一步导致没有足够的投入到新的 IP 研发中,造成 IP 业务的恶性循环。从投入产出比的角度来看,如果 IP 研发出来后不能够多次复用或者从客户的成功量产中获得一部分的版税(royalty)收益,从商务模式上看确实是一门难做的生意。相比于整个芯片销售来说,IP 的营业额也相对有限,这也是国内资本市场对 IP 业务投入比较谨慎的一个原因。



通常晶圆厂为客户提供基础工艺库文件为 PDK (Process Design Kit) , 而 PDK 一般会包含 “Pcell (Parameterized Cell, 参数化单元 ),Layout Techfifiles, Spice Models, 及 PV Rule ( 物理验证规则 ) 文件(DR / DRC / LVS, Parasitic Extraction)” 等各种文件,PDK 是晶圆厂用本生的语言所定义的能反应Foundry 各种工艺的文档资料;正是由于 PDK 及相关设计文件的重要性,所以 Design House 如何能及时向 Foundry 申请并得到正确的设计文件对设计公司开展新的芯片项目设计就十分关键了。



对于晶圆厂,因为 PDK 及相关设计文件代表 Foundry 的技术核心所在,目前各不同Foundry 在先进技术节点的技术竞争又十分激烈,所以晶圆厂对本身的设计文件的管控都有十分严格的规定和完善复杂的审批流程,这也导致中小型的设计公司往往需要经过较为繁琐的申请手续才能够得到晶圆厂提供的完整设计文件。


在集成电路设计工作中,CAD 服务是连接芯片设计工作和 IT 基础架构重要环节。CAD 管理工作的目标是为了通过在合理的 IT 基础架构上,优化 CAD 体系中的六大板块,以提供芯片设计工作得以高效顺利进行的管理体系。CAD 管理的范围包括以下六个模块:



CAD 管理工作不仅要关注本身的六个模块,还需要深入了解芯片设计本身的要求,以及现有 IT 基础架构的具体情况,包括架构、容量、运行状况等。


芯片设计公司的设计环境由 IT 基础架构以及基于 IT 基础架构的 CAD 技术构建而成,是支撑芯片设计工作顺利进行的基础技术平台。



以云计算为 IT 基础底层,整合行业核心资源,打造统一的芯片设计云平台,集成包括:IT 基础架构层与技术服务、CAD 管理与技术服务、EDA 资源池与技术服务、IP 资源池与技术服务、PDK 资源池与技术服务等五大技术支持平台的整合型设计生态云平台。设计、EDA、IP、PDK 在云计算平台上可以各自成云,彼此安全隔离,数据共享可追溯,上传下载加密,形成安全高效的生态设计环境。


基于云计算的 IT 架构包括 IaaS 层、PaaS 层、SaaS 层,分别管理物理层资源、物理资源敏捷运维、应用层资源以及应用层资源自助管理。



在设计生态云平台上,安全高效地整合了芯片设计开发所需的全部技术支撑,可以做到对众多芯片设计企业的平台化支持,帮助他们可以短时间内拥有更快更标准统一化的研发平台,从而帮助他们更为容易地加快芯片开发与迭代速度,为产品上市赢取时间。通过设计生态云统一化的平台,更多的 IP、PDK 和 EDA 资源可以快速汇集、并提供统一的技术支持窗口,这也能对国内 EDA 工具及 IP 的发展起到非常好的促进作用。


在设计生态云技术架构详解章节详细介绍系统拓扑设计、云计算基础架构层、设计云管理平台、平台安全方案等内容,请参考“中国芯片设计云技术白皮书”。


下载链接:中国芯片设计云技术白皮书

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