Chiplet技術(shù)給EDA帶來了哪些挑戰(zhàn)？

自從集成電路先進(jìn)制程演進(jìn)出現(xiàn)停滯的態(tài)勢，采用Chiplet新興設(shè)計(jì)方式的解決方案就迎來了井噴式發(fā)展。根據(jù)Omdia的預(yù)計(jì)，全球Chiplet市場將在2024年增長至58億美元，并在2035年達(dá)到570億美元。

Chiplet技術(shù)在延續(xù)摩爾定律、解決集成電路產(chǎn)業(yè)困局方面發(fā)揮了積極作用，對(duì)行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響。在推進(jìn)Chiplet技術(shù)上，不僅有微軟、Meta和谷歌這類創(chuàng)新企業(yè)，還有眾多的IP和EDA廠商。隨著中國原生的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)《小芯片接口總線技術(shù)要求》于2月13日正式實(shí)施，Chiplet技術(shù)迎來2.0時(shí)代，更多的EDA廠商關(guān)注到了這一新興技術(shù)帶來的巨大產(chǎn)業(yè)前景，那國產(chǎn)EDA準(zhǔn)備好了嗎？

Chiplet技術(shù)對(duì)芯片設(shè)計(jì)與制造的各個(gè)環(huán)節(jié)都帶來了劇烈的變革，首當(dāng)其沖的就是chiplet接口電路IP、EDA工具以及先進(jìn)封裝。其中，EDA是集成電路領(lǐng)域的上游基礎(chǔ)工具，貫穿于芯片設(shè)計(jì)與制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，是集成電路產(chǎn)業(yè)的重要支柱，間接撬動(dòng)了國內(nèi)萬億規(guī)模的新興經(jīng)濟(jì)體。

優(yōu)質(zhì)EDA驗(yàn)證工具是芯片廠商生存保障

從國產(chǎn)EDA軟件發(fā)展史來看，國產(chǎn)EDA軟件起步并不算晚，但中間停滯了近二十年，直到2018年海外EDA企業(yè)巨頭Synopsys、Cadence停止與華為合作，國內(nèi)EDA才真正從危機(jī)中意識(shí)到自我發(fā)展的重要性。歷經(jīng)數(shù)年摸爬滾打，在國家和地方相關(guān)政策的大力扶持下，國產(chǎn)EDA軟件提供商迎來了高速發(fā)展契機(jī)。

EDA軟件的關(guān)鍵作用之一是芯片設(shè)計(jì)仿真與驗(yàn)證。畢竟，幾次流片失敗就可能會(huì)讓一家芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司倒閉，高昂的IC設(shè)計(jì)成本使得EDA芯片仿真與驗(yàn)證愈發(fā)重要。芯片仿真與驗(yàn)證環(huán)節(jié)是個(gè)特殊的存在，就像一條支線，相對(duì)獨(dú)立但又與從需求定義到物理實(shí)現(xiàn)的這個(gè)過程是并行的，貫穿著芯片設(shè)計(jì)流程的始末，其存在的意義在于不斷地給設(shè)計(jì)或者實(shí)現(xiàn)過程提供迭代的關(guān)鍵意見，即仿真與驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)的性能不滿足、設(shè)計(jì)代碼功能bug、整芯片集成錯(cuò)誤等問題。把問題攔截在流片之前，這是規(guī)避成本風(fēng)險(xiǎn)的重要一環(huán)，也是EDA工具的重要意義。

芯瑞微執(zhí)行副總裁徐剛表示，多物理場仿真EDA軟件在如今IC設(shè)計(jì)中越來越重要，作為一種稀缺資源，優(yōu)質(zhì)的EDA仿真工具所具備的節(jié)省樣機(jī)測試時(shí)間、節(jié)省測試成本、可反復(fù)計(jì)算迭代等優(yōu)勢越來越被設(shè)計(jì)廠商青睞。

EDA仿真與驗(yàn)證伴隨著芯片設(shè)計(jì)的全過程，從創(chuàng)意開始一直到最后的芯片實(shí)現(xiàn)， EDA工具的開發(fā)存在較高的技術(shù)壁壘和準(zhǔn)入門檻，目前已經(jīng)成為研發(fā)工具成本占比最高的一塊，因此其突破對(duì)中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

Chiplet技術(shù)給EDA帶來的挑戰(zhàn)

IBS數(shù)據(jù)顯示，28nm制程SoC芯片設(shè)計(jì)成本為5130萬美元，制程上升至7nm后的設(shè)計(jì)成本高達(dá)2.98億美元，5nm芯片的設(shè)計(jì)成本更是躍升至5.42億美元。隨著芯片設(shè)計(jì)成本日益高漲，系統(tǒng)級(jí)芯片仿真與驗(yàn)證變得極其復(fù)雜，先進(jìn)SoC的設(shè)計(jì)壓力也呈指數(shù)級(jí)增長。

Chiplet技術(shù)是將不同工藝節(jié)點(diǎn)和不同材質(zhì)的芯片通過先進(jìn)的封裝技術(shù)集成在一起，通過Die-to-Die互連，以多元異構(gòu)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)Die間緊密耦合的性能，從而大大降低芯片的設(shè)計(jì)成本，提高計(jì)算能力。

巨大的機(jī)遇往往伴隨著新的難題。因?yàn)榘裇oc分成Chiplet,再靠先進(jìn)封裝把它整合起來的這一過程需要EDA工具提供全面支持，所以EDA工具配合Chiplet架構(gòu)的革新和發(fā)展面臨著非常大的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)EDA廠商對(duì)Chiplet的技術(shù)應(yīng)對(duì)

Chiplet架構(gòu)下的EDA廠商如何謀劃發(fā)展，徐剛指出，產(chǎn)品要從設(shè)計(jì)格式、設(shè)計(jì)端口以及一些跨尺度物理方法去應(yīng)對(duì)Chiplet帶來的挑戰(zhàn)。

過去芯片制程中并不常見多元異構(gòu)這個(gè)概念。因?yàn)楫?dāng)初芯片結(jié)構(gòu)沒有如今復(fù)雜，熱源沒那么多，所以在處理芯片散熱問題的時(shí)候，工程師更多地采用“平均”的方法，例如材料的平均、結(jié)構(gòu)的平均。但是，現(xiàn)如今Chiplet架構(gòu)下仍然采用平均的方法是行不通的。

徐剛表示，以熱的仿真為例，新的EDA要能夠進(jìn)入到Chiplet里面，用專業(yè)方法去把復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)按照材料和結(jié)構(gòu)的不同分別定義出來。

徐剛解釋，芯片制程中各個(gè)物理效應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)的干擾不是單獨(dú)存在的，比如電會(huì)帶來熱，熱會(huì)帶來應(yīng)力，同時(shí)環(huán)境中又有空氣流場，仿真軟件必須把整個(gè)環(huán)境中所有存在的因素都考慮進(jìn)去，一起導(dǎo)入到軟件中進(jìn)行建模，這樣才能得到最準(zhǔn)確的結(jié)果。

值得注意的是，芯瑞微的軟件產(chǎn)品針對(duì)多物理場仿真，并且可以進(jìn)行多場的耦合仿真。加入IPC2581是芯瑞微從生態(tài)角度出發(fā)的一次重要考量。芯瑞微仿真軟件要求統(tǒng)一制造格式和輸入標(biāo)準(zhǔn)，這樣做可以更好地和上游廠商配套合作。

Chiplet拉近了國內(nèi)外EDA廠商的起跑線

在目前技術(shù)架構(gòu)的重重挑戰(zhàn)下，Chiplet和EDA能否做到互相促進(jìn)、互相成就呢？針對(duì)這一問題，我們不難發(fā)現(xiàn)，很多新興的技術(shù)在問世之初，都會(huì)對(duì)原有產(chǎn)業(yè)格局帶來沖擊。如果固守原點(diǎn)，我們很容易得到一大堆難以解決的問題，甚至得出一個(gè)捉襟見肘的結(jié)論。但是如果我們站在發(fā)展的角度，這兩項(xiàng)技術(shù)一定是會(huì)互相成就。因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展的方向本來就具備螺旋式上升的特點(diǎn)。就如同大數(shù)據(jù)和人工智能，它們在剛剛興起時(shí)，也是互相鉗制的，但是發(fā)展到今天，應(yīng)該不會(huì)有人再懷疑這兩者的相得益彰和如虎添翼。

Chiplet的橫空出世給了進(jìn)入這一領(lǐng)域的EDA企業(yè)一個(gè)難得的窗口期。在這一新的領(lǐng)域，借由Chiplet這項(xiàng)新的技術(shù)，在一定程度上可以拉近國內(nèi)與國際先進(jìn)廠商的起跑線，這將給中國的EDA企業(yè)帶來加速趕超的良機(jī)。

“彎道超車”經(jīng)常被賦予各種新興技術(shù)，給人以振奮的精神，但同時(shí)也給人一種取巧的印象。然而，技術(shù)研發(fā)是沒有捷徑的。超車是靠實(shí)實(shí)在在的投入，經(jīng)歷時(shí)間、機(jī)遇、人才、技術(shù)、政策等多個(gè)維度的沉淀，才有可能迸發(fā)。Chiplet給EDA乃至整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)帶來的，實(shí)際上是一種新的方向。在這個(gè)方向上，國內(nèi)國外幾乎同時(shí)起步。這給了國內(nèi)廠商一個(gè)機(jī)會(huì)，可以在差距比較近的起跑線上開始這場比賽。

中國Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)起人和起草人郝沁汾表示，西方國家集成電路技術(shù)探索也是走過漫長的道路，對(duì)我國來說，該走的路還是要走，該吃的苦頭也還是要吃，但是在一些特殊的機(jī)遇和節(jié)點(diǎn)，比如Chiplet技術(shù)結(jié)合我國國情的大量使用，我國集成電路產(chǎn)業(yè)可以獲得高良率低成本、靈活的芯片架構(gòu)、超越光罩極限，甚至未來實(shí)現(xiàn)芯粒貨架化從而革新整個(gè)芯片設(shè)計(jì)模式等好處，而最終芯片的使用客戶會(huì)獲益，這在某種程度上補(bǔ)償了西方在先進(jìn)制程技術(shù)方面對(duì)我們國家的限制。

面對(duì)Chiplet的發(fā)展給EDA帶來的挑戰(zhàn)，技術(shù)、人才、工具生態(tài)的諸多方面，國內(nèi)EDA廠商正蓄勢待發(fā)、迎難而上。今年，中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟CCITA將牽頭組織聯(lián)盟企業(yè)成員進(jìn)行面向chiplet 的EDA工具和先進(jìn)封裝技術(shù)方式的標(biāo)準(zhǔn)制訂，EDA技術(shù)的升級(jí)必將與Chiplet一同形成相輔相成、競相發(fā)展的新局面，使我國的EDA產(chǎn)業(yè)變得強(qiáng)大。

編輯：黃飛

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