EDA如何助力3D IC異構(gòu)集成

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/黃晶晶)每年ICCAD上EDA公司都會帶來最新的技術產(chǎn)品和洞察，今年也不例外。在中國集成電路設計業(yè)2021年會(ICCAD2021)上，國內(nèi)外EDA企業(yè)談論最多的話題莫過于EDA的智能化、EDA上云以及如何適應芯片異構(gòu)集成、系統(tǒng)公司研發(fā)芯片等趨勢。數(shù)家EDA公司高管在接受包括電子發(fā)燒友網(wǎng)在內(nèi)的媒體采訪時，就這些話題也進行了深入的分析和觀點分享。

AI不是萬能的，但可以加速EDA工具的效率

AI盡管向各行各業(yè)滲透并且?guī)砹烁淖?，不過這并不意味著AI能夠代替人工，在如何推進EDA實現(xiàn)智能化方面，受訪專家們的共識是EDA應用AI是必然趨勢，而AI起到了加速和輔助作用。

新思科技(Synopsys)幾年前推出的推出業(yè)界首個用于芯片設計的自主人工智能應用程序DSO.ai，能夠幫助開發(fā)者在芯片設計的巨大求解空間里搜索優(yōu)化目標，該解決方案大規(guī)模擴展了對芯片設計流程選項的探索，能夠自主執(zhí)行次要決策，幫助芯片設計團隊以專家級水平進行操作，并大幅提高整體生產(chǎn)力。中國區(qū)副總經(jīng)理許偉認為，AI正在向EDA設計領域滲透，但這不意味著AI可以自主設計芯片。AI強大的算力和算法只能作為輔助功能，將一些瑣碎的需要手工反復操作的環(huán)節(jié)進行轉(zhuǎn)化，但在關鍵選擇與判斷上還是需要人工進行。AI解放人的生產(chǎn)力，但不能取代人。

國微思爾芯專注于數(shù)字驗證EDA領域，國微思爾芯資深副總裁林鎧鵬表示近幾年AI芯片客戶多，較傳統(tǒng)芯片AI芯片的迭代更快。通過AI進行分布式運行、矩陣式解決方案，可更快地獲得驗證結(jié)果，可以說AI有助于在特定領域快速的獲得結(jié)果，加速數(shù)字驗證。另一方面，通過機器學習、AI算法來提升EDA工具和軟件和性能，例如數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)分割、時序、收斂等。國微思爾芯內(nèi)部的算法專家、科學家以及在與學術界、高校的交流都在推進AI為EDA所用。

此外，在這兩年系統(tǒng)更復雜的大型芯片成為趨勢下，對于仿真驗證提出更多要求。比如多個切割構(gòu)建的3D封裝系統(tǒng)，多個NPU、CPU協(xié)作的系統(tǒng)，驗證的復雜性和挑戰(zhàn)性變大。就需要通過系統(tǒng)建模、分布式計算或集群的算法等方式進行驗證，以此提高驗證效率。

成立于2020年初的國產(chǎn)EDA公司芯華章科技，專注前端數(shù)字驗證，2021年發(fā)布了四款數(shù)字驗證工具，包括前端的邏輯仿真、形式化驗證、智能驗證以及FPGA原型驗證系統(tǒng)這四款產(chǎn)品，芯華章科技立足國內(nèi)市場，面向國際，力圖在數(shù)字EDA驗證領域做出更多創(chuàng)新。

芯華章產(chǎn)品和業(yè)務規(guī)劃總監(jiān)楊曄認為，芯華章正在朝著EDA 2.0階段的平臺化、智能化的目標前進。芯華章切入數(shù)字驗證EDA產(chǎn)業(yè)鏈，它其實不是一個點，而是互相之間緊密聯(lián)系的面?！拔覀兺瞥龅漠a(chǎn)品在數(shù)字驗證上形成了一個平臺，例如邏輯仿真和形式化驗證是數(shù)字驗證當中的動態(tài)仿真和靜態(tài)仿真這兩個核心功能，它們互相補充，互相配合。同時，智能化驗證工具從需求和架構(gòu)出發(fā)，與動態(tài)仿真、邏輯仿真工具配合。芯華章的FPGA原型驗證系統(tǒng)，也是動態(tài)仿真和系統(tǒng)級驗證的重要工具?！睏顣媳硎尽?/p>

與現(xiàn)有廠商工具不同的是，芯華章本次新發(fā)布的這四款產(chǎn)品以面向未來發(fā)展、面向數(shù)字化系統(tǒng)的智能化設計流程為目標，融合人工智能、云原生等技術，對EDA軟硬件底層框架進行自主創(chuàng)新，從用戶界面、調(diào)試功能到數(shù)據(jù)格式均具備統(tǒng)一性，其底層編譯技術和對新型ARMrm架構(gòu)服務器的支持上也全部采用統(tǒng)一框架。

EDA上云趨勢所在，需解決商業(yè)模式、信息安全等問題

在新思看來， EDA上云本質(zhì)上是云架構(gòu)與EDA流程的結(jié)合，需要打通PAAS、SAAS和IAAS等不同的架構(gòu)層，讓EDA適用于任何云服務平臺，且在使用上貫通芯片設計的全流程。當前的趨勢是，越來越多的公司從建私有云到建公有云，適應大數(shù)據(jù)和算力的設施部署逐漸增多，新思很早就與微軟展開合作，在微軟Azure上運行的IC Validator物理驗證解決方案在不到9小時的時間內(nèi)，完成了對AMD Radeon Pro VII GPU(包括超過130億個晶體管)的驗證。當前，新思也在積極準備多樣化的產(chǎn)品支持EDA上云，滿足客戶的不同需求。

國微思爾芯林總認為，EDA上云對于中小型芯片設計公司將會有很大的幫助。EDA無論是設計或是驗證對算力的需求非常大，中小公司難以承受，通常是以時間換金錢，如果有更好的云解決方案，例如采用私有云、公有云混搭的方式來提供合理的解決方案，將讓初創(chuàng)公司、中小型芯片公司受益。

不過，信息安全、數(shù)據(jù)安全，以及合理的許可費商業(yè)模式，比如按時間、算力云收費，是否跟原來以年為單位賣license的商業(yè)模式有沖突呢。這些問題都是EDA上云值得思考的。

楊曄則認為，目前出于技術、工程以及客戶需求等原因，真實在云上做EDA的并不多。不過，云端對于EDA工具的彈性算力非常有幫助，因此芯華章未來推出的與上云相關的工具和服務也會幫助客戶更好地利用云端的彈性算力，同時也幫助云廠商更好地對接芯片廠商。

對于國內(nèi)EDA廠商間的協(xié)同，楊曄表示，行業(yè)還是要做得更加開放，需要能夠從數(shù)據(jù)、功能接口、標準化上提出更多自己開放的內(nèi)容與統(tǒng)一標準，才能在跨度復雜的EDA工具鏈上實現(xiàn)由點到面發(fā)展，給用戶和下游產(chǎn)業(yè)帶來更多的價值。芯華章的產(chǎn)品正盡量做到開放，例如FPGA平臺的硬件接口是開放的，用戶可以根據(jù)開放的接口或第三方定制來拓展子卡，這樣的子卡跟芯華章的軟件搭配，可以實現(xiàn)不同行業(yè)領域的FPGA原型界面系統(tǒng)。軟件上也會開放更多的數(shù)據(jù)標準，對接現(xiàn)有行業(yè)標準的數(shù)據(jù)格式。同時，芯華章也會積極參與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同推進實現(xiàn)國產(chǎn)EDA開放和協(xié)同的目標。

EDA如何助力3D IC異構(gòu)集成

西門子EDA全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理凌琳介紹說，作為全球三大EDA工具廠商之一，西門子最早在臺積電的CoWoS和InFO封裝技術中提供解決方案。當時基于板級或硅基的2.5/3D堆疊，西門子EDA第一時間延展出相應的工具解決新的驗證難點 。其中包括 Xpedition 系列的 XSI 和 XPD，并基于golden signoff Calibre平臺的3DStack，其后又為3D堆疊測試推出了 Tessent 3DIC DFT解決方案。

西門子在3D-IC合作上，多次獲得臺積電 Partners of the Year獎項。今年，三星 SAFE (Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 獎項，西門子的高密度先進封裝(High Density Advanced Packaging) 設計流程亦取下了Best Innovation Award。如今，多芯片設計越來越重要， EDA工具必須先行先試，在早期就與Foundries合作定義這樣的多芯片異構(gòu)集成EDA參照流程，這樣才能夠為整個半導體行業(yè)做出更大的貢獻。

3D IC也是新思部署的重點。許偉表示，3D IC是延續(xù)摩爾定律有效的途徑之一，過去幾年只停留在戰(zhàn)略宣傳，如今需求已經(jīng)真實爆發(fā)。它有三大典型場景，一是高性能計算，目前大量用到高帶寬的HBM存儲芯片，由于它還不是獨立的芯片因此需要堆疊的替代方案。第二是針對GPU、NPU這類先進的7nm5nm芯片的接口，基本上在12納米會有更好的性價比，因此不同工藝節(jié)點的芯片需要放在一個封裝當中。第三是網(wǎng)絡芯片規(guī)模大、對性能和功耗要求高、IP核復雜等，3D封裝能從系統(tǒng)層面讓芯片方案具備更多的靈活性。

新思從3D IC的單點工具出來，逐漸豐富了架構(gòu)、IP、封裝等技術工真，形成了統(tǒng)一的計算平臺3D IC Compiler，3DIC Compiler基于新思科技的Fusion Design Platform、世界級引擎和數(shù)據(jù)模型，在單一用戶環(huán)境下提供一個綜合性的端到端解決方案，具有針對先進多裸晶芯片系統(tǒng)設計的全套功能，令芯片設計開發(fā)在統(tǒng)一環(huán)境下通過可視化功能展現(xiàn)的2.5D/3D封裝直觀環(huán)境，邊分析邊設計，以此提高生產(chǎn)力。

在中國市場，新思科技與國產(chǎn)EDA行業(yè)的領軍企業(yè)芯和半導體推出3DIC先進封裝設計分析全流程”EDA平臺，通過集成新思科技3DIC Compiler與芯和Metis減少3DIC的設計迭代并加快收斂速度，幫助封裝設計和異構(gòu)集成架構(gòu)設計方面不斷實現(xiàn)創(chuàng)新。

系統(tǒng)級平臺是EDA未來方向

我們看到，無論是近幾年西門子EDA不斷的收購，還是新思、Cadence等EDA巨頭對平臺資源的整合，他們無一不是進行著平臺化的動作，這也預示著EDA未來的發(fā)展方向。

許偉表示，EDA設計的復雜度體現(xiàn)在從過去的單點物理性能指標的優(yōu)化，轉(zhuǎn)移到以系統(tǒng)和應用角度出發(fā)，對整個系統(tǒng)架構(gòu)、軟件、設計到設施甚至生命周期管理的整合，這一設計趨勢讓芯片產(chǎn)業(yè)成為未來數(shù)字產(chǎn)業(yè)的核心技術。因此，新思在過去幾年對軟件語言例如像C、C++、Python、Java等都進行了投資，如今許多系統(tǒng)級公司不僅使用新思的EDA、IP，也使用軟件安全和硬件系統(tǒng)，也就是通過系統(tǒng)合力來解決應用問題。

數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)oundries客戶群體中系統(tǒng)公司每年的年復合增長率為70%，未來重大的芯片客戶可能不再是傳統(tǒng)的Fabless，而可能是系統(tǒng)公司。凌琳表示，芯片SoC只是系統(tǒng)當中的子系統(tǒng)、超級系統(tǒng)的一部分，因此就需要EDA公司提供更加豐富的平臺化產(chǎn)品作為支撐。西門子數(shù)字化工業(yè)軟件不僅有EDA，還有生命周期管理工具、流程管理、機械仿真、熱分析，以及線束線纜等。當Fabless客戶需要提供的數(shù)據(jù)算力越來越高，當系統(tǒng)公司需要提供的解決方案是System of Systems時，軟件工具需要持續(xù)創(chuàng)新以支撐做更復雜的更多樣化的設計，這也是西門子一直努力的方向之一。

西門子EDA同時高度重視高抽象層次的設計和驗證。凌琳認為，傳統(tǒng)上用RTL寫代碼，將來用RTL的佔比會越來越少，我們盡可能用C、C++、System C這種更高階的語言，更多的RTL工作交給工具和IP供應商去完成，通過引入高階綜合方法來做AI算法，它比編碼工程師寫RTL代碼更快。西門子數(shù)字化工業(yè)軟件將會創(chuàng)新一個抽象層次更高、更貼近于系統(tǒng)級高階綜合的平臺解決方案，以更智能的方法更高效率地為芯片設計公司服務。

在這方面，國內(nèi)EDA公司也有自己的探索。楊曄表示，2021年芯華章打造出具備平臺化、智能化、云化底層構(gòu)架的解決方案，正式發(fā)布智V驗證平臺 (FusionVerify Platform)，擁有“協(xié)同、易用、高效”三大優(yōu)勢，能讓工具帶來1+1>2的驗證效益，有效地解決產(chǎn)業(yè)正面臨的兼容性挑戰(zhàn)，以及數(shù)據(jù)碎片化導致的驗證效率挑戰(zhàn)。

原文標題：EDA最熱話題：EDA+AI、云、3D IC，大咖們怎么看?

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審核編輯：湯梓紅