如何能讓自己的芯片變得更有競(jìng)爭(zhēng)力

芯片設(shè)計(jì)，某種程度上越來(lái)越同質(zhì)化。設(shè)計(jì)軟件，無(wú)非是那兩三家EDA公司，工藝，無(wú)非那幾個(gè)晶圓廠。IP，例如cpu，主要是ARM core。用到的庫(kù)，也基本上都是由晶圓廠推薦或者提供。如果是拼算法，拼生態(tài)，我們的競(jìng)爭(zhēng)力和美西方還有一定的差距。目前來(lái)看，很多國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司的發(fā)力點(diǎn)在于，如何讓已經(jīng)成熟的芯片，變得功耗更低，面積更小，或者性能更好。

盡管國(guó)產(chǎn)替代是趨勢(shì)，芯片采購(gòu)方也足夠的動(dòng)力來(lái)使用國(guó)產(chǎn)芯片，而如果業(yè)者能夠?yàn)榭蛻籼峁┫噍^于美西方同類產(chǎn)品更優(yōu)秀的指標(biāo)的芯片，那么這種替代過(guò)程，將會(huì)更加順暢，更能體現(xiàn)出雙贏的精神。

用戶經(jīng)過(guò)替代，讓自己的產(chǎn)品變得更有競(jìng)爭(zhēng)力。而芯片設(shè)計(jì)公司，也由于客戶提供的機(jī)會(huì)以及更多的銷售額，賺到了進(jìn)行下一代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的資金。

那么，如何能讓自己的芯片變得更有競(jìng)爭(zhēng)力呢？這里介紹的一個(gè)思路就是標(biāo)準(zhǔn)單元定制。

由于標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)多由晶圓廠提供，多數(shù)公司基本上都是用晶圓廠提供的庫(kù)。庫(kù)的同質(zhì)化，導(dǎo)致了性能上如果想趕超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手變得非常困難。

這方面體現(xiàn)最為極致的就是比特幣芯片。這種芯片算法極其簡(jiǎn)單并且完全限定，因此，這是個(gè)極端內(nèi)卷領(lǐng)域。各個(gè)公司使出了渾身解數(shù)，就是為了能在PPA上趕超對(duì)手。于是，人們很早就開(kāi)始了標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)定制。其寄存器甚至使用了所謂的動(dòng)態(tài)寄存器，也就是通過(guò)單元內(nèi)的寄生電容來(lái)保存數(shù)據(jù)。由于時(shí)鐘不停跳動(dòng)，寄生電容會(huì)被不斷充電，因此數(shù)據(jù)并不會(huì)丟失。而面積，速度，功耗相對(duì)于普通寄存器有了根本性的提升。以至于后來(lái)者如果不采用動(dòng)態(tài)寄存器的設(shè)置，將無(wú)法參與競(jìng)爭(zhēng)。

雖然比特幣芯片并不是一個(gè)有代表性的行業(yè)，不過(guò)我想說(shuō)的是，在一些情況下，通過(guò)單元庫(kù)定制是可以產(chǎn)生顛覆性的效果。即使對(duì)于普通的芯片，如果能根據(jù)芯片本身的特點(diǎn)進(jìn)行一定的優(yōu)化，也能取得顯而易見(jiàn)的效果。

這里拋磚引玉，給大家一些進(jìn)行單元庫(kù)定制方面的思路。

如果芯片中用到了大量最小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)單元，則需要考慮，是否需要定制一些更小的cell，以便于節(jié)省面積和功耗。因?yàn)檫@些最小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)單元，有很大的可能性，可以用更小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)單元來(lái)替代。

如果芯片中用到了很多大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)單元，則需要考慮，是否需要定制一些更大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)單元。雖然從單個(gè)單元來(lái)看，功耗提高了，但是從全局來(lái)看則未必，因?yàn)閏ell的使用量少了。

時(shí)鐘樹(shù)的latency如果比較長(zhǎng)，則需要想到定制大尺寸時(shí)鐘單元。這樣可以減小時(shí)鐘樹(shù)上的latency，skew，進(jìn)而減小時(shí)鐘樹(shù)上的變動(dòng)（variation），而這個(gè)影響是全局性的。最終可能導(dǎo)致性能以及整體功耗的減小。如果是高性能芯片，則更需要考慮時(shí)鐘單元定制，甚至考慮H tree，增強(qiáng)時(shí)鐘樹(shù)在不同corner之間的一致性。對(duì)于很多高性能芯片，這個(gè)是必須的，但是并不代表，性能要求不高的芯片不需要定制。

如果庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)單元驅(qū)動(dòng)能力間隔太大，則需要考慮增加中間值。比如，如果庫(kù)中只提供了D6 D12，則可以考慮增加D8 D10。標(biāo)準(zhǔn)單元驅(qū)動(dòng)能力越精細(xì)，工具優(yōu)化也就越完美。

是否可以針對(duì)于特殊設(shè)計(jì)，定制一些特殊功能的單元？這里不建議單元過(guò)于復(fù)雜，因?yàn)檫^(guò)于復(fù)雜的單元，需要考慮工具是否支持。

如果庫(kù)中不提供Multibit寄存器，那么可以考慮定制。Multibit主要能夠節(jié)省clock上的功耗。

在芯片的應(yīng)用中，可以選擇更加適合的電壓。而晶圓廠提供的單元庫(kù)的電壓種類是有限的，有時(shí)候未必是最優(yōu)。重新定制更接近實(shí)際應(yīng)用的電壓，可以取得更好的性價(jià)比。這也需要重新進(jìn)行k庫(kù)。通常，晶圓廠不會(huì)為一般的客戶進(jìn)行這種服務(wù)。