EDA重回聚光燈下

EDA 行業(yè)最近表現(xiàn)非常好，但這種運行將持續(xù)多久是一個有爭議的問題。由于芯片架構(gòu)、終端市場和一長串新技術(shù)的快速變化，EDA是一個顛覆的行業(yè)。此外，最近的地緣政治緊張局勢使整個半導(dǎo)體行業(yè)所依賴的這個小部門受到更多關(guān)注。

盡管發(fā)生了這些變化，EDA 公司仍設(shè)法在這場漩渦中保持顯著的相關(guān)性。在過去兩年中，以SOX指數(shù)衡量的半導(dǎo)體行業(yè)一直保持相對平穩(wěn)。但與此同時，上市 EDA 公司的股價上漲了約 60%，擁有 EDA 部門的大型企業(yè)集團聲稱其 EDA 增長率高于市場。

西門子 EDA IC 產(chǎn)品營銷總監(jiān) Neil Hand 表示：“半導(dǎo)體的變革步伐始終讓我們保持年輕的行業(yè)?！?“EDA 真正健康的原因之一是一直被迫適應(yīng)變化。一些行業(yè)變得自滿。他們停滯不前，他們開始適應(yīng)緩慢。我認(rèn)為你不能對 EDA 這么說?！?/p>

然而，籠罩在整個行業(yè)中的一大問題是，EDA 是否能夠足夠快地進行調(diào)整以滿足對它提出的所有要求，或者它是否正在擴展到新公司可以取得進展的程度。這在很大程度上取決于整個芯片行業(yè)的變化數(shù)量和速度，包括工具套件中的人工智能、硬件/軟件協(xié)同設(shè)計解決方案的重要性日益增加等等。與此同時，系統(tǒng)公司正在經(jīng)歷一些大趨勢，例如特定領(lǐng)域的計算、自動駕駛和對安全性的日益關(guān)注等。

“從 RTL 級別開始，大多數(shù)必要的工具都可用并且可以很好地完成工作，” Fraunhofer IIS 自適應(yīng)系統(tǒng)工程部高效電子部門負(fù)責(zé)人 Andy Heinig 說?！跋到y(tǒng)級工具確實存在一些差距。但整個市場已經(jīng)飽和，沒有人愿意花費巨額預(yù)算來開發(fā)新方法。只有真正新的概念和方法才能在未來縮小系統(tǒng)級工具的差距?！?/p>

但流量的方方面面都需要持續(xù)的投入。“我們的核心算法正在改進，隨著每個新技術(shù)節(jié)點的出現(xiàn)，我們必須在優(yōu)化設(shè)計的方式上做出一些改變，” Cadence數(shù)字與簽核集團產(chǎn)品管理集團總監(jiān) Vinay Patwardhan 說. “那是因為每個節(jié)點都有新的約束或新的影響。最重要的是，我們必須進行系統(tǒng)級的協(xié)同設(shè)計和協(xié)同優(yōu)化。以前用于獲得最佳布線后結(jié)果的相同優(yōu)化算法必須超越芯片并考慮封裝效應(yīng)和系統(tǒng)級效應(yīng)。同樣，系統(tǒng)仿真必須考慮芯片級效應(yīng)。我們必須擴展所有 EDA 算法，不僅要更加了解局部影響，還要了解它所涉及的一切在全球范圍內(nèi)的傳播?！?/p>

行業(yè)演進

在 EDA 的早期，全球主要大學(xué)和數(shù)百家初創(chuàng)公司進行了大量研究。然后它經(jīng)歷了大規(guī)模的整合階段。Ansys產(chǎn)品營銷總監(jiān) Marc Swinnen 表示：“EDA 中始終存在這兩種供應(yīng)商流，單點工具、同類最佳供應(yīng)商和完整解決方案供應(yīng)商. “在 90 年代，Cadence 以提供完整的流程而聞名，并會從初創(chuàng)公司購買點工具來增強他們的技術(shù)，并且這些工具不斷被新的初創(chuàng)公司更新。由于當(dāng)今 EDA 領(lǐng)域的初創(chuàng)公司非常少，因此該模型已被擱置一旁。全流程提供商在 2000 年代初期變得非常流行，事實證明這對他們來說非常成功。它提供了一個單一的聯(lián)系點，這聽起來很有吸引力，尤其是對采購代理而言?！?/p>

經(jīng)濟和技術(shù)護城河讓初創(chuàng)企業(yè)舉步維艱?！?0 年代的許多初創(chuàng)公司都是routers初創(chuàng)公司，” Synopsys研究員 Rob Aitken 說。“如果你今天想寫一個routers，那真的很難。設(shè)計規(guī)則是如此復(fù)雜，而且訪問它們也如此受限，以至于你不能把幾個研究生放在一個房間里，讓他們想出一些東西。一小群有創(chuàng)造力的人可以自由創(chuàng)新的領(lǐng)域很小。你不能讓五個研究生聚在一起，讓他們寫一些可以與 Cadence 或 Synopsys 工具競爭的東西。他們在 EDA 領(lǐng)域沒有太多的發(fā)揮空間，因為其中很多已經(jīng)定義好了。”

在研究繼續(xù)的同時，它也在不斷發(fā)展?？査刽敹蚶砉W(xué)院嵌入式系統(tǒng)主席兼 DAC 2023 總主席 Joerg Henkel 說：“我可以將提交給 DAC 的論文數(shù)量作為參考?！薄拔以诩夹g(shù)委員會工作多年，看到了一個穩(wěn)定的研究論文增多。這主要是由某些主題驅(qū)動的，例如安全性、設(shè)計安全系統(tǒng)或解決側(cè)信道和 IP 問題。我們還看到很多關(guān)于機器學(xué)習(xí)架構(gòu)的論文。有新技術(shù)，比如非易失性存儲器技術(shù)，有很多論文。設(shè)計自動化仍然是兩個最大的渠道之一，但它更多地是關(guān)于新技術(shù)，比如機器學(xué)習(xí)技術(shù)，它們已經(jīng)進入傳統(tǒng)的設(shè)計方法，這在某種程度上是一種復(fù)興。

不過，最近的地緣政治局勢可能會提供變革的動力?！霸谶^去的幾年里，研發(fā)越來越少，”Cadence 定制 IC 和 PCB 部門產(chǎn)品管理組總監(jiān) John Park 說?！暗歉鶕?jù) CHIPS 法案，這是數(shù)十億美元的資金，它正在封裝和小芯片開發(fā)以及支持 OSAT 能力方面創(chuàng)建許多初創(chuàng)公司。由 DARPA 資助的項目往往在幾乎所有方面都有學(xué)術(shù)界。所有大型大學(xué)都在 3D 創(chuàng)新和 3D 異構(gòu)集成方面投入更多。作為一名封裝設(shè)計師，我在歷史上從未見過這種水平的創(chuàng)新、投資和研究。雖然很多都流向了半導(dǎo)體方面，但我估計大約有 18% 到 20% 會流向多芯片封裝?！?/p>

類似的投資也在其他地方發(fā)生。西門子的漢德說：“CHIPS 法案和歐洲的同類法案所做的是激勵進行更多的研究，從而開辟更多的途徑?！?“研究的本質(zhì)是，進行的事情越多，突破性發(fā)現(xiàn)的可能性就越大。如果只看兩三樣?xùn)|西，是很難有突破的。如果您查看 100 件事情，就會有人取得突破。這變得非常有趣，令人興奮的是你開始看到研發(fā)工作的分散化，這將增加我們開始看到更多突破的可能性。”

它會導(dǎo)致行業(yè)中斷嗎？Synopsys 的 Aitken 說：“也許吧，但如果任何行業(yè)在其做事方式上得到足夠的固定，它就會變得越來越難被顛覆?！?“但是，當(dāng)這種破壞出現(xiàn)時，破壞性會越來越大。從本質(zhì)上講，有人可以通過重新思考一個問題并說，'我們實際上不必這樣做來擾亂這個行業(yè)。'”

普遍的共識是這在不久的將來不太可能?！把芯咳匀话l(fā)生在算法級別或設(shè)備物理級別，”Cadence 的 Patwardhan 說?！拔覜]有看到有人正在做一些革命性的事情來徹底改變今天做事的方式。它比現(xiàn)有方法更具增量性，他們正在添加它的一部分，添加到它以使其更強大、更快。但是一種全新的革命性的做事方式？這種事我見得少了。”

一些人認(rèn)為人工智能可能會實現(xiàn)它。“當(dāng)你看 DAC 時，當(dāng) AI 論文開始時，它會涉及各種主題，”Henkel 說?！安煌黝}的論文中有很大一部分涉及人工智能。所以是的，研究人員學(xué)習(xí)它，如何應(yīng)用它，如何使它有益。我們對物理設(shè)計論文的成熟度感到驚訝。現(xiàn)在看來，將機器學(xué)習(xí)應(yīng)用于物理設(shè)計是一件顯而易見的事情?！?/p>

融合

該行業(yè)正在發(fā)生融合，將過去獨立的領(lǐng)域融合在一起?！半S著 3D 的出現(xiàn)，我們看到了 EDA 組織的重大變化，因為3D-IC為許多以前孤立的額外物理效應(yīng)打開了大門，”Ansys 的 Swinnen 說?！澳阌幸粋€芯片團隊，一個封裝團隊，一個 PCB 團隊，他們可能在不同的國家。他們從來不必互相交談。但現(xiàn)在有了 3D-IC，所有這些都必須被揉在一起。沒有一家公司擁有制作 3D-IC 所需的全部技術(shù)。”

這得到了業(yè)內(nèi)其他人的呼應(yīng)?！半S著你進入 3D 和多芯片空間，你最終不得不考慮越來越多的效果，”Aitken 說?！澳氵M入越來越多的領(lǐng)域，你會到達(dá)這樣一個地步，無論你身在何處，無論你公司的工具套件有多廣泛，總有一些東西正好在它的邊界上，所以你仍然會擁有和別人一起工作。”

這就是系統(tǒng)和芯片設(shè)計的融合。“這意味著設(shè)計流程和設(shè)計方法比過去更先進、更復(fù)雜、更復(fù)雜，”Park 說。“封裝設(shè)計師以前不必?fù)?dān)心 DRC 和 LVS 的正式簽核，現(xiàn)在他們不得不擔(dān)心。那就是系統(tǒng)世界進入die設(shè)計世界。芯片設(shè)計師，單片 ASIC 的設(shè)計師，從來不知道什么是信號完整性。現(xiàn)在，他們必須在多小芯片系統(tǒng)中驗證它們是否符合通信標(biāo)準(zhǔn)，而這需要信號完整性工具。這些類型的例子有很多，但它意味著來自系統(tǒng)世界和 ASIC 設(shè)計世界的專業(yè)知識和工具的融合。工具的數(shù)量在增長，專業(yè)知識在增長，人們試圖去弄清楚這些設(shè)計流程。

3D-IC 并不是唯一的融合點?！霸絹碓蕉嗟氖虑楸豢紤]用于優(yōu)化，”漢德說。“為了管理它，你開始處理抽象層。當(dāng)你有抽象層時，它允許做出本地化的決策，并得到通知。您可以進行具有豐富數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)級設(shè)計，做出明智的決策，還可以進行極其詳細(xì)的物理級設(shè)計。它們?nèi)匀皇仟毩⒌幕顒樱M管它們是相互聯(lián)系和相互關(guān)聯(lián)的。由于幾個原因，您將看到的不是向單一整體實體的轉(zhuǎn)變。一個是它不起作用。沒有一個人可以做所有事情。歷史在很多方面都表明了這一點。你確實需要連接流。”

尚未決定找出使該工作必須流動的信息?！耙恢币詠矶加谢谟嬎愕慕鉀Q方案或基于場景的解決方案，但借助人工智能技術(shù)，我們有機會構(gòu)建模型，”Patwardhan 說?！盀榱擞行У厥褂媚Ｐ停覀冇袡C會多次參考模型并同時考慮大量參數(shù)，這在以前是不可能的，使用物理和邏輯參數(shù)。考慮到數(shù)據(jù)量、變量數(shù)量和問題的復(fù)雜性，人工智能在這個領(lǐng)域有一個難以置信的機會。有朝這個方向進行的工作，在未來一年左右的時間里，將在公共和私人論壇上討論很多想法。”

某些類型的融合的影響尚未完全了解?！拔覀冎牢覀儽仨氷P(guān)心熱量，我們知道我們必須在某種程度上關(guān)心機械，”Aitken 說?！拔覀冇卸嗌訇P(guān)心機械？使用不同的材料會發(fā)生什么變化？我們正在進入一個合作時代，因為人們必須把芯片拿出來，他們必須將傳統(tǒng) EDA 供應(yīng)商的工具與歷史上沒有做過 EDA 的人的工具結(jié)合起來。”

但這帶來了一些挑戰(zhàn)?！皵?shù)據(jù)隱私仍然是每個人最關(guān)心的問題，”Patwardhan 說?！斑@意味著我們客戶的想法，以及我們的想法。但如今有更多值得信賴的合作方式，無論是在技術(shù)方面還是個人信任方面。他們與其中一些客戶建立了更長期的關(guān)系。信任正在建立。我們擁有更安全的系統(tǒng)，因此可以訪問數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)隱私，但我們已經(jīng)找到了與合作伙伴合作的有效方法和解決方案?！?/p>

為了使這項工作有效，抽象是連接的自然方式。“沒有一種工具可以做所有事情，沒有一家公司可以做所有事情，”漢德說。“你看到的是，隨著越來越多的復(fù)雜性進入流程，我們必須找到處理這種復(fù)雜性的方法，允許抽象這種復(fù)雜性的方法，以便人們使用它。同時，我們必須允許以本地化方式管理這種復(fù)雜性。當(dāng)您查看系統(tǒng)級設(shè)計時，您需要考慮物理域、流體動力學(xué)、空氣動力學(xué)和電子學(xué)。你永遠(yuǎn)不會模擬整個事情。您正在模擬這些對象的抽象。你在抽象層次上進行設(shè)計，然后向下推和分解以達(dá)到實現(xiàn)本身?！?/p>

這對 EDA 行業(yè)的公司及其客戶和合作伙伴都有影響?！安痪们?，我們最大的客戶擁有 CAD 設(shè)計團隊，他們負(fù)責(zé)利用各種 EDA 工具供應(yīng)商創(chuàng)建簡化的流程，”Park 說?！八麄冎谱髁艘粋€流程并將一流的工具結(jié)合在一起以創(chuàng)建優(yōu)化的流程。我們要回到那個。我們將回到聘請設(shè)計方法專家來弄清楚如何構(gòu)建這些流程的公司，因為這是在這些復(fù)雜時期的競爭優(yōu)勢。如果您擁有比競爭對手更優(yōu)化的設(shè)計流程，您將擁有更短的周轉(zhuǎn)時間。您可能會更快地進入市場，可能會推出更好的產(chǎn)品。由于復(fù)雜性，設(shè)計流程的價值可能比歷史上任何時候都多?！?/p>

但并非所有公司都如此?！拔覀冞€看到許多公司尋求的不是一流的工具，而是最集成的工具，”Park 補充道?！皩δ承┤藖碚f，這是另一種范式轉(zhuǎn)變。他們不是出去從五個不同的供應(yīng)商那里尋找一流的單點工具，然后弄清楚如何將它們結(jié)合在一起，而是轉(zhuǎn)向更多的單一供應(yīng)商流程，其中五個工具中的三個是最佳的-類，但其中兩個不是。但它們與流程緊密結(jié)合，因此采用特定方法具有優(yōu)勢?！?/p>

有很多事情在改變?！拔覀冎肋@個模型在某種程度上已經(jīng)崩潰了，”艾特肯說。“我們不知道的是，它被分解了多少，以及未來或不久的將來的界限在哪里。有機會對設(shè)計的功能進行某種程度的抽象。我們需要在未來為 GDS 的矩形構(gòu)想出一組額外的抽象。每個人都知道有封裝，而且封裝有功率傳輸問題和散熱問題等等。但這并不重要，因為裸片的抽象級別已經(jīng)足夠好了。這不再是真的了?！?/p>

“作為一個行業(yè)，我們目前的選擇太多了，”漢德在討論 EDA 的投資領(lǐng)域時說?！拔覀儗⒈黄韧苿游覀兪鬃帜缚s略詞的第三個字母，即自動化。我們必須努力縮小我們的客戶在未來幾年將看到的一些資源缺口?！?/p>

結(jié)論

EDA 行業(yè)健康發(fā)展。行業(yè)內(nèi)及其客戶行業(yè)內(nèi)的宏觀趨勢意味著增長可能會持續(xù)很長一段時間。但這種增長的數(shù)量和速度正在行業(yè)內(nèi)造成一些不穩(wěn)定，這可能會導(dǎo)致他們以與過去不同的方式做出反應(yīng)。

審核編輯 ：李倩