芯片的未來發(fā)展趨勢(shì)

2024 年，該行業(yè)將專注于 AI/ML、RISC-V、量子、安全等發(fā)展趨勢(shì)。

今年年初，大多數(shù)人從未聽說過生成式人工智能?，F(xiàn)在整個(gè)世界都在競(jìng)相利用它，而這僅僅是個(gè)開始。量子計(jì)算、6G、智能基礎(chǔ)設(shè)施等新市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)Ｓ锰幚碚诩铀賹?duì)更快、更高效、更多數(shù)據(jù)的需求。

與每隔幾年等待下一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的日子相比，未來幾年的事件將與電話或汽車的引入一樣重要。但可能不會(huì)只有一種創(chuàng)新技術(shù)，將會(huì)有很多技術(shù)一起以一種將讓科技界驚訝的方式相互作用。

我們正在進(jìn)入一個(gè)定制硬件、異構(gòu)集成、軟件定義系統(tǒng)的時(shí)代，所有這些都依賴于半導(dǎo)體。況且芯片本身也在發(fā)生變化。芯片正變得更專用、更復(fù)雜，并且可能構(gòu)成更大的安全威脅。

所有這些趨勢(shì)都將迫使芯片設(shè)計(jì)師重新思考工作流程、架構(gòu)和商業(yè)模式。其中一些在 2023 年有些苗頭，2024變得明顯，并且開始真正加速。

AI/ML

2023 人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML） 以谷歌 Gemini AI 的發(fā)布而告終，這既是對(duì) ChatGPT 的追趕，也是對(duì)多模態(tài) AI 的突破性推動(dòng)。很多公司也試圖將圖像和視頻納入他們的生成式人工智能工作中。

很多大規(guī)模企業(yè)都有一個(gè)定制的人工智能生態(tài)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將加速，越來越多的公司在多個(gè)領(lǐng)域開發(fā)自己的人工智能芯片。

所以，新的一年你將看到更多令人興奮的新應(yīng)用和突破來自開發(fā)自己的定制人工智能芯片的公司。例如，甚至像特斯拉這樣的公司開發(fā)自己的定制人工智能芯片，以幫助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的訓(xùn)練。

人工智能正在從根本上改變我們的生活和工作方式，這種轉(zhuǎn)變會(huì)在2024年加速。到2024年，圍繞人工智能的對(duì)話將變得更加微妙，重點(diǎn)關(guān)注不同類型的人工智能、以及至關(guān)重要的是，我們需要建立什么樣的技術(shù)基礎(chǔ)才能使未來的人工智能世界成為現(xiàn)實(shí)。

先進(jìn)的專用芯片將在推動(dòng)當(dāng)今的人工智能技術(shù)部署的中發(fā)揮關(guān)鍵作用。CPU 在所有 AI 系統(tǒng)中都至關(guān)重要，無論是完全處理 AI 工作負(fù)載還是作為協(xié)處理器（如 GPU 或 NPU）結(jié)合使用。

2024年，人們將更加重視這些算法的低功耗加速，以及在大型語言模型、生成式人工智能和自動(dòng)駕駛等高計(jì)算能力領(lǐng)域運(yùn)行人工智能工作負(fù)載的芯片。

此外，許多人正在尋求人工智能來增強(qiáng)現(xiàn)有流程并提高生產(chǎn)力。在芯片設(shè)計(jì)流程中，有幾個(gè)機(jī)會(huì)可以通過引入人工智能來優(yōu)化生產(chǎn)力。工藝節(jié)點(diǎn)的減小帶來了一系列挑戰(zhàn)，但設(shè)計(jì)芯片的時(shí)間又要保持不變。

根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，勞動(dòng)力將出現(xiàn)嚴(yán)重短缺，芯片設(shè)計(jì)師將減少20%至30%。像人工智能這樣的變革性技術(shù)可以幫助填補(bǔ)這一空白。

AI的影響力正在蔓延

能夠運(yùn)行AI的芯片類型也在發(fā)生變化，這在邊緣尤為重要。例如，DSP 在視覺、音頻和激光雷達(dá)等垂直市場(chǎng)中執(zhí)行一種特定類型的處理非常有效。

現(xiàn)在，隨著人工智能在各地的推廣，人們正在推動(dòng)擴(kuò)大這種能力。這里需要減少 SoC 面積并控制整體功耗。在基于邊緣和設(shè)備端的人工智能應(yīng)用中，獨(dú)立 DSP 或 DSP 與高效加速器相結(jié)合，對(duì)于從微型耳塞到自動(dòng)駕駛的一系列應(yīng)用來說是非常理想的。

雖然人工智能加速器可能或多或少獨(dú)立工作，但趨勢(shì)是將其與具有人工智能功能且高度可編程的 DSP 配對(duì)，以作為面向未來的有效后備，以防不斷發(fā)展的人工智能工作負(fù)載引入新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

定制

與此同時(shí)，定制芯片的驅(qū)動(dòng)正在提高人們對(duì)軟件定義架構(gòu) （SDA） 的興趣，其中功能由軟件定義?？纯刺厮估椭懒?。有大量的芯片，數(shù)百個(gè)處理器，但軟件定義了這一切。軟件是預(yù)先設(shè)計(jì)和構(gòu)建的，然后芯片執(zhí)行它。

RISC-V 在最近的 RISC-V 峰會(huì)上得到了推動(dòng)，當(dāng)時(shí) Meta 宣布將在其路線圖中的所有產(chǎn)品中使用 RISC-V。我們看到芯片設(shè)計(jì)人員對(duì)RISC-V越來越感興趣，因?yàn)?strong>它給了他們自由。

RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展，并取得了許多里程碑式的成就。另外，不僅僅是關(guān)于RISC-V。人們正在構(gòu)建混合架構(gòu)的SoC，這帶來了一系列完全不同的挑戰(zhàn)。

突然之間，你從一個(gè)稍微封閉的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了一個(gè)必須在所有標(biāo)準(zhǔn)之間互操作的東西。我們?nèi)绾螌⑺鼈兛p合在一起？這是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。

答案可能是chiplets，它最終會(huì)變得更加標(biāo)準(zhǔn)化。

隨著晶圓代工工藝的進(jìn)步和摩爾定律的放緩，半導(dǎo)體行業(yè)需要找到實(shí)現(xiàn)性能提升、成本降低和良率提高的新方法。這就是為什么chiplets將在 2024 年成為整個(gè)行業(yè)的焦點(diǎn)，

隨著chiplets技術(shù)的普及和市場(chǎng)的日益多樣化，重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性，以確保這些定制化芯片的最快上市，從而在不同市場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)復(fù)用。到2024年，希望看到整個(gè)行業(yè)齊心協(xié)力，更清楚地定義系統(tǒng)級(jí)功能和基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，使chiplets能夠在更廣泛的系統(tǒng)中使用，而不會(huì)出現(xiàn)碎片化的風(fēng)險(xiǎn)。

繼續(xù)向左移動(dòng)

chiplets和RISC-V扎根的關(guān)鍵原因之一是，在新的工藝節(jié)點(diǎn)上，性能和功耗的優(yōu)化不再得到保證。SoC 正在被分解為不同的部分，它們都需要作為一個(gè)系統(tǒng)來運(yùn)行。這需要更多的定制、更多的協(xié)同設(shè)計(jì)，以及在流程的早期更好地理解整體架構(gòu)。

隨著軟件定義架構(gòu)的出現(xiàn)，你必須更加關(guān)注前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)。你不能讓它以后碰運(yùn)氣。從驗(yàn)證一直到流片的整個(gè)工作流程，都必須預(yù)先確定、定義和設(shè)計(jì)。

你不能只是希望并祈禱它最終會(huì)走到一起。

復(fù)雜性穩(wěn)步增加的趨勢(shì)將繼續(xù)存在。因此，關(guān)于“左移”的需求會(huì)更加強(qiáng)烈。在這里，一個(gè)關(guān)鍵的支柱是EDA，它面臨著各種挑戰(zhàn)，例如

用于chiplets的EDA

用于 high-level digital synthesis的EDA

用于數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)和驗(yàn)證的EDA。

將所有這些部分融合在一起是一件不平凡的事情，需要專注于真正的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)以及所有部分的連接。

真正的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一是如何在域之間進(jìn)行通信。你如何抽象出一個(gè)詳細(xì)的模型，使其在另一個(gè)領(lǐng)域可用？當(dāng)你開始左移時(shí)，如何獲取流程信息并使其可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師使用？

結(jié)論

盡管取得了所有突破和興奮，但工程和商業(yè)的基本面仍然存在。每個(gè)人都必須在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中提高效率才能一起改變世界。

如果你不夠快，別人會(huì)打敗你。

隨著新問題的出現(xiàn)，企業(yè)整合是另一個(gè)可能繼續(xù)下去的趨勢(shì)，市場(chǎng)上充斥著尋求解決這些問題的初創(chuàng)公司，而大公司收購(gòu)它們要么是因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)，要么是他們的人才，兩者兼而有之。

這一切發(fā)生的速度隨著新技術(shù)的推出，正在加速，半導(dǎo)體是這些技術(shù)發(fā)揮作用的引擎。

審核編輯：黃飛