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后摩爾時代，新設計方法學如何使芯片生產率提升1000倍？
來源:SysMoore
系統公司涉足先進制程SoC，帶來更多設計痛點和訴求
過去十幾年里，半導體行業呈現出兩大轉型趨勢。
首先在晶圓制造部分，IDM企業的數量銳減，制造+設計的產業鏈分工明顯，晶圓制造部分逐漸形成臺積電、三星和英特爾三家獨大的局面。背后的推動因素是系統重要性和復雜性的不斷提高，使企業需要降低研發和制造成本，如今在晶圓制造領域，基本只有這三家公司能夠承擔先進工藝制程的成本、復雜性和重要性。
其次在芯片設計部分，過去先進制程用戶主要是芯片設計公司，現在越來越多諸如谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜、BAT等系統廠商成為主要的先進制程芯片設計者和消費者。
“這兩大趨勢相繼并生。在制造端，制造能力、產能以及先進制程所需的能力、可負擔性發生了巨大的變化；在客戶端，汽車、AI和超大規模數據中心等高算力需求的主要應用推動著系統公司自行設計和定制芯片，以期實現與眾不同的系統架構和差異化的競爭優勢。在此背景下，半導體行業在宏觀趨勢上發生了三大轉變，越來越多系統公司涉足DomainSpecificArchitecture（DSA）芯片設計。”新思科技（Synopsys）首席運營官SassineGhazi總結道。
他指出，第一個轉變是越來越多系統公司希望定制SoC，以實現電子系統的差異化；第二個轉變是系統公司本身也開始追求自己的SoC設計部門，以從芯片層面就實現終端系統的差異化；第三個轉變是這些系統公司越來越“像”一家半導體公司。
“在整個行業持續不斷對先進工藝制程的極致追求下，摩爾定律已經越來越難以支撐芯片對功耗、性能、成本最優的要求，包括技術不可預測性、研發投入高昂和設計難度大幅提升等。半導體產業鏈各環節都提出了不同的方案來應對芯片設計需求和難度的攀升。”SassineGhazi指出。例如上游的設備公司、材料公司不斷提升設備性能、研發新型材料；芯片設計公司研究新的芯片架構；晶圓廠和封測廠研發各種先進封裝技術等等。
“作為產業中重要的一環，新思科技也提出了新的設計理念‘SysMoore’，來引導行業在未來將芯片性能進一步提升。”
在摩爾定律已經跟不上行業發展的情況下，今年新思科技全球用戶大會（SNUGWorld）之上，聯合創始人AartdeGeus提出了“SysMoore”的概念，前綴Sys指的是在系統層面解決問題，而不只是在一個晶圓中集成的晶體管數量這個層面來解決問題。SassineGhazi強調，“未來，只有站在系統的高度我們才能繼續優化，找到把我們拖出性能‘泥潭’一起向前發展的解鈴人。”
“今天我們提出SysMoore，代表著新思科技一直從更高的維度來思考解決半導體行業挑戰的設計方法學。”新思科技全球資深副總裁兼中國董事長葛群指出，未來EDA的角色很重要的一個改變就是能夠讓整個芯片設計的門檻降低，讓更多人能夠參與到芯片設計當中來，非常符合當前中國半導體行業發展的需求，也可以幫助新思科技在未來的后摩爾時代解決兩方面發展需求。一方面是解決對于不同工藝尤其是硅工藝的建模和抽象難題，使得人類能更好地控制不同工藝，尤其先進工藝。另一方面能夠讓更多的人參與到芯片設計當中來，滿足人類不斷發展的性能需求。
從系統層面來解決芯片設計痛點，行業也面臨著幾個趨勢和訴求：
第一，摩爾定律并非完全失效了，傳統上基于晶體管尺寸縮微和集成度提升的摩爾定律依然是很多公司可以遵循的發展路徑，也是利潤的前提。
第二，在遵循當前摩爾定律的基礎上，芯片設計越來越關注能效表現。
第三，2.5/3D封裝、多裸晶設計等系統級先進封裝技術成為提升芯片性能的重要手段。與此同時，在“超越摩爾”的部分，比如新思科技提供了預設的可復用的IP模塊，客戶可以基于這些模塊來“組合”自己的芯片設計。
第四，汽車、超大規模數據中心等行業越來越追求晶圓的可靠性，需要進行貫穿整個產品生命周期的晶圓健康監控和可靠性檢測（SiliconHealth）。
第五，EDA/IP廠商越來越多地將AI技術用于EDA工具的設計、仿真、綜合、驗證等過程，解決保障性、安全性和可靠性等瓶頸問題。
SysMoore如何在未來引領芯片生產率提升1000倍？
面對上述挑戰，SassineGhazi表示，新思科技作出了一個重要承諾：無論是依賴傳統的摩爾定律進行設計，還是已經超越摩爾用SysMoore理念從系統級別去解決設計挑戰的客戶，我們有志于用我們打造的解決方案提高他們的生產率1000倍！
下面這張圖簡要介紹了新思科技是如何從硅、器件、芯片、系統到軟件、服務，一步步實現1000倍的生產率。
SassineGhazi解釋，首先，新思從硅層級上提供獨特的價值主張和產品服務，幫助客戶完成制造流程的建模、驗證、模擬。為了達到更好的效果，新思科技與客戶公司晶圓廠密切協作，以確保他們能通過新思科技的軟件和解決方案實現更好的設計。一個具代表性的是DTCO（設計、工藝、協同、優化，設計工藝協同開發）解決方案，推動了上文中提到的系統公司的先進制程芯片設計。
其次，在芯片設計和制造領域，新思科技提供數字化的融合設計平臺，能實現最優化的功耗、性能和成本表現，此外融合設計平臺和AI結合在一起的DSO.ai是行業內第一個用自主AI系統幫助客戶進行芯片設計的解決方案。融合設計+DSO.ai可以幫助客戶用AI的系統進行芯片設計和開發并達到最佳效果，設計流程和上市速度也是最快。
第三個優勢在于新思科技提供先進制程芯片基礎IP，再加上設計平臺，幫助客戶實現最優化的結果，并將整個設計流進行可預測化。
第四個優勢在于如果要更上一層樓，從系統層面解決問題，新思也提供了一些基礎設計架構。例如HW/SWProto可以讓芯片生產出來之前就能讓客戶對系統軟件做到心知肚明，不需要之后再修改。另一個3DIC架構可以加速多裸晶芯片系統設計和集成，在封裝中創建最佳的2.5D/3D多裸片系統。此外就是安全IP，在客戶痛點的每一個領域新思科技能有解決方案，而且EDA工具可以上云，幫助客戶達到最優化的設計流和設計表現。
葛群補充說，新思科技針對行業痛點和訴求打造的全方位一體化解決方案，之所以能夠幫助客戶解決系統開發復雜性，得益于從芯片設計到軟件設計的整個設計流程都基于云架構進行驅動和保障。同時基于在設計環節中產生的數據也可以反過來打造新應用，或進行數據分析來發現一些有意義的洞察。
“最后就是服務了。我們希望打造一些服務特異性、系統特異性的解決方案。比如客戶有一個設計方面具體的參數要求，或系統設計方面的具體要求，我們幫助他確保從系統和設計端具體打造成一個個組分和部件，再跟客戶進行交付。”葛群表示，“為此我們加大了設計服務團隊和解決方案的融合，以幫助在設計過程中比較困難的公司，解決下一段復雜性的問題，從規模量級到系統級別去解決這樣的問題，幫助客戶實現系統級別的設計和優化。”
芯片設計“ShiftLeft”，降低設計門檻緊握中國市場機遇
在半導體行業發展的浪潮中，以往軟件領域的“ShiftLeft（開發左移）”逐漸被引入到芯片設計流程。它原本是指在開發流程的早期發現并修復錯誤，而不是在發布后的測試期間再發現錯誤，因為在發布后修復這些問題的成本要高出100倍。顯然半導體行業中這一成本更為高昂。
為應對后摩爾時代系統級設計帶來的挑戰，新思科技率先提出ShiftLeft理念，為芯片設計開發提供了完整的工具平臺和可復用的IP，加速設計流程、縮短驗證時間并提高設計成功率。
最后，SassineGhazi表示，新思科技在今年全球的營業收入為37億美元，而中國市場的貢獻達到了11.4%。“中國市場本身充滿了精力充沛的動能，擁有各種各樣的客戶，在各種細分領域更有著令人艷羨的發展速度。更重要的是，中國終端系統市場顛覆性的創新，不僅僅能夠供給中國本土市場的客戶使用，也使新思科技能夠將中國的創新體量和速度，把出色的結果交付給我們全球的客戶。”他強調，“因此，新思科技非常希望在這片潮起云涌的熱土當中加大我們的創新方面的投入和協作，幫助客戶進行創新，一起抓住中國這片沃土所帶來的市場機遇。”
