國產(chǎn)「芯」如何破圈——「2022 IC設計開(kāi)發(fā)者大會(huì )」

面對已經(jīng)領(lǐng)跑數十年的海外芯片巨頭，國產(chǎn)芯片可以如何追趕？

在南京國際博覽中心，一年一度的世界半導體大會(huì )今日正式落幕。

期間，大會(huì )平行論壇之一的“IC設計開(kāi)發(fā)者大會(huì )”也在8月19日成功舉辦。該活動(dòng)由鎂客網(wǎng)、潤展國際承辦。

上午的“IC芯片開(kāi)發(fā)者大會(huì )”活動(dòng)中，圍繞IC設計、圍繞“國產(chǎn)芯”等方面，多位企業(yè)嘉賓都帶來(lái)了自己的分享。

Imagination公司中國區戰略市場(chǎng)與生態(tài)副總裁 時(shí)昕博士

——用短跑速度追趕長(cháng)跑選手

時(shí)昕博士表示，處理器芯片是世界范圍競爭最激烈的市場(chǎng)之一，尤其是IC設計環(huán)節，更是在硬件、軟件與生態(tài)建設方面面臨著(zhù)雙重挑戰。其中，時(shí)昕博士也特別點(diǎn)出，站在IC設計的角度，速度提升依舊受產(chǎn)業(yè)內重視，但“如何最優(yōu)發(fā)揮性能”卻沒(méi)有如以往受重視。

而對于有關(guān)IC設計與應用的問(wèn)題，他也直接說(shuō)到，所有問(wèn)題都是能夠解決的，關(guān)鍵在于資源與時(shí)間投入。

此外時(shí)昕博士也以GPU為例，對國產(chǎn)芯片如何“用短跑速度追趕長(cháng)跑選手”做了講解。

他表示，英偉達和AMD投入了累計數萬(wàn)人年的研發(fā)資源，數以?xún)|計的出貨量，以及長(cháng)達數十年的生態(tài)積累。反觀(guān)國內，依據中國半導體協(xié)會(huì )設計分會(huì )所統計的數據，從2020年到2021年，國內IC設計企業(yè)從2218家增長(cháng)至2810家，這一速度并不慢，但其中員工規模超過(guò)500人企業(yè)，在2021年僅有83家，占據整體2.9%。整體規模不大、員工投入不足等現象，為企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)添上了一層限制。

但正如前面所說(shuō)，國產(chǎn)芯片可以用短跑速度追上英偉達、AMD等長(cháng)跑選手。

至于如何超越，時(shí)昕博士提出的方案是“借梯子”，比如借助第三方IP以加快研發(fā)速度。

沐曦集成電路(南京)有限公司負責人 王爽

——國產(chǎn)GPU研發(fā)三大挑戰

2020-2025年全球產(chǎn)生的數據量，將是過(guò)去10年的3倍，而隨著(zhù)數據處理量的激增，對高性能算力的需求也在逐年遞增。

王爽提到，此前中國電信總經(jīng)理李正茂曾提出“算力三定律”，其中第二條顯示“每12個(gè)月算力增長(cháng)一倍”，但如今的速度已經(jīng)超越了定律所定義的。

這一背景下，以“CPU+GPU”為代表的異構計算已經(jīng)成為未來(lái)通用算力的模板。但值得注意的是，“CPU擅長(cháng)控制，GPU擅長(cháng)計算。且GPU性能提升快速CPU，領(lǐng)先優(yōu)勢正逐步擴大中。”

但當細化到市場(chǎng)份額，則被英偉達、AMD與Intel所占領(lǐng)，不管是產(chǎn)品層面，還是市場(chǎng)層面，國產(chǎn)GPU都面臨極大挑戰。

就這個(gè)問(wèn)題，王爽提出GPU研發(fā)所面臨的三大挑戰：

· 人才培養慢——培養一位擁有豐富經(jīng)驗并且能夠根據市場(chǎng)動(dòng)態(tài)及時(shí)修改芯片設計方案的成熟工程師，一般至少需要10年。“我們公司團隊目前的800多人，都是從20萬(wàn)份簡(jiǎn)歷中篩選出來(lái)的。”王爽以自家公司舉例稱(chēng)。

· 技術(shù)壁壘高——GPU產(chǎn)品研發(fā)是一個(gè)系統性工程，軟硬件技術(shù)壁壘極高。

· 生態(tài)建設難——國內GPGPU需從兼容CUDA生態(tài)切入，再逐步構建自有體系。

芯動(dòng)科技技術(shù)總監 高專(zhuān)

——后摩爾時(shí)代芯片系統集成的關(guān)鍵

“先進(jìn)工藝大型SOC芯片，是芯片IP堆積的結晶，而先進(jìn)工藝大芯片是芯片的‘主戰場(chǎng)’。”高專(zhuān)表示，“沒(méi)有芯片IP，95%以上SOC芯片公司做不出芯片。”

眾所周知，IP/EDA有著(zhù)“半導體皇冠上的明珠”之稱(chēng)。如果僅就IP市場(chǎng)來(lái)看，其規模約為50億美元，但它卻撬動(dòng)了千萬(wàn)億的市場(chǎng)，包括5800億美元的半導體市場(chǎng)、3萬(wàn)億美元的電子產(chǎn)品等等，輻射影響超過(guò)自身600倍的產(chǎn)業(yè)規模。

而作為芯片的“基石”，在后摩爾時(shí)代，高專(zhuān)認為，高速接口IP將會(huì )是芯片系統集成的關(guān)鍵。

數據顯示，該產(chǎn)品將以15%的年增長(cháng)率從目前的8億美元增長(cháng)至2024年的16億美元，高端接口IP則會(huì )從當前的2億美元增長(cháng)至8億美元。

值得注意的是，Die-to-Die預計會(huì )在2023前后爆發(fā)，“主要是5nm和3nm的節點(diǎn)會(huì )促進(jìn)logic和IO功能的分離。”。

芯啟源電子科技有限公司EDA產(chǎn)品銷(xiāo)售總經(jīng)理 裘燁敏

——傳統驗證與仿真的痛點(diǎn)

前面我們也說(shuō)到，與半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，IP與EDA有著(zhù)同樣的重要性，在市場(chǎng)側也有著(zhù)同樣的表現。

用裘燁敏的話(huà)來(lái)說(shuō)，EDA整體全球市場(chǎng)規模雖然也就百億美元左右，但撬動(dòng)了萬(wàn)億美元芯片相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。“如果沒(méi)有EDA產(chǎn)品，至少中大型芯片要成功流片是基本不可能的。”

從EDA角度看IC設計，裘燁敏指出“隨著(zhù)先進(jìn)制程持續迭代，芯片設計成本呈指數上升。”

他進(jìn)一步解釋道：“芯片要做驗證，軟件方面的灌輸、投入，隨著(zhù)工藝節點(diǎn)不斷先進(jìn)化，成本不斷遞增。”這其中一大部分原因在于傳統驗證與仿真環(huán)節。

比如復雜的驗證設計，讓軟件也變得非常復雜，以致于軟件團隊需要更多的驗證工具來(lái)并行開(kāi)發(fā)，以保證芯片的流片成功及上市時(shí)間。

又比如驗證環(huán)境，“目前軟件團隊使用的原型驗證系統與設計團隊使用的仿真驗證系統為兩套環(huán)境，且成本發(fā)高昂。”

種種因素的累積下最終導致軟件和硬件驗證脫節，以致于一套完整流程走下來(lái)，不僅浪費時(shí)間，也消耗了大量人力。也因此，原型驗證+硬件仿真加速一體化平臺成為必然趨勢。

創(chuàng )意電子技術(shù)總監 肖有軍

——Chiplet的核心

可以注意到，從年初至今，半導體產(chǎn)業(yè)內出現了多個(gè)關(guān)注點(diǎn)，其中在IC設計領(lǐng)域，Chiplet就是一個(gè)繞不過(guò)去的話(huà)題。

肖有軍表示，依據Chiplet方案可以組合從6.4-51.2Tbps的不同產(chǎn)品線(xiàn)、做各種疊加，這對于成本有很好的優(yōu)勢。

具體來(lái)看，傳統模式中，由于不同技術(shù)節點(diǎn)的IP核遷移時(shí)間成本較高，而利用Chiplet技術(shù)，則可以只迭代一個(gè)芯片模組中的部分核心，從而達到在時(shí)間和資金層面節約研發(fā)成本的目的。

“Chiplet核心的是GLink、HBM，以及臺積2.5D/3D的工藝。”肖有軍說(shuō)到。

就在今年3月，UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式成立，主要定義了協(xié)議適配等等，目前只支持2D和2.5D，“希望能推進(jìn)Chiplet方案，如果有標準接口，將更容易出現Chiplet和產(chǎn)品的集成。”

華測檢測認證集團股份有限公司芯片實(shí)驗室經(jīng)理 黃智偉

——產(chǎn)品設計極限值：可靠性測試驗證新趨勢

“不管終端場(chǎng)景如何應用，其實(shí)整個(gè)芯片開(kāi)發(fā)過(guò)程中有一個(gè)很重要的環(huán)節，就是通過(guò)可靠性測試驗證的手段，去看產(chǎn)品在最終終端產(chǎn)品是否可以適用。”黃智偉表示。

顧名思義，所謂的可靠性驗證，就是為了驗證“產(chǎn)品”質(zhì)量，評估“產(chǎn)品”適應環(huán)境能力，剔除“產(chǎn)品”早期失效的模式，發(fā)現“產(chǎn)品”失效點(diǎn)，了解“產(chǎn)品”為何失效，最終幫助芯片設計做出優(yōu)化改善。

當然了，黃智偉也指出，“考慮到成本、上市等綜合因素，若產(chǎn)品失效，或許不一定要去修正，但至少在研發(fā)階段，能夠讓內部團隊知道失效的現象或原因在哪里，從而作為產(chǎn)品上市前的評估。當迭代更新時(shí)候，也可以為后面版本的改進(jìn)進(jìn)行加速。”

“從整個(gè)電子產(chǎn)品的歷程來(lái)說(shuō)，包含芯片設計，到后端的組裝，整個(gè)過(guò)程中可靠性測試驗證+失效分析是非常關(guān)鍵的。”

而在當下，黃智偉也表示，“產(chǎn)品設計極限值”是可靠性驗證新趨勢，意在用最短的時(shí)間、最大應力來(lái)激發(fā)產(chǎn)品潛在的故障因子。

IC設計先鋒企業(yè)獎

上半場(chǎng)活動(dòng)的最后，現場(chǎng)也舉辦了“IC設計先鋒企業(yè)獎”頒獎典禮。

該是世界半導體大會(huì )暨南京國際半導體博覽會(huì )蓄力四年，首度特別設立的行業(yè)榮譽(yù)，旨在挖掘和表彰在中國IC設計界展現出卓越技術(shù)能力、一流服務(wù)水平及極大發(fā)展潛力的優(yōu)秀公司。

通過(guò)全國征評、公開(kāi)報名、專(zhuān)家評審，最終有8家企業(yè)突出重圍并榮膺該獎項，他們分別是：沐曦集成電路（上海）有限公司、北京清微智能科技有限公司、南京后摩智能科技有限公司、中科馭數(北京)科技有限公司、芯啟源電子科技有限公司、芯行紀科技有限公司、成都啟英泰倫科技有限公司、杭州行芯科技有限公司。

圖 | 頒獎嘉賓江蘇省行業(yè)協(xié)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)吳?。ㄕ校┡c獲獎企業(yè)

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