自杰克基爾比在1958年發(fā)明集成電路以來(lái)，這種高集成度的電子元器件在全球掀起了一場(chǎng)信息科技革命，整個(gè)社會(huì)生活也在這個(gè)“小東西”的推動(dòng)下產(chǎn)生了顛覆性的變化。而伴隨著終端需求的提升，下游也開(kāi)始反推集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，進(jìn)而激發(fā)下游的新一輪創(chuàng)新。在這種相互相成的推動(dòng)下，人類的生活越來(lái)越智能，集成電路所帶動(dòng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也逐漸壯大，成為全球經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要組成部分。

根據(jù)ICinsights的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的營(yíng)收在2017年達(dá)到了4450億美元，較之2016年有了22%的增長(zhǎng)，這主要得益于存儲(chǔ)等器件在過(guò)去兩年的迅猛增長(zhǎng)，展望未來(lái)，也會(huì)有更上一層的表現(xiàn)。Cadence公司的首席執(zhí)行官、華登國(guó)際創(chuàng)始人陳立武在日前舉辦的Cadence中國(guó)用戶大會(huì)CDNLive 2018大會(huì)上也表示，在人工智能等新興應(yīng)用的推動(dòng)下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尤其是中國(guó)半導(dǎo)體將大有可為。

集成電路市場(chǎng)的新機(jī)會(huì)

在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察等媒體采訪的時(shí)候，陳立武激動(dòng)地說(shuō)：“現(xiàn)在的機(jī)會(huì)太多了，正是干半導(dǎo)體的好時(shí)候。如果我年輕二十歲，一天有48小時(shí)工作都是不夠的”。而他所說(shuō)的機(jī)會(huì)就在人工智能等應(yīng)用推動(dòng)下的技術(shù)新時(shí)代。

眾所周知，過(guò)去十年，在智能手機(jī)的推動(dòng)下，無(wú)論是集成電路芯片供應(yīng)商還是終端的品牌商，都發(fā)生了翻天覆地的變化，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也在過(guò)去十年獲得了巨大的成長(zhǎng)。但進(jìn)入了最近幾年，以人工智能為首的終端新潮流將會(huì)成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的新動(dòng)能。

在CDNLive 2018開(kāi)幕演講上，陳立武指出，人工智能、5G、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)中心和自動(dòng)駕駛將會(huì)成為半導(dǎo)體發(fā)展的下一個(gè)重要推手。

近年來(lái)，由于深度學(xué)習(xí)算法精度的提升，人工智能在過(guò)去幾年獲得了高速的發(fā)展。無(wú)論是傳統(tǒng)的芯片大廠、互聯(lián)網(wǎng)公司，或者是新興的企業(yè)，都在人工智能領(lǐng)域壓下了重注，這些公司月圍繞著人工智能的軟件、硬件和服務(wù)等方向開(kāi)始了新一輪的角逐，同時(shí)也帶動(dòng)了人工智能產(chǎn)業(yè)的投資增長(zhǎng)。據(jù)陳立武介紹，過(guò)去幾年投入到人工智能領(lǐng)域的VC資金迅猛增長(zhǎng)，在去年更是超過(guò)了120億美元。這勢(shì)必會(huì)推動(dòng)包括芯片在內(nèi)的硬件的發(fā)展。

拆解人工智能的產(chǎn)業(yè)鏈，訓(xùn)練和推斷是最重要的兩部分組成。所謂訓(xùn)練是基于大部分的數(shù)據(jù)，通過(guò)大量的運(yùn)算，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型“學(xué)習(xí)”，而推斷則是讓已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從新數(shù)據(jù)中推斷各種結(jié)論。而在這個(gè)過(guò)程中，則需要云端訓(xùn)練芯片和端側(cè)的推斷芯片，這就是半導(dǎo)體行業(yè)的機(jī)會(huì)。

但我們可以看到，現(xiàn)在的云端訓(xùn)練芯片市場(chǎng)，基本都是被英偉達(dá)的GPU壟斷，其他包括Google、微軟或者亞馬遜等公司，在這個(gè)市場(chǎng)也只不過(guò)是有針對(duì)的優(yōu)化。而在端側(cè)芯片，現(xiàn)在則涌現(xiàn)出了大量的機(jī)會(huì)，傳統(tǒng)和新興的芯片公司也在這個(gè)市場(chǎng)上集中廝殺，尤其是在中國(guó)，這個(gè)市場(chǎng)幾乎已經(jīng)進(jìn)入到了白刃戰(zhàn)的階段。在陳立武看來(lái)，如何做到低功耗，是這些終端AI芯片能否突圍而出的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

其他無(wú)論是邊緣計(jì)算、5G、自動(dòng)駕駛和數(shù)據(jù)中心，帶來(lái)的機(jī)會(huì)也不言而喻的。最重要的是這些終端不是單一作用，而是一起圍繞著運(yùn)算、數(shù)據(jù)和通信這三個(gè)領(lǐng)域，一起為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造機(jī)會(huì)。而在眾多的機(jī)會(huì)中，陳立武尤其看好硅光、量子計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算和納米管這些新興的突破性技術(shù)，他認(rèn)為這將會(huì)是未來(lái)增長(zhǎng)的推動(dòng)器。

技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)

過(guò)去幾十年，集成電路的集成度有了質(zhì)的的變化。杰克基爾比在1958年推出的的第一顆集成電路，就是是把一個(gè)小鍺片粘在一個(gè)glass slide上。作為對(duì)比，華為去年推出的Kirin 970則集成了高達(dá)55億個(gè)集體管。而這則是摩爾定律指導(dǎo)下的集成電路發(fā)展的成果。

英特爾共同創(chuàng)始人戈登摩爾在1965年發(fā)表的文章《讓集成電路填滿更多的組件》文章中預(yù)言，半導(dǎo)體芯片上集成的集體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍，這個(gè)預(yù)言就是后世集成電路從業(yè)者所尊奉的摩爾定律。到了1975年，基于當(dāng)時(shí)集成電路發(fā)展的現(xiàn)狀，摩爾將這個(gè)事件調(diào)整為18個(gè)月。時(shí)至今日，雖然Intel一直在強(qiáng)調(diào)，摩爾定律持續(xù)有效，但在業(yè)界很多人看來(lái)，摩爾定律正在消亡。

行業(yè)內(nèi)的人都知道，設(shè)計(jì)者為了推動(dòng)芯片集成度的增加是通過(guò)晶體管微縮實(shí)現(xiàn)的，但隨著制造工藝推進(jìn)到7nm，芯片設(shè)計(jì)難度日益增加，且集成電路一直依仗的硅材料的局限也開(kāi)始凸顯，這就給材料、設(shè)計(jì)和EDA工具供應(yīng)商帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

華為海思平臺(tái)與關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)部部長(zhǎng)夏禹女士在CDNLive 2018大會(huì)上也表示，在過(guò)去，海思一直緊跟摩爾定律，按工藝節(jié)奏復(fù)合演進(jìn)，為云端和終端設(shè)備提供更多的算力、更寬的帶寬和更低的功耗，但他們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)也是日益嚴(yán)峻。

夏禹指出，這一方面與現(xiàn)在的摩爾定律已經(jīng)不再是曾經(jīng)的摩爾定律有關(guān)。她認(rèn)為，現(xiàn)在的芯片集成度并沒(méi)有嚴(yán)格按照周期增加。因此從某種程度看，這個(gè)定律現(xiàn)在只是一個(gè)抵抗通貨膨脹的工具。再加上芯片的性能也不僅僅和晶體管有關(guān)，連線和功耗密度的作用也不能忽視，這就使得提升芯片性能需要考慮更多；另一方面，隨著各種不同終端的流行，需求的增加，制程工藝的演進(jìn)，芯片面對(duì)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和仿真問(wèn)題，也是前所未見(jiàn)的。

EDA工具面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

“以模擬電路的仿真為例，在過(guò)去幾十年的發(fā)展中，SoC中模擬部分的重要性日益提升，但EDA廠商在相應(yīng)的仿真上面的提升不夠明顯，明顯落后于邏輯器件，這就給他們現(xiàn)在的設(shè)計(jì)帶來(lái)了明顯的影響”，夏禹舉例說(shuō)。

她同時(shí)指出，現(xiàn)在的摩爾定律已經(jīng)不再能滿足ICT的需求了，業(yè)界需要往“More than Moore”方向探索。在她看來(lái)，只有往這個(gè)路線走，才能達(dá)成5000億晶體管、超高帶寬和600W以上功耗的芯片的設(shè)計(jì)目的。

More than Moore是產(chǎn)業(yè)界對(duì)集成電路未來(lái)發(fā)展提出的三大解決方案之一（另外兩者是More Moore和Beyond CMOS），主要做的是發(fā)展在之前摩爾定律演進(jìn)過(guò)程中所謂開(kāi)發(fā)的部分，也就是給通過(guò)探索晶體管微縮之外的芯片性能提升、改進(jìn)封裝技術(shù)提高集成度和拓展新功能來(lái)讓芯片性能繼續(xù)往下提升。但這些芯片的設(shè)計(jì)，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)給相關(guān)供應(yīng)商帶來(lái)新的課題。

除此之外，越來(lái)越多的系統(tǒng)廠商開(kāi)始涉足芯片設(shè)計(jì)，也給產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。

廠商的應(yīng)對(duì)之法

對(duì)于現(xiàn)在的集成電路新形勢(shì)，產(chǎn)業(yè)鏈的不同公司有不同的觀點(diǎn)，也有不同的努力方向。例如無(wú)論是芯片設(shè)計(jì)、新材料、封裝和架構(gòu)，都有不少的公司投入其中。從EDA這個(gè)領(lǐng)域來(lái)看，Cadence也正在一步步轉(zhuǎn)變，迎接即將到來(lái)的新時(shí)代。而這其實(shí)也是他們過(guò)去幾年一直在做的事情。

按照陳立武介紹，Cadence在過(guò)去幾年一直把自己稱之為一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司，這是他們因應(yīng)現(xiàn)現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)化的趨勢(shì)。他表示，Cadence不僅僅是做EDA平臺(tái)，他們想做的是一個(gè)SDE（系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）平臺(tái)，當(dāng)中除了IP和安全等芯片相關(guān)的東西，封裝和系統(tǒng)集成等方面也是他們需要重點(diǎn)考慮的。這是他們看到系統(tǒng)公司對(duì)半導(dǎo)體和系統(tǒng)配合的需求而做出的決定。他表示，過(guò)去那么多年來(lái)，Cadence無(wú)論是開(kāi)發(fā)技術(shù)，或者是收購(gòu)公司，都是基于客戶的需求而做出的決定，這也是他們?cè)谶^(guò)去多年一直經(jīng)營(yíng)Cadence的一個(gè)邏輯。

針對(duì)不同的方向，Cadence也有不同的應(yīng)對(duì)之法。陳立武表示，在AI方面，Cadence在工具和IP方面，把性能做了提升；在5G，尤其是RF方面，他們也針對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)做了產(chǎn)品的改良。談到上面華為夏禹提到的模擬仿真問(wèn)題，Cadence公司全球副總裁石豐瑜表示，模擬在很多人看來(lái)，很像一門(mén)藝術(shù)，雖然很多方面推進(jìn)很困難，但還是EDA廠商在上面還是取得了不錯(cuò)的進(jìn)步。

“譬如在模擬仿真方面，大家都知道現(xiàn)在的SPICE很準(zhǔn)，但是不夠快。因此就需要Fast SPICE，但是快又帶來(lái)了不準(zhǔn)的問(wèn)題，這就需要開(kāi)發(fā)者去平衡快和準(zhǔn)的問(wèn)題，為此我們籠絡(luò)了一大批模擬仿真方面的世界級(jí)高手，比如我們公司總裁Anirudh Devgan，他自己本身就是世界級(jí)的模擬仿真高手，我們一起去搭建針對(duì)不同場(chǎng)景的方案去解決其面對(duì)的問(wèn)題”，石豐瑜說(shuō)。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，Cadence在IC設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都推出了不少的產(chǎn)品，為相關(guān)的設(shè)計(jì)者提供了更快捷方便的解決辦法。在針對(duì)芯片設(shè)計(jì)方面，他們?cè)谶^(guò)去幾年推出了全新的下一代工具，大幅提高生產(chǎn)力并加速設(shè)計(jì)進(jìn)程，可幫助數(shù)字芯片設(shè)計(jì)工程師加快實(shí)現(xiàn)從前端設(shè)計(jì)到最終硅產(chǎn)品簽核收斂的整個(gè)設(shè)計(jì)周期。

面向未來(lái)的集成電路，他們還做出了EDA上云端的商業(yè)模式和方案，并加入美國(guó)DARPA推動(dòng)的“電子復(fù)興計(jì)劃”，加速電子設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。

陳立武告訴記者，EDA上云端，不但可以解決芯片創(chuàng)業(yè)者的獲取EDA工具成本的問(wèn)題，也能解決某些芯片大企業(yè)臨時(shí)使用某些工具的問(wèn)題。同時(shí)還可以利用云端龐大的運(yùn)算能力，解決仿真耗時(shí)的問(wèn)題，這是一個(gè)雙贏的決定。這個(gè)方案目前已獲得了20多個(gè)客戶的認(rèn)可。

至于電子復(fù)興計(jì)劃，則是美國(guó)為DARPA為了解決迫在眉睫的工程設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)成本提出的計(jì)劃，Cadence參與的是其六個(gè)新項(xiàng)目之一的IEDA項(xiàng)目。Cadence方面表示，其創(chuàng)建的MAGESTIC項(xiàng)目將賦予設(shè)計(jì)過(guò)程更高水平的自主權(quán)，開(kāi)發(fā)真正由設(shè)計(jì)意圖驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。其中先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、7nm以下芯片設(shè)計(jì)的支持、布線和設(shè)備自動(dòng)化等都是這個(gè)項(xiàng)目的關(guān)注點(diǎn)。

陳立武表示，正是因?yàn)楹Ｋ歼@些客戶對(duì)高性能產(chǎn)品的追求，才推動(dòng)了Cadence公司和產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在這一步，這也是我們動(dòng)力的源泉，我們也會(huì)持之以恒的接受他們的挑戰(zhàn)，改良我們的產(chǎn)品。我希望更多的大學(xué)生能夠進(jìn)入到EDA這個(gè)產(chǎn)業(yè)，跟我們一起推動(dòng)行業(yè)的創(chuàng)新。陳立武補(bǔ)充說(shuō)。

現(xiàn)在，Cadence已經(jīng)和TSMC等廠商一起將工藝制程推到了7nm，在5nm上面也有了推進(jìn)。甚至在3nm方面，他們也和比利時(shí)的IMEC實(shí)現(xiàn)了業(yè)界首款3nm測(cè)試芯片的成功流片。在這些廠商的努力下，我們對(duì)集成電路的未來(lái)依然充滿著信心。