2021 年 11 月 3 日，由 ASPENCORE 主辦的“2021 全球高科技領(lǐng)袖論壇 - 全球 CEO 峰會(huì)&全球分銷與供應(yīng)鏈領(lǐng)袖峰會(huì)”于深圳舉行。Cadence 公司全球副總裁、亞太及日本總裁石豐瑜（Michael Shih）先生受邀在本次峰會(huì)上為我們帶來了題為《持續(xù)推進(jìn)摩爾時(shí)代的 IC 設(shè)計(jì)藝術(shù)》的重磅演講。在演講中 Michael Shih 先生與我們分享了在摩爾時(shí)代不斷變化的背景下，IC 設(shè)計(jì)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

改變世界的摩爾定律

Michael Shih 先生在演講中表示，我們的生活正在不斷地發(fā)生著革命性變化，20 萬年前和 200 萬年前的人類對(duì)比，人類擁有了智慧；2 萬年前和 20 萬年前的人類對(duì)比，有了部落和一些簡(jiǎn)單的藝術(shù)；2000 年前和 2 萬年前的人類對(duì)比產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)、深層次、多維度的文化傳承；時(shí)間跨越到 200 年前，工業(yè)革命和電力的出現(xiàn)，對(duì)人們的生產(chǎn)生活更是有了里程碑式的變革；把時(shí)間推進(jìn)到 20 年前，我們逐步進(jìn)入智能時(shí)代。當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展超乎我們的想象，這個(gè)世界將會(huì)變成什么樣？

1965 年 Gordon Moore 提出摩爾定律，這對(duì)當(dāng)時(shí)以及后續(xù)的集成電路發(fā)展有著十分關(guān)鍵的作用。嚴(yán)格地講，摩爾定律不是一個(gè)物理定律，而是一個(gè)觀察以后的結(jié)果，隨后從結(jié)果演變成一個(gè)預(yù)測(cè)，到現(xiàn)在我們每個(gè)人都在討論摩爾定律。并且從 1965 年到 2016 年如果粗略地計(jì)算，一個(gè)芯片上的晶體管數(shù)量增長(zhǎng)了 170 億倍，產(chǎn)生的量級(jí)變化直接體現(xiàn)在我們?nèi)粘５膽?yīng)用上面。

摩爾定律放緩的原因以及后續(xù)的挑戰(zhàn)

對(duì)于摩爾定律的放緩，Michael Shih 先生有著自己的獨(dú)到見解。他表示：近幾年我們腦海里都有一個(gè)問題，“摩爾定律是不是要停止了或者我們已經(jīng)沒辦法跟上它的變化趨勢(shì)了？”從數(shù)據(jù)上可以看到摩爾定律的發(fā)展的確越來越難。我們生產(chǎn)一個(gè)芯片，必然要考慮芯片的大小。那結(jié)合圖中代表 Server 級(jí)別 GPU 的紅點(diǎn)和 Server 級(jí)別 CPU 的藍(lán)點(diǎn)，我們可以看到在過去芯片的大小距光罩的極限還有較遠(yuǎn)的距離，但是伴隨近幾年的發(fā)展已經(jīng)有慢慢要突破光罩極限的趨勢(shì)。

關(guān)于摩爾定律的放緩，Michael Shih 先生指出：芯片越做越小，塞的晶體管越來越多，遇到的問題越來越多。在不斷嘗試解決問題的過程中，我們會(huì)遇到各式各樣的問題，但是令人欣慰的是這些問題目前都得到了很好的解決。但與此同時(shí)成本問題凸顯出來，從圖中可以看到從 60nm 到 20nm，每一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管成本都在下降，但是在到達(dá) 20nm 后無論是從制程的角度還是 EDA 編程的角度，每一個(gè)工藝的晶體管成本都開始上升。對(duì)應(yīng)成本增加之后，我們要面臨的是有多少企業(yè)會(huì)去選擇這種制程工藝。

其中在 1990 年之前半導(dǎo)體幾乎服務(wù)于 To B 市場(chǎng)，在 90 年代之后開始 To C 應(yīng)用，隨后在 2016 年 To B 和 To C 都出現(xiàn)了，這時(shí)還出現(xiàn)了云計(jì)算。于是對(duì)于半導(dǎo)體的需求急劇增加，目前整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都在享受這一波紅利，并且預(yù)計(jì)在 2030 年收益會(huì)翻番，同時(shí)也不再局限于 To B 或是 To C，迎接我們的可能是萬物互聯(lián)。出于人們對(duì)于美好生活的向往和需求會(huì)持續(xù)地增長(zhǎng)，“摩爾定律”的生命也會(huì)延續(xù)下去。

Michael Shih 先生表示，“摩爾定律的延續(xù)主要依靠光刻、新的材料或者比較夢(mèng)幻的構(gòu)架。在目前摩爾定律舉步維艱的背景下，芯片設(shè)計(jì)廠商、EDA 公司、晶圓廠必須緊密合作，從中萃取價(jià)值、減少冗余，將摩爾定律再往前推進(jìn)一、兩代?！?/p>

EDA 工具給摩爾定律帶來更多選擇

Michael Shih 先生說，摩爾定律帶來的復(fù)雜度與成本壓力是極具挑戰(zhàn)的。首當(dāng)其沖的是制造周期越來越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)效率越來越差。其次是對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)人才的培養(yǎng)，一代的人才培養(yǎng)需要時(shí)間和金錢。再者，相比 90 年代單一的晶體管的自身功耗，其他的功耗都不是問題。然而目前 CPU 的功耗就占據(jù) 49%。除此以外在 CPU 和 GPU 里面都有一個(gè)名為 Glitch Power 的新功耗問題。再者功耗的計(jì)算需要前置到 RTL 之前，以減少后續(xù)的一連串問題。Cadence 目前針對(duì)這一現(xiàn)象正在進(jìn)行研發(fā)，預(yù)計(jì)在未來幾個(gè)月會(huì)有一個(gè)方案幫助更多的客戶去解決問題。

利用工具替代人，從原來的一人一套變?yōu)橐蝗巳坠ぞ撸煤侠淼牧鞒毯头椒ㄕ撊プ龅劫Y源利用最大化。Cadence 可以幫助你選擇正確的方法，采用正確的流程。

演講的最后，Michael Shih 先生指出，Integrity 3D-IC 平臺(tái)讓客戶可以簡(jiǎn)化多個(gè)小芯片的設(shè)計(jì)規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)和 3D 硅堆疊的分析，同時(shí)還可以優(yōu)化工程生產(chǎn)率以及功耗、性能和面積（PPA）。此外，該平臺(tái)具有與 Cadence Allegro 封裝技術(shù)和 Cadence Virtuso 定制 IC 平臺(tái)集成的協(xié)同設(shè)計(jì)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的 3D 集成和封裝支持。

另外， Michael Shih 先生也參與了當(dāng)天的圓桌會(huì)議，并就以下幾個(gè)話題發(fā)表看法。

AI 技術(shù)的現(xiàn)在與展望

Michael Shih 先生表示，“從 AlphaGo 圍棋開始，我們對(duì)于 AI 的關(guān)注度開始上升。區(qū)別于 19*19 格的圍棋，AI 芯片設(shè)計(jì)是要復(fù)雜無數(shù)倍的。在芯片設(shè)計(jì)里面，沒有人可以保證在設(shè)計(jì)一個(gè)芯片是可以做到足夠的算力，并且面積夠小、功耗夠低。比如之前做了三代 CPU 產(chǎn)品的核心工程師很肯定地說自己的 GPU 產(chǎn)品是全球第一。但是三周之后我們用機(jī)器學(xué)習(xí)搭配 Cadence 的工具軟件，做到了芯片漏電降低 10%，芯片面積減少 3%。所有的 EDA 設(shè)計(jì) IC 里面，都充滿了 AI 的可能性。我相信 AI 會(huì)是 EDA 的未來?！?/p>

系統(tǒng)級(jí)企業(yè)開始自己做芯片

無論是系統(tǒng)廠商還是互聯(lián)網(wǎng)廠商，進(jìn)軍半導(dǎo)體設(shè)計(jì)是一個(gè)必然的趨勢(shì)。Michael Shih 先生表示，競(jìng)爭(zhēng)的加劇是促使這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因；同時(shí)設(shè)計(jì)廠商和系統(tǒng)端雙方無法達(dá)成共識(shí)，促使系統(tǒng)端在自己定義的時(shí)間內(nèi)推出自己的芯片，系統(tǒng)或者生態(tài)鏈，去創(chuàng)造更高的盈利。這些得益于生態(tài)鏈垂直分工，晶圓廠、現(xiàn)有 IP、EDA 公司構(gòu)成完整的生態(tài)鏈，就可以鼓勵(lì)其他行業(yè)做嘗試。除此以外，每個(gè)數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)公司如果想要快速地掌握自己的數(shù)據(jù)、算法、獨(dú)特的分析，就需要該方面做研發(fā)。

社會(huì)生活數(shù)字化轉(zhuǎn)型前瞻

Michael Shih 表示，全社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型原本是個(gè)不言而喻的大趨勢(shì)。疫情的因素起到了催化劑的作用，企業(yè)必須快速轉(zhuǎn)型以應(yīng)對(duì)更對(duì)的變化和不確定性。同時(shí)不僅局限在 EDA 行業(yè)，比如制造業(yè)同樣也在進(jìn)行數(shù)字化的探討，過去需要依靠老師傅的經(jīng)驗(yàn)積累來提升生產(chǎn)效率。未來我們需要建立數(shù)字模型來連接這些環(huán)節(jié)，以數(shù)字的形式把經(jīng)驗(yàn)傳承下去。

關(guān)于 Cadence

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編輯：jq