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后摩爾時(shí)代，EDA驗(yàn)證需求急劇分化
1981年，第一臺PC機(jī)IBM5150誕生，成為驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用的第一大需求，當(dāng)時(shí)的芯片驗(yàn)證技術(shù)以簡單的邏輯仿真為主，捎帶一部分小規(guī)模板子搭建的FPGA原型，再加上一些HDL語言類的描述，整體產(chǎn)值效率比較低。到了九零年代，設(shè)計(jì)語言的一些應(yīng)用開始逐漸產(chǎn)生，但那時(shí)候還沒有AI和手機(jī)，大部分的市場驅(qū)動(dòng)能力還是以信息為主。到了2000年左右，市場上出現(xiàn)了新的驗(yàn)證技術(shù)，也就是我們常說的EDA 1.0和EDA 1.X時(shí)代。2006年，亞馬遜第一次推出云服務(wù)，也就是數(shù)據(jù)中心；2008年，特斯拉Roadster原車誕生，芯片驗(yàn)證技術(shù)進(jìn)入最蓬勃的時(shí)代，很多創(chuàng)新的手段，包括驗(yàn)證技術(shù)和需求開始百花齊放。再到前幾年，AlphaGo擊敗韓國圍棋國手，AI名噪一時(shí)，國內(nèi)很多公司就開始做AI芯片。
圖 | 新興應(yīng)用領(lǐng)域飛速發(fā)展，需求急劇分化
從上圖中，我們可以看到，各種系統(tǒng)應(yīng)用的需求正在不斷放量，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化步伐越來越快。但與此形成鮮明對比的是，最近這十年，驗(yàn)證技術(shù)其實(shí)沒有什么太大的改進(jìn)。往后要怎么走，才能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研究企業(yè)的需求，是EDA企業(yè)要去探索和解決的問題。
以汽車行業(yè)為例，國內(nèi)有小鵬、蔚來、理想等，而比亞迪更是已經(jīng)成為全球第三大汽車制造商。放眼如今的汽車市場，給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的機(jī)會(huì)很多，因?yàn)楝F(xiàn)在的汽車?yán)锩鎰?dòng)輒上千顆芯片、幾億行代碼，如果加上智能座艙、無人駕駛，這些數(shù)據(jù)可能要翻上10倍。有數(shù)據(jù)顯示，這里面同步需要的軟件集成跟算法驗(yàn)證的需求量產(chǎn)值可達(dá)620 億美元。
圖 | 預(yù)計(jì)到2025年，汽車領(lǐng)域在軟件與集成的投入將達(dá)到620億美元
然而，對于國內(nèi)的半導(dǎo)體企業(yè)來說，在先進(jìn)工藝上受到打壓限制，所以光靠工藝這個(gè)先天條件是不夠的，還需要后天的努力，比如架構(gòu)創(chuàng)新與算法創(chuàng)新，這同樣會(huì)給EDA工具帶來新的挑戰(zhàn)，比如芯片的工作安全對算法、驗(yàn)證的新要求。
芯片設(shè)計(jì)呈系統(tǒng)化和異構(gòu)化趨勢，EDA正延伸至應(yīng)用創(chuàng)新階段
站在傳統(tǒng)EDA行業(yè)的角度，EDA 是為芯片產(chǎn)業(yè)服務(wù)的。但是近年來，越來越多的系統(tǒng)廠商也開始做芯片，比如蘋果、特斯拉、華為，甚至一些白色家電廠商，芯片設(shè)計(jì)越來越成為系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的一個(gè)過程。
當(dāng)這些廠商將他們對系統(tǒng)的理解帶入到芯片定義中時(shí)，原來圍繞電路設(shè)計(jì)的芯片設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)而圍繞系統(tǒng)展開。那么，勢必會(huì)牽涉到軟件和硬件的協(xié)同、多顆芯片多個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同等。芯華章科技產(chǎn)業(yè)和業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)楊曄表示：“如何將芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)化的趨勢體現(xiàn)到驗(yàn)證流程里，讓整個(gè)驗(yàn)證過程變得更智能、更自動(dòng)，是芯華章關(guān)注的一大新趨勢。”
除此之外，在過去的幾年中，從芯片設(shè)計(jì)端來看，很多新的體系結(jié)構(gòu)、新的指令集不斷地在崛起，不再是過去一、兩種指令集打天下的局勢，這就是異構(gòu)。而這個(gè)趨勢不只在設(shè)計(jì)中，還體現(xiàn)在制造領(lǐng)域，用不同的工藝、不同的節(jié)點(diǎn)、不同廠家的IP來實(shí)現(xiàn)整個(gè)SoC芯片。
過去30年中，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)和制造是分離的，而如今不論是設(shè)計(jì)端還是制造端的異構(gòu)趨勢，又把設(shè)計(jì)和制造在某種程度上重新統(tǒng)一起來了，這就對EDA 又提出了新的要求——EDA工具必須在設(shè)計(jì)階段就考慮好如何滿足chiplet系統(tǒng)的驗(yàn)證需求。反過來講，芯片設(shè)計(jì)變成了一個(gè)上下游協(xié)同的過程，因此EDA將從設(shè)計(jì)階段延伸到系統(tǒng)階段，來覆蓋整個(gè)應(yīng)用創(chuàng)新周期的驗(yàn)證需求，同時(shí)要求要有一個(gè)統(tǒng)一的流程，能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)節(jié)的互相驗(yàn)證、互相對比，達(dá)成協(xié)同效應(yīng)。
聚焦數(shù)字驗(yàn)證賽道，芯華章推出七大產(chǎn)品線
雖然從業(yè)者很努力地用不同的新的工藝架構(gòu)、算法，來去滿足一些爆發(fā)式的需求，但創(chuàng)新周期依舊是巨大的壓力。一個(gè)項(xiàng)目的啟動(dòng)，從明確系統(tǒng)需求、芯片定義、模塊設(shè)計(jì)及驗(yàn)證、SoC集成和后端設(shè)計(jì)、系統(tǒng)及驗(yàn)證、芯片制造、芯片測試，到系統(tǒng)集成和上市，是一個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)定周期。其中，在模塊設(shè)計(jì)時(shí)，芯片設(shè)計(jì)廠商往往會(huì)遇到仿真資源不夠?qū)е赂采w率不達(dá)標(biāo)的問題，而做驗(yàn)證的目的就是為了解決其中兩個(gè)問題：一是確認(rèn)設(shè)計(jì)中還有沒有bug；二是驗(yàn)證完了沒有。
聽似簡單，但做起來是一個(gè)工作量非常巨大的事情，因?yàn)槟敲炊鄰?fù)雜的環(huán)節(jié)，很難實(shí)現(xiàn)100% 驗(yàn)證完全。所以，業(yè)界往往需要借助不同的手段與工具，從不同的角度去進(jìn)行檢測和驗(yàn)證。因此芯華章推提供全面覆蓋數(shù)字芯片驗(yàn)證需求的七大產(chǎn)品系列，包括：硬件仿真系統(tǒng)、FPGA原型驗(yàn)證系統(tǒng)、智能場景驗(yàn)證、形式驗(yàn)證、邏輯仿真、系統(tǒng)調(diào)試以及驗(yàn)證云，搭建了完整的數(shù)字驗(yàn)證流程。
既然提到了芯華章的產(chǎn)品線和技術(shù)支撐，那我們不妨來看看芯華章的起源和畫像。
圖 | 芯華章董事長兼CEO 王禮賓
2001年，芯華章董事長兼CEO王禮賓，告別了20年的軍旅生活，開始了他的EDA職業(yè)生涯，從最基層的工程師開始，一步步做到Cadence華南區(qū)總經(jīng)理，再到Synopsys任中國區(qū)副總經(jīng)理，讓王禮賓不僅熟悉了EDA相關(guān)的技術(shù)，還在管理上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這也是2020年3月王禮賓帶頭創(chuàng)立芯華章的一大背景。
在幾乎被國外大廠壟斷的EDA行業(yè)，作為一名后起之秀，要如何定位自己是一件難事兒。王禮賓表示：“芯華章從成立之初就確定了三大特點(diǎn)：高起點(diǎn)、厚積累、求創(chuàng)新?？梢杂米钚碌募軜?gòu)去做產(chǎn)品，不受兼容和移植之縛；核心技術(shù)人才的知識累積，是高科技行業(yè)成功的基礎(chǔ)；依樣畫葫蘆很難實(shí)現(xiàn)超越，必須在累積的基礎(chǔ)上不斷探索創(chuàng)新。”
此外，王禮賓還強(qiáng)調(diào)：“‘廣積糧、高筑墻、緩稱王’是芯華章的發(fā)展思想。在成長的路上，芯華章將不斷累積人才，把產(chǎn)品做豐富，做好融資保障，筑好知識產(chǎn)權(quán)、專利、人才和資金方面的競爭優(yōu)勢，專注于數(shù)字前端驗(yàn)證，不會(huì)盲目擴(kuò)張到其他領(lǐng)域。”
圖 | 芯華章首席運(yùn)營官 傅強(qiáng)
就專利方面，芯華章首席運(yùn)營官傅強(qiáng)表示：“在短短的兩年多時(shí)間里，芯華章目前已經(jīng)有幾十件專利申請成功。”
在此基礎(chǔ)上，芯華章提出了“七大產(chǎn)品線和四大技術(shù)支柱”的方案，基本上涵蓋了數(shù)字前端驗(yàn)證所需要的主要流程，并且這些產(chǎn)品在互通的架構(gòu)上，可以形成一個(gè)統(tǒng)一底層框架的驗(yàn)證平臺，有效解決了驗(yàn)證工具碎片化與不兼容帶來的效率挑戰(zhàn)。
圖 | 芯華章的“七大產(chǎn)品線和四大技術(shù)支柱”
國產(chǎn)EDA工具靠什么脫穎而出？
眾所周知，在過去的幾十年中，EDA產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到行業(yè)集中收斂的階段。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年業(yè)內(nèi)前五大廠商占據(jù)了85.8%的市場份額，其中排名前三的Synopsys、Cadence、Siemens EDA市占率分別為 29.1%、32.0%、16.6%，總計(jì) 77.7%。
看似半壟斷的環(huán)境下，但事實(shí)上很多大公司通過收購壯大，然后將收購回來的點(diǎn)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或打包，原生開發(fā)的點(diǎn)工具沒有統(tǒng)一的流程架構(gòu)以及覆蓋率數(shù)據(jù)，就會(huì)遇到驗(yàn)證結(jié)果融合問題，呈現(xiàn)碎片化的狀態(tài)，所以在效率方面自然是打折扣的；此外，這些公司在開放性、數(shù)據(jù)互通和創(chuàng)新性方面的局限性也較大。為什么客戶已經(jīng)有了原本的工具，還會(huì)愿意再采用新的EDA工具？原因有二：一是性能的提升，二是解決了之前沒有辦法解決的驗(yàn)證難題，這就給了芯華章通過技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)換道超車的發(fā)展機(jī)遇。
圖 | 芯華章首席市場戰(zhàn)略官 謝仲輝
芯華章首席市場戰(zhàn)略官謝仲輝表示：“就在剛剛過去的全球電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化盛會(huì)DAC上，芯華章作為一家后起之秀，卻受到了包含蘋果、微軟、Amazon、聯(lián)發(fā)科等國際頭部系統(tǒng)企業(yè)的關(guān)注，并遞出了合作意向的橄欖枝。這意味著他們當(dāng)前的項(xiàng)目需求不能被完全滿足，而EDA領(lǐng)域的創(chuàng)新和市場的空間還非常大。”
“以前做工程，我們?nèi)タ蛻裟沁叞惭b要帶好多個(gè)光盤，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)EDA工具的源代碼有幾個(gè)G甚至更多，而以前的光盤只有幾百兆。經(jīng)過十幾、二十年的累積，原先研發(fā)的那些人有些已經(jīng)走了，現(xiàn)在留下來的軟件工程師有些是不敢碰一些基礎(chǔ)的代碼庫的，怕一改就帶來非常大的影響，所以大多都是將新的功能繼續(xù)集成到大代碼量里面，這就形成了包袱。而對于芯華章來說，我們從底層架構(gòu)搭建起，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫帶來的是比較輕量的代碼，效率就會(huì)得到很大的提升。”
“從產(chǎn)品的角度來看，芯華章另辟蹊徑，采用以終為始的概念，重新打造軟件體系跟架構(gòu)。以FPGA原型驗(yàn)證系統(tǒng)為例，自動(dòng)化智能設(shè)計(jì)流程的內(nèi)涵重點(diǎn)不是硬件本身，而是軟件能不能自動(dòng)分割，有沒有更好的調(diào)試手段。因此，芯華章采用統(tǒng)一的調(diào)試、編譯數(shù)據(jù)庫和覆蓋率數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，再借助自動(dòng)化生成的場景激勵(lì)，通過編譯關(guān)聯(lián)所有工具鏈，形成統(tǒng)一的驗(yàn)證平臺——智V驗(yàn)證平臺，最終將工具融合到一起。在驗(yàn)證工作任務(wù)占四成的調(diào)試方面，芯華章發(fā)布的Fusion Debug加入了自動(dòng)化分析，并提供可編程的開放數(shù)據(jù)接口，從而大大降低芯片驗(yàn)證工程師的準(zhǔn)入門檻。”
“此外，除了技術(shù)壁壘外，在半導(dǎo)體行業(yè)里面，還存在很大的信任壁壘。得益于成熟、扎實(shí)的一線團(tuán)隊(duì)所積累的深厚服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，芯華章很快建立了同客戶的深厚互信。比如芯華章成立后，第一年的收入大部分是靠第三方工具為客戶提供服務(wù)產(chǎn)生的，客戶通過我們的工程師為他提供的驗(yàn)證服務(wù)和支持，會(huì)知道我們的能力在哪，增進(jìn)對我們的信任。這也是我們產(chǎn)品與服務(wù)的一種差異化優(yōu)勢。” 謝仲輝補(bǔ)充道。
寫在最后
值得一提的是，芯華章的EDA工具既支持運(yùn)行于傳統(tǒng)Intel x86架構(gòu)服務(wù)器，也支持國產(chǎn)處理器企業(yè)的自主平臺，如基于華為鯤鵬處理器、飛騰處理器的服務(wù)器。目前，芯華章已經(jīng)基本建立完整的數(shù)字驗(yàn)證全流程，產(chǎn)品與服務(wù)得到中科院半導(dǎo)體所、燧原科技、芯來、鯤云等一眾業(yè)內(nèi)知名企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目采用，為賦能電子系統(tǒng)創(chuàng)新，提供了自主可信賴的底層技術(shù)支持。
