EDA如何助力3D IC異構集成

電子發燒友網報道(文/黃晶晶)每年ICCAD上EDA公司都會帶來最新的技術產品和洞察，今年也不例外。在中國集成電路設計業2021年會(ICCAD2021)上，國內外EDA企業談論最多的話題莫過于EDA的智能化、EDA上云以及如何適應芯片異構集成、系統公司研發芯片等趨勢。數家EDA公司高管在接受包括電子發燒友網在內的媒體采訪時，就這些話題也進行了深入的分析和觀點分享。

AI不是萬能的，但可以加速EDA工具的效率

AI盡管向各行各業滲透并且帶來了改變，不過這并不意味著AI能夠代替人工，在如何推進EDA實現智能化方面，受訪專家們的共識是EDA應用AI是必然趨勢，而AI起到了加速和輔助作用。

新思科技(Synopsys)幾年前推出的推出業界首個用于芯片設計的自主人工智能應用程序DSO.ai，能夠幫助開發者在芯片設計的巨大求解空間里搜索優化目標，該解決方案大規模擴展了對芯片設計流程選項的探索，能夠自主執行次要決策，幫助芯片設計團隊以專家級水平進行操作，并大幅提高整體生產力。中國區副總經理許偉認為，AI正在向EDA設計領域滲透，但這不意味著AI可以自主設計芯片。AI強大的算力和算法只能作為輔助功能，將一些瑣碎的需要手工反復操作的環節進行轉化，但在關鍵選擇與判斷上還是需要人工進行。AI解放人的生產力，但不能取代人。

國微思爾芯專注于數字驗證EDA領域，國微思爾芯資深副總裁林鎧鵬表示近幾年AI芯片客戶多，較傳統芯片AI芯片的迭代更快。通過AI進行分布式運行、矩陣式解決方案，可更快地獲得驗證結果，可以說AI有助于在特定領域快速的獲得結果，加速數字驗證。另一方面，通過機器學習、AI算法來提升EDA工具和軟件和性能，例如數據編輯、數據分割、時序、收斂等。國微思爾芯內部的算法專家、科學家以及在與學術界、高校的交流都在推進AI為EDA所用。

此外，在這兩年系統更復雜的大型芯片成為趨勢下，對于仿真驗證提出更多要求。比如多個切割構建的3D封裝系統，多個NPU、CPU協作的系統，驗證的復雜性和挑戰性變大。就需要通過系統建模、分布式計算或集群的算法等方式進行驗證，以此提高驗證效率。

成立于2020年初的國產EDA公司芯華章科技，專注前端數字驗證，2021年發布了四款數字驗證工具，包括前端的邏輯仿真、形式化驗證、智能驗證以及FPGA原型驗證系統這四款產品，芯華章科技立足國內市場，面向國際，力圖在數字EDA驗證領域做出更多創新。

芯華章產品和業務規劃總監楊曄認為，芯華章正在朝著EDA 2.0階段的平臺化、智能化的目標前進。芯華章切入數字驗證EDA產業鏈，它其實不是一個點，而是互相之間緊密聯系的面?！拔覀兺瞥龅漠a品在數字驗證上形成了一個平臺，例如邏輯仿真和形式化驗證是數字驗證當中的動態仿真和靜態仿真這兩個核心功能，它們互相補充，互相配合。同時，智能化驗證工具從需求和架構出發，與動態仿真、邏輯仿真工具配合。芯華章的FPGA原型驗證系統，也是動態仿真和系統級驗證的重要工具?！睏顣媳硎?。

與現有廠商工具不同的是，芯華章本次新發布的這四款產品以面向未來發展、面向數字化系統的智能化設計流程為目標，融合人工智能、云原生等技術，對EDA軟硬件底層框架進行自主創新，從用戶界面、調試功能到數據格式均具備統一性，其底層編譯技術和對新型ARMrm架構服務器的支持上也全部采用統一框架。

EDA上云趨勢所在，需解決商業模式、信息安全等問題

在新思看來， EDA上云本質上是云架構與EDA流程的結合，需要打通PAAS、SAAS和IAAS等不同的架構層，讓EDA適用于任何云服務平臺，且在使用上貫通芯片設計的全流程。當前的趨勢是，越來越多的公司從建私有云到建公有云，適應大數據和算力的設施部署逐漸增多，新思很早就與微軟展開合作，在微軟Azure上運行的IC Validator物理驗證解決方案在不到9小時的時間內，完成了對AMD Radeon Pro VII GPU(包括超過130億個晶體管)的驗證。當前，新思也在積極準備多樣化的產品支持EDA上云，滿足客戶的不同需求。

國微思爾芯林總認為，EDA上云對于中小型芯片設計公司將會有很大的幫助。EDA無論是設計或是驗證對算力的需求非常大，中小公司難以承受，通常是以時間換金錢，如果有更好的云解決方案，例如采用私有云、公有云混搭的方式來提供合理的解決方案，將讓初創公司、中小型芯片公司受益。

不過，信息安全、數據安全，以及合理的許可費商業模式，比如按時間、算力云收費，是否跟原來以年為單位賣license的商業模式有沖突呢。這些問題都是EDA上云值得思考的。

楊曄則認為，目前出于技術、工程以及客戶需求等原因，真實在云上做EDA的并不多。不過，云端對于EDA工具的彈性算力非常有幫助，因此芯華章未來推出的與上云相關的工具和服務也會幫助客戶更好地利用云端的彈性算力，同時也幫助云廠商更好地對接芯片廠商。

對于國內EDA廠商間的協同，楊曄表示，行業還是要做得更加開放，需要能夠從數據、功能接口、標準化上提出更多自己開放的內容與統一標準，才能在跨度復雜的EDA工具鏈上實現由點到面發展，給用戶和下游產業帶來更多的價值。芯華章的產品正盡量做到開放，例如FPGA平臺的硬件接口是開放的，用戶可以根據開放的接口或第三方定制來拓展子卡，這樣的子卡跟芯華章的軟件搭配，可以實現不同行業領域的FPGA原型界面系統。軟件上也會開放更多的數據標準，對接現有行業標準的數據格式。同時，芯華章也會積極參與產業聯盟，共同推進實現國產EDA開放和協同的目標。

EDA如何助力3D IC異構集成

西門子EDA全球副總裁兼中國區總經理凌琳介紹說，作為全球三大EDA工具廠商之一，西門子最早在臺積電的CoWoS和InFO封裝技術中提供解決方案。當時基于板級或硅基的2.5/3D堆疊，西門子EDA第一時間延展出相應的工具解決新的驗證難點 。其中包括 Xpedition 系列的 XSI 和 XPD，并基于golden signoff Calibre平臺的3DStack，其后又為3D堆疊測試推出了 Tessent 3DIC DFT解決方案。

西門子在3D-IC合作上，多次獲得臺積電 Partners of the Year獎項。今年，三星 SAFE (Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 獎項，西門子的高密度先進封裝(High Density Advanced Packaging) 設計流程亦取下了Best Innovation Award。如今，多芯片設計越來越重要， EDA工具必須先行先試，在早期就與Foundries合作定義這樣的多芯片異構集成EDA參照流程，這樣才能夠為整個半導體行業做出更大的貢獻。

3D IC也是新思部署的重點。許偉表示，3D IC是延續摩爾定律有效的途徑之一，過去幾年只停留在戰略宣傳，如今需求已經真實爆發。它有三大典型場景，一是高性能計算，目前大量用到高帶寬的HBM存儲芯片，由于它還不是獨立的芯片因此需要堆疊的替代方案。第二是針對GPU、NPU這類先進的7nm5nm芯片的接口，基本上在12納米會有更好的性價比，因此不同工藝節點的芯片需要放在一個封裝當中。第三是網絡芯片規模大、對性能和功耗要求高、IP核復雜等，3D封裝能從系統層面讓芯片方案具備更多的靈活性。

新思從3D IC的單點工具出來，逐漸豐富了架構、IP、封裝等技術工真，形成了統一的計算平臺3D IC Compiler，3DIC Compiler基于新思科技的Fusion Design Platform、世界級引擎和數據模型，在單一用戶環境下提供一個綜合性的端到端解決方案，具有針對先進多裸晶芯片系統設計的全套功能，令芯片設計開發在統一環境下通過可視化功能展現的2.5D/3D封裝直觀環境，邊分析邊設計，以此提高生產力。

在中國市場，新思科技與國產EDA行業的領軍企業芯和半導體推出3DIC先進封裝設計分析全流程”EDA平臺，通過集成新思科技3DIC Compiler與芯和Metis減少3DIC的設計迭代并加快收斂速度，幫助封裝設計和異構集成架構設計方面不斷實現創新。

系統級平臺是EDA未來方向

我們看到，無論是近幾年西門子EDA不斷的收購，還是新思、Cadence等EDA巨頭對平臺資源的整合，他們無一不是進行著平臺化的動作，這也預示著EDA未來的發展方向。

許偉表示，EDA設計的復雜度體現在從過去的單點物理性能指標的優化，轉移到以系統和應用角度出發，對整個系統架構、軟件、設計到設施甚至生命周期管理的整合，這一設計趨勢讓芯片產業成為未來數字產業的核心技術。因此，新思在過去幾年對軟件語言例如像C、C++、Python、Java等都進行了投資，如今許多系統級公司不僅使用新思的EDA、IP，也使用軟件安全和硬件系統，也就是通過系統合力來解決應用問題。

數據顯示，Foundries客戶群體中系統公司每年的年復合增長率為70%，未來重大的芯片客戶可能不再是傳統的Fabless，而可能是系統公司。凌琳表示，芯片SoC只是系統當中的子系統、超級系統的一部分，因此就需要EDA公司提供更加豐富的平臺化產品作為支撐。西門子數字化工業軟件不僅有EDA，還有生命周期管理工具、流程管理、機械仿真、熱分析，以及線束線纜等。當Fabless客戶需要提供的數據算力越來越高，當系統公司需要提供的解決方案是System of Systems時，軟件工具需要持續創新以支撐做更復雜的更多樣化的設計，這也是西門子一直努力的方向之一。

西門子EDA同時高度重視高抽象層次的設計和驗證。凌琳認為，傳統上用RTL寫代碼，將來用RTL的佔比會越來越少，我們盡可能用C、C++、System C這種更高階的語言，更多的RTL工作交給工具和IP供應商去完成，通過引入高階綜合方法來做AI算法，它比編碼工程師寫RTL代碼更快。西門子數字化工業軟件將會創新一個抽象層次更高、更貼近于系統級高階綜合的平臺解決方案，以更智能的方法更高效率地為芯片設計公司服務。

在這方面，國內EDA公司也有自己的探索。楊曄表示，2021年芯華章打造出具備平臺化、智能化、云化底層構架的解決方案，正式發布智V驗證平臺 (FusionVerify Platform)，擁有“協同、易用、高效”三大優勢，能讓工具帶來1+1>2的驗證效益，有效地解決產業正面臨的兼容性挑戰，以及數據碎片化導致的驗證效率挑戰。

原文標題：EDA最熱話題：EDA+AI、云、3D IC，大咖們怎么看?

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審核編輯：湯梓紅