中國集成電路設(shè)計業(yè)亟待補上的一課——設(shè)計方法學

時間：2022-12-30 03:00:00

關(guān)鍵字：集成電路設(shè)計 EDA

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]“上世紀80年代末的最關(guān)鍵時期，我國并沒有把精力和資源投入到（集成電路）設(shè)計方法學上，而是走了另一條路。隨后大約10年時間，國內(nèi)大多采取反向設(shè)計法，在1995年我回國時，感覺遍地在照相。當時在半導體業(yè)很多人在說芯片設(shè)計，但是芯片設(shè)計知識非常有限。EDA工具也經(jīng)歷了禁運到解禁，大量相關(guān)公司進入到國內(nèi)，（使得）我們太依賴EDA工具，更沒時間補充設(shè)計方法學。經(jīng)過20年發(fā)展，（我們）太依賴EDA工具發(fā)展，但設(shè)計方法學依舊是空白。”

“上世紀80年代末的最關(guān)鍵時期，我國并沒有把精力和資源投入到（集成電路）設(shè)計方法學上，而是走了另一條路。隨后大約10年時間，國內(nèi)大多采取反向設(shè)計法，在1995年我回國時，感覺遍地在照相。當時在半導體業(yè)很多人在說芯片設(shè)計，但是芯片設(shè)計知識非常有限。EDA工具也經(jīng)歷了禁運到解禁，大量相關(guān)公司進入到國內(nèi)，（使得）我們太依賴EDA工具，更沒時間補充設(shè)計方法學。經(jīng)過20年發(fā)展，（我們）太依賴EDA工具發(fā)展，但設(shè)計方法學依舊是空白?！?

這是清華大學微電子學與納電子學系主任魏少軍教授在2019年5月16日舉行的“2019概倫電子技術(shù)研討會”演講前的開場話，寥寥幾句點出了中國集成電路發(fā)展的那段“草莽時期”，道破國內(nèi)對EDA的依賴癥外，更是揪出了最核心的部分——設(shè)計方法學的缺失。

清華大學微電子學與納電子學系主任魏少軍教授

何為設(shè)計方法學？

在楊之廉、申明編寫的《超大規(guī)模集成電路設(shè)計方法學導論》開篇中就提及，隨著集成技術(shù)不斷發(fā)展和集成度提高，集成電路芯片的設(shè)計工作越來越復雜，因而急需在設(shè)計方法和設(shè)計工具這兩方面有一個大的變革——“設(shè)計變革”。“設(shè)計方法學”的誕生正是為了適應(yīng)這樣的要求。

為什么需要補上設(shè)計方法學這門課？

魏少軍教授一張PPT概括了集成電路設(shè)計方法學的發(fā)展（如下）。

EDA歷史發(fā)展一目了然，從70年代的第一代EDA稱為計算機輔助設(shè)計CAD（computer aided design）系統(tǒng)，它以交互式圖形編輯和設(shè)計規(guī)則檢查為特點。其用途如上圖中所說，完成特定任務(wù)，將設(shè)計人員從繁重的手工勞動中解放出來。80年代出現(xiàn)了CAE，它以32位工作站為硬件平臺，可以實現(xiàn)從邏輯電路到版圖聲稱的自動轉(zhuǎn)換等全線設(shè)計工作。90年代芯片復雜度，則伴隨著第三代EDA的誕生。

“在這（EDA歷史中），中國人哪有貢獻？大概在一些特別小的地方，有我們自己做的貢獻。”從發(fā)展史的角度中，魏少軍教授點出了痛點所在：“在EDA工具中的‘邏輯綜合’和‘布局布線’兩個核心中，我們都沒有貢獻，甚至我們都不去碰它?！?

此外，魏少軍教授表示，在過去20、30年中出現(xiàn)了許多芯片設(shè)計工具（如下圖），而它們卻被Cadence、Synopsys以及曾經(jīng)的EDA公司所壟斷。面對如此多的工具，工程師不知如何選擇，這就牽扯到流程問題——如何把這些工具按照設(shè)計需求串成一個工具鏈發(fā)展。

魏教授以此點出中國絕大多數(shù)設(shè)計企業(yè)現(xiàn)狀——依賴EDA公司或Foundry給出的設(shè)計流程。這些設(shè)計流程由于要適應(yīng)盡可能多的客戶，因此留有相當?shù)娜哂啵苯佑绊懏a(chǎn)品性能和競爭力。盡管我國已有個別企業(yè)開始嘗試COT的設(shè)計技術(shù)，但受限于技術(shù)積累不足和與Foundry的配合度不高，目前還做不到完全建立自己一套設(shè)計流程和工藝參數(shù)。

最終導致國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件的技術(shù)指標與國外產(chǎn)品差距在一個數(shù)量級以上，可用性、可靠性有待提高。

因為缺乏設(shè)計方法學，致使我國設(shè)計業(yè)能力不足（具體如下圖）。

其實在魏少軍教授拋出“設(shè)計方法學”這個核心問題時，也詳細解讀了中國集成電路不足之處，除了人才問題外，還有研發(fā)投入嚴重不足——全國用于集成電路的研發(fā)總投入不會超過45億美元，即不到300億元人民幣，僅占全行業(yè)銷售額的6.7%不到英特爾公司一家年研發(fā)投入的50%。

現(xiàn)實問題加上核心的設(shè)計方法學缺失，現(xiàn)狀有點不容樂觀。

不得不把握的機遇

雖然魏教授說：“出來混總歸要還的?！钡o接著的一句也道出了國產(chǎn)EDA的希望：“國際EDA公司如今創(chuàng)新乏力，這也給中國EDA企業(yè)更多的機遇。我們要補上（設(shè)計方法學）這一課?！?

概倫電子董事長劉志宏博士和魏少軍教授都在演講中提到了美國的“電子復興計劃”（Electronics Resurgence Initiative，ERI）。在去年7月份，美國DARPA 官員首次公開討論了美國“電子復興計劃”，計劃在五年內(nèi)斥資 15 億美元（約 102 億人民幣）徹底改變微電子業(yè)的工作方式，重建一個更加專業(yè)化、安全和高度自動化的電子產(chǎn)業(yè)群。其通過兩項新的電子設(shè)計自動化（EDA）研究項目：電子設(shè)備智能設(shè)計（IDEA）計劃和高端開源硬件（POSH）計劃。

概倫電子董事長劉志宏博士

在美國想拉大與世界距離并改變游戲規(guī)則時，我們的設(shè)計方法學不得不補，同時該有的機遇也不得不去抓。

在劉志宏博士的演講中就提到了概倫電子所看到的機會和自己的競爭力，并將目光專注于良率與PPA上，并通過優(yōu)化產(chǎn)品上市時間（TTM）來影響市場競爭力。且頗有成就，比如推出全新的建模平臺，加快工藝和設(shè)計的互動，提升COT能力；比如通過仿真指導工藝的改進，快速實現(xiàn)SRAM良率的提升；比如通過良率導向設(shè)計提升存儲器IP競爭力；還有用于先進NAND閃存和DRAM芯片設(shè)計的主力仿真器等。當然現(xiàn)場做演講的EDA公司似乎都找到了自己的活法。

“100億美元的EDA/IP市場，卻支撐起了1.5萬億美元的終端市場，這種倒三角形狀看上去就像一顆鉆石。”劉志宏博士如此形容EDA的重要性：“如果少了一個Foundry不會對業(yè)界有震動，但若少了一家EDA大廠，其影響不僅僅是工具，更是影響到了整個流程和方法學?！?

此外，劉志宏博士還呼吁：“國產(chǎn)EDA需要產(chǎn)業(yè)完整性，需要腳踏實地一點一滴做起，整個行業(yè)需要業(yè)內(nèi)人士共建，且杜絕盜版。我們的愿景就是做一家自主知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新的企業(yè)?！?