3D整合硬件構(gòu)裝設(shè)計(jì)成熟 推動EDA技術(shù)一體化解決方案整合

電子系統(tǒng)層級(ESL)和高階合成(HLS)方案試圖以硬件取代軟件。在過去，由于軟件內(nèi)容不多、產(chǎn)品制備不容易延滯，開發(fā)業(yè)者會先設(shè)計(jì)硬件，再完成軟件設(shè)計(jì)。時至今日，軟件內(nèi)容大增，軟件設(shè)計(jì)逐漸比硬件占更多時間與成本，且是產(chǎn)品功能重要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵。

軟件功能受到重視之甚，使得硬件開始被視為支援軟件最佳化之平臺。現(xiàn)在許多開發(fā)業(yè)者會先設(shè)計(jì)軟件，并依據(jù)成本、功耗、存儲器容量、體積等軟件效能限制，去建造支援該軟件的硬件設(shè)計(jì)。

軟、硬件不只是技術(shù)層面需要顧及，還牽涉到公司結(jié)構(gòu)問題，傳統(tǒng)公司部門分化根深蒂固，而組織須將整體系統(tǒng)列入考量而非單純優(yōu)化軟件或硬件。

電子系統(tǒng)層級(ESL)技術(shù)和高階合成(High Level Synthesis;HLS)解決方案無法解決此問題，因?yàn)檫@些解決方案試圖以硬件取代軟件。

雖然產(chǎn)業(yè)對于軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度、原型、驗(yàn)證品質(zhì)等要求提升使成本大增，不過進(jìn)階驗(yàn)證方法、大規(guī)模IP廣泛應(yīng)用、復(fù)雜性轉(zhuǎn)移至軟件、數(shù)位與類比工具演進(jìn)等現(xiàn)象，都使得設(shè)計(jì)成本相對降低。

而物聯(lián)網(wǎng)(IoT)興起也創(chuàng)造許多新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需求，帶來包括小規(guī)模設(shè)計(jì)與彈性成本等不同機(jī)會，更使人們對于區(qū)塊創(chuàng)造與整合自動化、全芯片驗(yàn)證、平臺程式設(shè)計(jì)的需求大幅提升。

此外，物聯(lián)網(wǎng)新進(jìn)公司不見得需要習(xí)得電子設(shè)計(jì)技能。在很多情況下，軟、硬件最佳化是橫跨整體產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)，并不只是IC設(shè)計(jì)者或組織內(nèi)部門單方面的問題，因此，IC設(shè)計(jì)者得顧及整體產(chǎn)業(yè)格局，也得提升芯片抽象化層次。

在硬件設(shè)計(jì)專案流程初期，可透過不同開發(fā)工具來提早執(zhí)行軟件整合與抽象化，例如軟件開發(fā)工具(SDK)、虛擬平臺(Virtual Platform)、RTL模擬、模擬(Emulation)、以FPGA為基礎(chǔ)的客制化原型建造(custom-built FPGA-based prototypes)、運(yùn)用實(shí)際芯片開發(fā)版來開發(fā)軟件等等。

許多產(chǎn)業(yè)人士認(rèn)為，3D整合硬件構(gòu)裝設(shè)計(jì)趨近成熟，將是符合成本效益之解決方案。智能型系統(tǒng)體積持續(xù)縮小后，應(yīng)用裝置則愈來愈需要將不同技術(shù)密集整合于小型封包，包括類比、數(shù)位、射頻(RF)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等等，能提供更高的連接頻寬、更低延遲性、更大模組化與異質(zhì)化。

臺積電立下長期計(jì)劃，欲以3D超級芯片整合技術(shù)模擬人腦運(yùn)作方式。臺積電曾于2013年指出，希望以20瓦特功率達(dá)到此目標(biāo)，不過，要達(dá)到該整合技術(shù)目標(biāo)，就表示還要比現(xiàn)有芯片技術(shù)縮小200倍，預(yù)估要等到2028年2納米節(jié)點(diǎn)制程時才有機(jī)會實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)級設(shè)計(jì)師一旦解決3D 整合技術(shù)的功率消耗(power dissipation)、溫度、連接度(interconnectivity)、穩(wěn)定性等問題后，即可獲得效能與功能提升優(yōu)勢。

未來數(shù)年內(nèi)，愈來愈多電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)工具將從硬件、軟件、系統(tǒng)等層面，影響整體產(chǎn)業(yè)的微觀、宏觀設(shè)計(jì)。不過單靠EDA工具難以解決所有問題，因此EDA、軟件、系統(tǒng)、硬件制造與組裝公司都可能相互購并，以聯(lián)手推出有效解決方案。