西門子EDA副總裁：技術(shù)擴(kuò)展、設(shè)計(jì)縮放以及系統(tǒng)擴(kuò)展是IC設(shè)計(jì)三大趨勢(shì)
2022-5-21 12:30:52??????點(diǎn)擊：
日前，西門子EDA在圣克拉拉舉辦了名為 User2User 的年度用戶大會(huì)。周二，西門子 EDA 的 IC 部門執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki發(fā)表了演講。
主持人 Harry Foster 說(shuō)每個(gè)主題演講都像是一場(chǎng) Ted，他們確實(shí)做到了這一點(diǎn)。 Joseph 的主題是，從 IC 到系統(tǒng)——半導(dǎo)體行業(yè)的新機(jī)遇。
數(shù)字化正在推動(dòng)所有行業(yè)：航空航天、汽車、消費(fèi)、電子和半導(dǎo)體、能源、重型、醫(yī)療、海洋、工業(yè)。
現(xiàn)在有一個(gè)普遍認(rèn)知是人工智能無(wú)處不在：傳感器、邊緣計(jì)算、5G/無(wú)線通信、云和數(shù)據(jù)中心。從 1992 年到 2014 年，半導(dǎo)體在電子系統(tǒng)中的份額為 16%，但現(xiàn)在已增長(zhǎng)到 24% 左右，并且他預(yù)測(cè)顯示，到 2025 年，電子系統(tǒng)的收入將達(dá)到 3.2萬(wàn)億美元，因此是一個(gè)相當(dāng)龐大的市場(chǎng)規(guī)模。
系統(tǒng)公司正在成為 IC 設(shè)計(jì)的主力軍，例子不勝枚舉：蘋果、亞馬遜、谷歌、中興、特斯拉、博世、華為、Facebook。代工廠已經(jīng)看到系統(tǒng)公司從 2011 年僅占收入的 1% 增長(zhǎng)到 2021 年的 21%，這是一個(gè)巨大的增長(zhǎng)潛力，蘋果已成為臺(tái)積電的第一大客戶。在 2006 年的 Hot Chips 會(huì)議上，只有 16% 的被接受論文來(lái)自系統(tǒng)公司，而到 2021 年，這一數(shù)字已增長(zhǎng)到33%。可以說(shuō)，系統(tǒng)公司正在推動(dòng)芯片層面的創(chuàng)新。
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考慮一下 Apple 的歷史，他們的第一個(gè) 64 位應(yīng)用處理器是在 2013 年推出的，但為什么要這樣做呢？即使在 2022 年，RAM 地址空間仍然不需要 64 位。答案是性能，ARM 內(nèi)核可以在 32 位或 64 位模式下運(yùn)行，而在 64 位模式下運(yùn)行的性能提高了 31%。
汽車領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新趨勢(shì)——汽車即服務(wù)，沃爾沃計(jì)劃到 2025 年通過(guò)服務(wù)實(shí)現(xiàn) 50% 的收入。特斯拉提供 OTA (Over The Air) 更新服務(wù)和新功能升級(jí)，在初始銷售后增加收入。 Gartner 報(bào)告稱，到 2025 年，前 10 名汽車 OEM 中的一半將設(shè)計(jì)自己的芯片，實(shí)際上到 2021 年，10 家中就已經(jīng)有 7 家宣布要開(kāi)發(fā)自己的芯片。福特和 Globalfoundries 將在 IC 設(shè)計(jì)方面合作，以解決供應(yīng)鏈問(wèn)題。自 2020 年新冠疫情開(kāi)始以來(lái)，汽車行業(yè)受到了傷害。
汽車逐漸電氣化是新 IC 設(shè)計(jì)開(kāi)始的主要驅(qū)動(dòng)力，到 2028 年，每輛汽車的半導(dǎo)體需求應(yīng)達(dá)到500 美元，因此這是一個(gè) 240億美元的市場(chǎng)。 5G 通信對(duì)于汽車的 OTA 更新和服務(wù)非常重要，并且每年增長(zhǎng) 3 倍。
2015 年連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器總節(jié)點(diǎn)為16億個(gè)，到 2025 年爆發(fā)式增長(zhǎng)至300億，因此視頻、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)非常大。
根據(jù) IBS 2021年9月預(yù)計(jì)，，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的半導(dǎo)體含量到2030年將增長(zhǎng)到2420億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 14%。
鑒于增長(zhǎng)市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體的需求，我們的行業(yè)將如何滿足這些需求？ Joseph總結(jié)出滿足需求的三大趨勢(shì)：
技術(shù)擴(kuò)展——新節(jié)點(diǎn)和 3D IC
設(shè)計(jì)縮放——硅集成
系統(tǒng)擴(kuò)展——數(shù)字孿生，根據(jù)規(guī)范驗(yàn)證設(shè)備以及帶有應(yīng)用的完整軟件堆棧
對(duì)于技術(shù)擴(kuò)展，我們可以看看摩爾定律，它并沒(méi)有完全死掉。看看蘋果的 A 系列處理器，從 2013 年到 2021 年，我們看到晶體管數(shù)量從 10 億個(gè)增長(zhǎng)到 150 億個(gè)，因此它仍然以 15 倍的速度擴(kuò)展，但是Dennard定律已經(jīng)死了。所以時(shí)鐘頻率在 8 年的時(shí)間框架內(nèi)并沒(méi)有提高 16 倍。從單核 CPU 性能來(lái)看，Geekbench 的分?jǐn)?shù)從 269 到 1734 不等，所以這似乎也在飛速增長(zhǎng)。正是因?yàn)槟柖蛇€在生效，代工廠在最近8年的工藝也得到了不斷發(fā)展。
單片集成正在增長(zhǎng)，是的，但 3D IC設(shè)計(jì)也隨之而來(lái)，并結(jié)合了創(chuàng)新的封裝。SIP是一種新趨勢(shì)。系統(tǒng)和設(shè)計(jì)技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化是成功的必要條件。
在設(shè)計(jì)縮放方面，有報(bào)告聲稱 7nm 設(shè)計(jì)成本為 2.8 億美元，但這是真的嗎？這個(gè)數(shù)字聽(tīng)起來(lái)太大了，但趨勢(shì)線是真實(shí)的，因?yàn)樾」?jié)點(diǎn)推高了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證成本。應(yīng)對(duì)成本增加的一種方法是從 RTL 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)C語(yǔ)音設(shè)計(jì)。以 NVIDIA 為例，正如 2019 年 8 月在 Hot Chips 上報(bào)道的那樣，一個(gè)只有 10 名工程師的小團(tuán)隊(duì)在 6 個(gè)月內(nèi)通過(guò)使用 C++ 和 HLS（高級(jí)綜合）方法，為深度學(xué)習(xí)推理加速器開(kāi)發(fā)了一種新芯片。谷歌是另一家使用 HLS 來(lái)幫助管理 SoC 設(shè)計(jì)成本的系統(tǒng)公司。
對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)展我們的想法是創(chuàng)建一個(gè)真正的數(shù)字孿生。數(shù)字孿生的一個(gè)例子是 PAVE360——它是一種通過(guò)交通、人員和車輛驗(yàn)證汽車模型的方法。您可以運(yùn)行此數(shù)字孿生以驗(yàn)證虛擬模型，或?yàn)槟?ADAS 系統(tǒng)運(yùn)行軟件，以模擬動(dòng)力、車輛建模（動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤、座椅、道路對(duì)乘員的影響）。這是一種在生產(chǎn)開(kāi)始前進(jìn)行安全驗(yàn)證的方法。
最后一個(gè)主題是生命周期管理，考慮一個(gè)擁有數(shù)十萬(wàn)刀片服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，您可以在其中實(shí)時(shí)監(jiān)控所有刀片服務(wù)器，調(diào)試該數(shù)據(jù)中心的任何可靠性問(wèn)題，并且您可以分析所有嵌入式傳感器數(shù)據(jù)，從字面上跟蹤數(shù)據(jù)中心的健康狀況。
總結(jié)
一個(gè)萬(wàn)億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在向我們靠近，所以這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，成為 EDA 產(chǎn)業(yè)的一部分，這使得所有這些增長(zhǎng)成為可能，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)師正在開(kāi)始新的設(shè)計(jì)，人工智能無(wú)處不在，車輛電氣化仍在繼續(xù)，以及數(shù)字孿生正在被廣泛采用。
關(guān)鍵字：EDA IC設(shè)計(jì)
主持人 Harry Foster 說(shuō)每個(gè)主題演講都像是一場(chǎng) Ted，他們確實(shí)做到了這一點(diǎn)。 Joseph 的主題是，從 IC 到系統(tǒng)——半導(dǎo)體行業(yè)的新機(jī)遇。
數(shù)字化正在推動(dòng)所有行業(yè)：航空航天、汽車、消費(fèi)、電子和半導(dǎo)體、能源、重型、醫(yī)療、海洋、工業(yè)。
現(xiàn)在有一個(gè)普遍認(rèn)知是人工智能無(wú)處不在：傳感器、邊緣計(jì)算、5G/無(wú)線通信、云和數(shù)據(jù)中心。從 1992 年到 2014 年，半導(dǎo)體在電子系統(tǒng)中的份額為 16%，但現(xiàn)在已增長(zhǎng)到 24% 左右，并且他預(yù)測(cè)顯示，到 2025 年，電子系統(tǒng)的收入將達(dá)到 3.2萬(wàn)億美元，因此是一個(gè)相當(dāng)龐大的市場(chǎng)規(guī)模。
系統(tǒng)公司正在成為 IC 設(shè)計(jì)的主力軍，例子不勝枚舉：蘋果、亞馬遜、谷歌、中興、特斯拉、博世、華為、Facebook。代工廠已經(jīng)看到系統(tǒng)公司從 2011 年僅占收入的 1% 增長(zhǎng)到 2021 年的 21%，這是一個(gè)巨大的增長(zhǎng)潛力，蘋果已成為臺(tái)積電的第一大客戶。在 2006 年的 Hot Chips 會(huì)議上，只有 16% 的被接受論文來(lái)自系統(tǒng)公司，而到 2021 年，這一數(shù)字已增長(zhǎng)到33%。可以說(shuō)，系統(tǒng)公司正在推動(dòng)芯片層面的創(chuàng)新。
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考慮一下 Apple 的歷史，他們的第一個(gè) 64 位應(yīng)用處理器是在 2013 年推出的，但為什么要這樣做呢？即使在 2022 年，RAM 地址空間仍然不需要 64 位。答案是性能，ARM 內(nèi)核可以在 32 位或 64 位模式下運(yùn)行，而在 64 位模式下運(yùn)行的性能提高了 31%。
汽車領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新趨勢(shì)——汽車即服務(wù)，沃爾沃計(jì)劃到 2025 年通過(guò)服務(wù)實(shí)現(xiàn) 50% 的收入。特斯拉提供 OTA (Over The Air) 更新服務(wù)和新功能升級(jí)，在初始銷售后增加收入。 Gartner 報(bào)告稱，到 2025 年，前 10 名汽車 OEM 中的一半將設(shè)計(jì)自己的芯片，實(shí)際上到 2021 年，10 家中就已經(jīng)有 7 家宣布要開(kāi)發(fā)自己的芯片。福特和 Globalfoundries 將在 IC 設(shè)計(jì)方面合作，以解決供應(yīng)鏈問(wèn)題。自 2020 年新冠疫情開(kāi)始以來(lái)，汽車行業(yè)受到了傷害。
汽車逐漸電氣化是新 IC 設(shè)計(jì)開(kāi)始的主要驅(qū)動(dòng)力，到 2028 年，每輛汽車的半導(dǎo)體需求應(yīng)達(dá)到500 美元，因此這是一個(gè) 240億美元的市場(chǎng)。 5G 通信對(duì)于汽車的 OTA 更新和服務(wù)非常重要，并且每年增長(zhǎng) 3 倍。
2015 年連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器總節(jié)點(diǎn)為16億個(gè)，到 2025 年爆發(fā)式增長(zhǎng)至300億，因此視頻、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)非常大。
根據(jù) IBS 2021年9月預(yù)計(jì)，，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的半導(dǎo)體含量到2030年將增長(zhǎng)到2420億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 14%。
鑒于增長(zhǎng)市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體的需求，我們的行業(yè)將如何滿足這些需求？ Joseph總結(jié)出滿足需求的三大趨勢(shì)：
技術(shù)擴(kuò)展——新節(jié)點(diǎn)和 3D IC
設(shè)計(jì)縮放——硅集成
系統(tǒng)擴(kuò)展——數(shù)字孿生，根據(jù)規(guī)范驗(yàn)證設(shè)備以及帶有應(yīng)用的完整軟件堆棧
對(duì)于技術(shù)擴(kuò)展，我們可以看看摩爾定律，它并沒(méi)有完全死掉。看看蘋果的 A 系列處理器，從 2013 年到 2021 年，我們看到晶體管數(shù)量從 10 億個(gè)增長(zhǎng)到 150 億個(gè)，因此它仍然以 15 倍的速度擴(kuò)展，但是Dennard定律已經(jīng)死了。所以時(shí)鐘頻率在 8 年的時(shí)間框架內(nèi)并沒(méi)有提高 16 倍。從單核 CPU 性能來(lái)看，Geekbench 的分?jǐn)?shù)從 269 到 1734 不等，所以這似乎也在飛速增長(zhǎng)。正是因?yàn)槟柖蛇€在生效，代工廠在最近8年的工藝也得到了不斷發(fā)展。
單片集成正在增長(zhǎng)，是的，但 3D IC設(shè)計(jì)也隨之而來(lái)，并結(jié)合了創(chuàng)新的封裝。SIP是一種新趨勢(shì)。系統(tǒng)和設(shè)計(jì)技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化是成功的必要條件。
在設(shè)計(jì)縮放方面，有報(bào)告聲稱 7nm 設(shè)計(jì)成本為 2.8 億美元，但這是真的嗎？這個(gè)數(shù)字聽(tīng)起來(lái)太大了，但趨勢(shì)線是真實(shí)的，因?yàn)樾」?jié)點(diǎn)推高了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證成本。應(yīng)對(duì)成本增加的一種方法是從 RTL 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)C語(yǔ)音設(shè)計(jì)。以 NVIDIA 為例，正如 2019 年 8 月在 Hot Chips 上報(bào)道的那樣，一個(gè)只有 10 名工程師的小團(tuán)隊(duì)在 6 個(gè)月內(nèi)通過(guò)使用 C++ 和 HLS（高級(jí)綜合）方法，為深度學(xué)習(xí)推理加速器開(kāi)發(fā)了一種新芯片。谷歌是另一家使用 HLS 來(lái)幫助管理 SoC 設(shè)計(jì)成本的系統(tǒng)公司。
對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)展我們的想法是創(chuàng)建一個(gè)真正的數(shù)字孿生。數(shù)字孿生的一個(gè)例子是 PAVE360——它是一種通過(guò)交通、人員和車輛驗(yàn)證汽車模型的方法。您可以運(yùn)行此數(shù)字孿生以驗(yàn)證虛擬模型，或?yàn)槟?ADAS 系統(tǒng)運(yùn)行軟件，以模擬動(dòng)力、車輛建模（動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤、座椅、道路對(duì)乘員的影響）。這是一種在生產(chǎn)開(kāi)始前進(jìn)行安全驗(yàn)證的方法。
最后一個(gè)主題是生命周期管理，考慮一個(gè)擁有數(shù)十萬(wàn)刀片服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，您可以在其中實(shí)時(shí)監(jiān)控所有刀片服務(wù)器，調(diào)試該數(shù)據(jù)中心的任何可靠性問(wèn)題，并且您可以分析所有嵌入式傳感器數(shù)據(jù)，從字面上跟蹤數(shù)據(jù)中心的健康狀況。
總結(jié)
一個(gè)萬(wàn)億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在向我們靠近，所以這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，成為 EDA 產(chǎn)業(yè)的一部分，這使得所有這些增長(zhǎng)成為可能，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)師正在開(kāi)始新的設(shè)計(jì)，人工智能無(wú)處不在，車輛電氣化仍在繼續(xù)，以及數(shù)字孿生正在被廣泛采用。
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