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| 本文作者： 包永刚 | 2020-03-20 18:39 |
AI芯片支撑了AI变革了众多行业，但芯片自动化设计工具EDA自1993年之后就放缓了创新的步伐，随着半导体制造工艺的演进，芯片设计以及EDA工具们面临着越来越大的挑战。
好消息是，全球两大EDA巨头Synopsys和Cadence相继发布了采用AI的设计工具，可以缩短芯片的设计时间高达10倍，芯片PPA提升20%。
两大EDA巨头产品相继引入AI
上周，Synopsys宣布推出首个用于芯片设计的自主AI应用程序——DSO.ai(Design Space Optimization AI)。这个AI推理引擎能够在芯片设计的巨大求解空间里搜索优化目标。
根据三星设计平台开发部执行副总裁Jaehong Park的说法，原本需要多位设计专家耗时一个多月才可完成的设计，DSO.ai只要短短3天即可完成。
DSO.ai做了什么？如今，芯片设计是一个蕴藏着许多可优化方案的巨大求解空间，其求解空间的规模是围棋的数万亿倍。但要在如此巨大的空间进行搜索是一项非常费力的工作，在现有经验和系统知识的指导下仍需要数周的实验时间。
除此之外，芯片设计流程往往会消耗并生成数TB的高维数据，这些数据通常在众多单独优化的孤岛上进行区分和分段。要创建最佳设计方案，开发者必须获取大量的高速数据，并在分析不全面的情况下，即时做出极具挑战的决策，这通常会导致决策疲劳和过度的设计约束。
DSO.ai引擎所做的，是通过获取由芯片设计工具生成的大数据流，并用其来探索搜索空间、观察设计随时间的演变情况，同时调整设计选择、技术参数和工作流程，以指导探索过程向多维优化的目标发展。
这个引擎使用了Synopsys研发团队发明的机器学期来执行大规模搜索任务，自主运行成千上万的探索矢量，并实时获取千兆字节的高速设计分析数据。
通过两年多与学界以及产业界的合作，借助DSO.ai可以得到更加优化的设计解决方案，加速芯片的上市时间，并且还能够降低芯片的设计和制造总体成本。
本周三，另一大EDA巨头Cadence也宣布推出已经过数百次先进工艺节点成功流片验证的新版Cadence数字全流程，进一步优化功耗，性能和面积，广泛应用于汽车，移动，网络，高性能计算和人工智能（AI）等各个领域。
这一新版的流程采用了支持机器学习（ML）功能的统一布局布线和物理优化引擎等多项业界首创技术，吞吐量最高提升3倍，PPA最高提升20%，助力实现卓越设计。ML功能可以让用户用现有设计训练Cadence数字全流程iSpatial优化技术，实现传统布局布线流程设计裕度的最小化。
MediaTek公司计算和人工智能技术事业部总经理Dr. SA Hwang说：“通过Innovus设计实现系统GigaOpt优化器工具新增的ML能力，我们得以快速完成CPU核心的自动训练，提高最大频率，并将时序总负余量降低80%。签核设计收敛的总周转时间可以缩短2倍。”
三星电子代工设计平台开发执行副总裁Jaehong Park则表示，“Cadence数字全流程的iSpatial技术可以精确预测完整布局对PPA的优化幅度，实现RTL，设计约束和布局布线的快速迭代，总功耗减少6%，且设计周转时间加快3倍。同时，Cadence独特的ML能力让我们在Samsung Foundry的4nm EUV节点训练设计模型，实现了5%额外性能提升和5%漏电功率减少。”
芯片设计终于迎来变革
EDA（Electronic design automation，电子设计自动化），是指利用计算机辅助设计（CAD）软件来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。
在EDA出现之前，设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作，物理设计人员需要处理每一个晶体管，甚至是那些组成逻辑门（如NAND、NOR以及其他逻辑功能等）的晶体管。但随着摩尔定律的发展，更大、性能也更强的芯片（die）被制造出来，再让设计者们处理每一个晶体管变得越来越不现实。
于是，整个产业把目光转向了抽象化（abstraction）——即在一个更高的层次上进行设计，而把那些底层的细节都归并到库和CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）工具中——就类似于软件产业所做的事情。
CAE系统配备了专门用于IC设计的硬件和软件的计算机，但当时能够使用计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）的只有实力强大的半导体公司的团队，这些团队中的设计人员技艺精湛，擅长复杂的逻辑和物理设计、库和过程开发、封装以及其他一些专业方面。
专用集成电路（ASICs，applicationspecific ICs）的出现改变了这一情形，ASIC可以让设计者们不需要了解IC的物理版图、加工工艺，或者说，事实上他们根本不需了解任何非数字层面的东西，让更多的人可以追逐摩尔定律的浪潮。
设计自动化行业认识到了这一点， 并创造了一些半定制和定制（ semi-customandcustom）方法，使得系统设计师们不需要达到CAD工程师那样的理解水平就能设计硅片。当然，通过支持ASIC设计，CAE工作站和EDA系统得到了迅速扩张，系统设计者也比哪些内部CAD团队更加开放。
但摩尔定律的持续发挥作用，即便有了支持ASIC设计的EDA，要设计大型电路依旧是一个艰巨的任务，同时，为了达到更高的生产率水平，需要心意层次的抽象化。
这时，设计的方法需要进一步提升，其中的一个关键是，由设计界提出的新层次的抽象化，在CAE的帮助下转化为生产力，成为了产业界的标准。这即是所谓的寄存器传输级（RTL，Register-Transfer Level）抽象。于是设计自动化公司们意识到它们需要跟进到RTL并努力提高设计人员的生产力，Synopsys在推进抽象化前沿发展做出了重大的贡献。
RTL进一步扩展了芯片设计群体，就像系统设计工具扩展了ASIC设计群体那样。
但自EDA从1993年进入成熟使其之后，这个领域的创新就开始放缓。可惜的是，芯片行业的挑战依旧在快速增加，即便有更好的模拟与仿真技术和IP市场的发展，随着2007年SoC成为人们关注的焦点，并且摩尔定律也在放缓，EDA面临着更大的挑战。
所以，而这一次，两大EDA巨头在其产品中引入AI，可谓是EDA行业自进入成熟期时候难得看到的创新。但业界对于新产品的接受程度以及影响力，还需要等到更多用户使用Cadence和Synopsys的产品之后才能得出结论。
雷锋网参考 清华大学出版社出版的《电路与系统简史》 雷锋网雷锋网
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