后摩尔时代，新设计方法学如何使芯片生产率提升1000倍？

集微网消息，随着摩尔定律日益逼近极限，如何进一步有效提高芯片性能同时使成本控制在设计公司可承担的范围内，成为半导体产业链各方近年来的攻关课题。

系统公司涉足先进制程SoC，带来更多设计痛点和诉求

过去十几年里，半导体行业呈现出两大转型趋势。

首先在晶圆制造部分，IDM企业的数量锐减，制造+设计的产业链分工明显，晶圆制造部分逐渐形成台积电、三星和英特尔三家独大的局面。背后的推动因素是系统重要性和复杂性的不断提高，使企业需要降低研发和制造成本，如今在晶圆制造领域，基本只有这三家公司能够承担先进工艺制程的成本、复杂性和重要性。

其次在芯片设计部分，过去先进制程用户主要是芯片设计公司，现在越来越多诸如谷歌、微软、Facebook、亚马逊、BAT等系统厂商成为主要的先进制程芯片设计者和消费者。

“这两大趋势相继并生。在制造端，制造能力、产能以及先进制程所需的能力、可负担性发生了巨大的变化；在客户端，汽车、AI和超大规模数据中心等高算力需求的主要应用推动着系统公司自行设计和定制芯片，以期实现与众不同的系统架构和差异化的竞争优势。在此背景下，半导体行业在宏观趋势上发生了三大转变，越来越多系统公司涉足Domain Specific Architecture（DSA）芯片设计。”新思科技（Synopsys）首席运营官Sassine Ghazi总结道。

他指出，第一个转变是越来越多系统公司希望定制SoC，以实现电子系统的差异化；第二个转变是系统公司本身也开始追求自己的SoC设计部门，以从芯片层面就实现终端系统的差异化；第三个转变是这些系统公司越来越“像”一家半导体公司。

“在整个行业持续不断对先进工艺制程的极致追求下，摩尔定律已经越来越难以支撑芯片对功耗、性能、成本最优的要求，包括技术不可预测性、研发投入高昂和设计难度大幅提升等。半导体产业链各环节都提出了不同的方案来应对芯片设计需求和难度的攀升。”Sassine Ghazi指出。例如上游的设备公司、材料公司不断提升设备性能、研发新型材料；芯片设计公司研究新的芯片架构；晶圆厂和封测厂研发各种先进封装技术等等。

“作为产业中重要的一环，新思科技也提出了新的设计理念‘SysMoore’，来引导行业在未来将芯片性能进一步提升。”

在摩尔定律已经跟不上行业发展的情况下，今年新思科技全球用户大会（SNUG World）之上，联合创始人Aart de Geus提出了“SysMoore”的概念，前缀Sys指的是在系统层面解决问题，而不只是在一个晶圆中集成的晶体管数量这个层面来解决问题。Sassine Ghazi强调，“未来，只有站在系统的高度我们才能继续优化，找到把我们拖出性能‘泥潭’一起向前发展的解铃人。”

“今天我们提出SysMoore，代表着新思科技一直从更高的维度来思考解决半导体行业挑战的设计方法学。” 新思科技全球资深副总裁兼中国董事长葛群指出，未来EDA的角色很重要的一个改变就是能够让整个芯片设计的门槛降低，让更多人能够参与到芯片设计当中来，非常符合当前中国半导体行业发展的需求，也可以帮助新思科技在未来的后摩尔时代解决两方面发展需求。一方面是解决对于不同工艺尤其是硅工艺的建模和抽象难题，使得人类能更好地控制不同工艺，尤其先进工艺。另一方面能够让更多的人参与到芯片设计当中来，满足人类不断发展的性能需求。

从系统层面来解决芯片设计痛点，行业也面临着几个趋势和诉求：

第一，摩尔定律并非完全失效了，传统上基于晶体管尺寸缩微和集成度提升的摩尔定律依然是很多公司可以遵循的发展路径，也是利润的前提。

第二，在遵循当前摩尔定律的基础上，芯片设计越来越关注能效表现。

第三，2.5/3D封装、多裸晶设计等系统级先进封装技术成为提升芯片性能的重要手段。与此同时，在“超越摩尔”的部分，比如新思科技提供了预设的可复用的IP模块，客户可以基于这些模块来“组合”自己的芯片设计。

第四，汽车、超大规模数据中心等行业越来越追求晶圆的可靠性，需要进行贯穿整个产品生命周期的晶圆健康监控和可靠性检测（Silicon Health）。

第五，EDA/IP厂商越来越多地将AI技术用于EDA工具的设计、仿真、综合、验证等过程，解决保障性、安全性和可靠性等瓶颈问题。

SysMoore如何在未来引领芯片生产率提升1000倍？

面对上述挑战，Sassine Ghazi表示，新思科技作出了一个重要承诺：无论是依赖传统的摩尔定律进行设计，还是已经超越摩尔用SysMoore理念从系统级别去解决设计挑战的客户，我们有志于用我们打造的解决方案提高他们的生产率1000倍！

下面这张图简要介绍了新思科技是如何从硅、器件、芯片、系统到软件、服务，一步步实现1000倍的生产率。

Sassine Ghazi解释，首先，新思从硅层级上提供独特的价值主张和产品服务，帮助客户完成制造流程的建模、验证、模拟。为了达到更好的效果，新思科技与客户公司晶圆厂密切协作，以确保他们能通过新思科技的软件和解决方案实现更好的设计。一个具代表性的是DTCO（设计、工艺、协同、优化，设计工艺协同开发）解决方案，推动了上文中提到的系统公司的先进制程芯片设计。

其次，在芯片设计和制造领域，新思科技提供数字化的融合设计平台，能实现最优化的功耗、性能和成本表现，此外融合设计平台和AI结合在一起的DSO.ai是行业内第一个用自主AI系统帮助客户进行芯片设计的解决方案。融合设计+DSO.ai可以帮助客户用AI的系统进行芯片设计和开发并达到最佳效果，设计流程和上市速度也是最快。

第三个优势在于新思科技提供先进制程芯片基础IP，再加上设计平台，帮助客户实现最优化的结果，并将整个设计流进行可预测化。

第四个优势在于如果要更上一层楼，从系统层面解决问题，新思也提供了一些基础设计架构。例如HW/SW Proto可以让芯片生产出来之前就能让客户对系统软件做到心知肚明，不需要之后再修改。另一个3D IC架构可以加速多裸晶芯片系统设计和集成，在封装中创建最佳的2.5D/3D多裸片系统。此外就是安全IP，在客户痛点的每一个领域新思科技能有解决方案，而且EDA工具可以上云，帮助客户达到最优化的设计流和设计表现。

葛群补充说，新思科技针对行业痛点和诉求打造的全方位一体化解决方案，之所以能够帮助客户解决系统开发复杂性，得益于从芯片设计到软件设计的整个设计流程都基于云架构进行驱动和保障。同时基于在设计环节中产生的数据也可以反过来打造新应用，或进行数据分析来发现一些有意义的洞察。

“最后就是服务了。我们希望打造一些服务特异性、系统特异性的解决方案。比如客户有一个设计方面具体的参数要求，或系统设计方面的具体要求，我们帮助他确保从系统和设计端具体打造成一个个组分和部件，再跟客户进行交付。”葛群表示，“为此我们加大了设计服务团队和解决方案的融合，以帮助在设计过程中比较困难的公司，解决下一段复杂性的问题，从规模量级到系统级别去解决这样的问题，帮助客户实现系统级别的设计和优化。”

芯片设计“Shift Left”，降低设计门槛紧握中国市场机遇

在半导体行业发展的浪潮中，以往软件领域的“Shift Left（开发左移）”逐渐被引入到芯片设计流程。它原本是指在开发流程的早期发现并修复错误，而不是在发布后的测试期间再发现错误，因为在发布后修复这些问题的成本要高出100倍。显然半导体行业中这一成本更为高昂。

为应对后摩尔时代系统级设计带来的挑战，新思科技率先提出Shift Left理念，为芯片设计开发提供了完整的工具平台和可复用的IP，加速设计流程、缩短验证时间并提高设计成功率。

最后，Sassine Ghazi表示，新思科技在今年全球的营业收入为37亿美元，而中国市场的贡献达到了11.4%。“中国市场本身充满了精力充沛的动能，拥有各种各样的客户，在各种细分领域更有着令人艳羡的发展速度。更重要的是，中国终端系统市场颠覆性的创新，不仅仅能够供给中国本土市场的客户使用，也使新思科技能够将中国的创新体量和速度，把出色的结果交付给我们全球的客户。”他强调，“因此，新思科技非常希望在这片潮起云涌的热土当中加大我们的创新方面的投入和协作，帮助客户进行创新，一起抓住中国这片沃土所带来的市场机遇。”（校对/holly）