熊晓明:EDA技术创新现四大趋势 变革不可避免

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集微网报道 2023年6月2日—3日,第七届集微半导体峰会在厦门国际会议中心酒店隆重召开。作为第七届集微半导体峰会的重磅会议之一,首日举办的EDA IP工业软件峰会以“共建产业生态 同享产业链价值”为主题,聚焦国内外EDA、IP以及工业软件等全产业链的热点,探讨产业前行之路,共同定义电子设计领域的未来式。

会上,广东工业大学熊晓明教授发表了题为《新形势下EDA的发展趋势》的报告,就行业所面临的新形势,EDA行业技术发展的新趋势及未来展望进行了观点分享。

熊晓明看来,在基本停顿20年后,EDA领域于最近十年突然活跃起来,形成了新的产业发展环境。

过去十年,算力和存储力呈现爆发式增长。IDC报告显示,全球数据量到2025年将达到175ZB,接近2020年数量的3倍。预计到2025年全球算力规模将达6.8Z FLOPS,比2020年提升30倍。AI算力的需求每3.4个月翻一番。

熊晓明指出,在算力和存储力的爆发式增长背景之下,推动人工智能、云计算、大数据落地应用真正成为现实,带来新技术、新算法等的不断涌现,比如时下火热的ChatGPT。同时,随着摩尔定律趋于极限,工艺制程不断向前演进,在后摩尔时代,产生了很多新器件、新材料、新工艺等颠覆性新技术,包括5G、6G、无人驾驶、航空航天等新兴应用也不断涌现。

产业环境的改变使得芯片设计的复杂度在不断增加,而为了应对多样化的应用场景和设计需求,EDA设计模式也亟须突破。

熊晓明认为,新形势下,EDA的设计模式正呈现出四个变化。

一是由传统设计向敏捷设计转变,设计周期进一步缩短。该方向也是目前是EDA技术创新最活跃的领域,很多新产品、改进算法以及相关学术研究不断涌现,在追求极致的性能与功耗优势的同时,也针对领域的专用定制会导致碎片化问题进行研究。

二是由静态工具向动态工具转化,即新工具一定会涌现。这一点在设计中仿真验证环节已经体现得很明显,也是目前一个大的创新方向。同时,针对一些特定行业,如模拟电路、封装等的领域,也需要新的EDA工具。

熊晓明预计新工具领域的创新速度较快,特别是对制造、光刻校准等环节的一些辅助工具也将会很快出现。

三是电路设计向设计空间探索转变。同样功能的电路实现的方法千变万化,目前EDA工具每次综合仅限于单个设计,效率低下。EDA工具参数设置具有不确定性,工具和集成电路设计流程高度复杂化和黑盒化。需要利用最小的算力、时间等成本,找到在多个设计指标之间取得最佳平衡的设计方案。

熊晓明认为此前很多工具只是给设计者使用的,但对系统架构师或芯片架构师而言,并没有自动化的工具去协助其使用,架构师在工作中通常只能依靠自身的经验和对行业的了解,而最近两年,针对芯片和系统架构师群体使用的工具也逐步出现。

四是由手动调参向设计空间优化转变。一方面,工具参数空间庞大。为了适应不同应用场景和设计需求,现代EDA工具引入许多可调参数,所有参数取值组合构成完整的参数空间,其中的参数组合对设计性能可产生或正或负效果。另一方面,不同参数配置对性能产生影响。以开源数据集OpenCores的设计为例,针对不同的Benchmarks,在不修改原始电路网表的条件下,仅通过更改参数配置也能对Fitter时间产生巨大影响。

因此,如何使用现有工具,找到优化答案,也成为行业研究的方向。据熊晓明介绍,其团队在实验中通过采用新工具,引入寻找新的方法和优化方案,使得设计实现了3%-10%的改进,能够有效降低设计成本。

针对EDA领域新形势下的变化,熊晓明认为,EDA设计将呈现出四方面的发展趋势。

在敏捷设计方面,领域专用体系结构必须与全自动化、软硬结合的敏捷设计路线结合。高层次设计语言降低芯片设计门槛。打破传统的软硬件设计层次的隔离,通过多抽象层次的编译栈,将复杂的控制流与数据流自动翻译成各个层次的中间表示。算法空间、软件算子空间映射的设计空间探索。

在新工具方面,就功能覆盖而言,今天的EDA不再只是一个模拟器、一个综合工具和一个布局工具,提高抽象级别和高效的设计自动化可以加快设计周期,从而缩短上市时间。

其中,包括系统级协处理器硬件/软件协同设计和优化工具(EDA工具+IP);特定于领域的EDA通过虚拟原型实现,其中每个垂直领域都通过适合这些功能的专用流程进行加速和优化;EDA接口工具设计,提取设计关键信息自主分析与建模。

在设计空间探索和优化方面,包括基于虚拟原型的soc设计空间的探索以及特定领域硬件加速器的设计空间探索,系统架构向IPR转变等。

目前EDA市场正呈现加速发展之势。行业数据显示,预计到2027年,全球电子设计自动化软件市场规模将达到196.9亿美元,未来五年EDA市场将以10%的速率增长。

“EDA革命不可避免,一定会发生一次颠覆性的变革。”熊晓明表示。

责编: 陈兴华
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