当前,数字经济正在向智能化、平台化以及生态化几个方面纵深发展,包括5G、云、IoT、AR/VR、AI、机器人和大数据分析在内的技术创新成为核心推动力。这一过程中,系统设备对芯片及其软硬件工具提出了更多的需求,也提出了更高的要求。日前,在第11届EEVIA年度中国硬科技媒体论坛暨产业链研创趋势展望研讨会上,上海合见工业软件集团产品工程副总裁孙晓阳详细分析了目前高端芯片设计面对的发展挑战和机遇。
高端芯片可以从芯片和系统两个维度来分析。孙晓阳表示,在芯片侧,诸如HPC、HBM、AI、CPU、GPU、5G等高端芯片的市场窗口周期越来越短,在封装上系统集成是大势所趋。预计到2025年,先进封装将占据整个封装市场的一半。一些新型的接口标准正在出现,以满足不同的应用场景。与此同时,半导体市场的热潮让可靠的人力投入愈加困难,不过,也有越来越多的海外高层次人才回归,助力国内技术发展。
在系统侧,2.5D、3D先进封装,以及Chiplet这样的新形态的芯片在规模和复杂度上都表现出新的趋势。更大的容量导致更大的芯片面积,IO则是高速、大量、多样化,这些规模的升级,需要更先进的制造工艺和封装技术,多核异质架构成为主流,层次化的软件设计与多源多版本的全栈式集成,以及持续增加的IP集成需求都是当前大芯片面临的主要课题。
EDA工具的支撑
从底层看,支撑芯片设计发展的是EDA工具,在芯片侧主要包括仿真验证、硬件验证、原型验证、虚拟原型和形式验证工具,在系统侧则是封装设计和系统设计、物理设计和协同设计检查工具。合见工软的产品重点放在了验证。孙晓阳表示,验证贯穿整个芯片设计流程,是花费时间、资源最多的步骤。随着设计工艺节点的进步,芯片设计的成本不断上升,通过验证发现设计缺陷和错误愈发重要,同时,随着IC设计发展逐渐细化,验证方法学及验证手段也在不断发展,各种验证方法开始结合,以实现快速、完备、易调试的目标。
在芯片设计中,原型验证系统在缩短芯片开发周期并降低开发成本上发挥重要作用。孙晓阳表示,合见工软提供的原型验证系统UniVista Advanced Prototyping System(UV APS)拥有多种特性可以满足大规模芯片设计的需求:
首先,在容量方面,该系统单套设备使用了4片Xilinx VU19P FPGA,可灵活堆叠,最大容量支持25套设备级联(100片FPGA互联),在客户的实际部署中已经达到了160颗,如此大的规模可以满足大多数数字系统芯片设计的需求。
其次,在性能方面,UV APS具有非常强的分割能力。设计被分割到多个FPGA上,因此需要分割算法来进行优化。同时,为了使性能达到最优,该工具提供了时序驱动来确保算法的快速运行。
此外,UV APS还具有全自动化的边缘软件,这意味着用户不需要花费过多的时间和精力去适应FPGA。这种自动化软件能够大大简化设计的移植和启动过程,提高工作效率。
UV APS提供了调试手段,用户可以根据自己的需求来查看整个系统任何想要的信号。这种调试手段不仅可以在同一颗FPGA上进行,还可以跨FPGA进行。
支持Hybrid仿真和验证是UV APS的一个重要特性。该功能可以满足用户在设计启动的早期,选择一部分在原型验证系统上运行,另一部分用模型来替代。这种灵活的联合仿真和验证方法可以实现所谓的验证左移,使设计者可以更早地开始验证工作,从而缩短产品上市时间。Hybrid方法在软件开发和硬件设计之间建立了一个桥梁,使得两者可以相互补充,提高了开发的效率和准确性。
除了芯片级EDA工具,合见工软在系统级EDA上也有布局,目前核心产品是UniVista Integrator和UniVista EDMPro。
UniVista Integrator(UVI)是一款高效解决2.5D、3D、SIP等各种先进封装设计需求的集成开放的一体化协同设计环境,能够支持在同一个设计环境中导入各种格式的IC、Interposer、Package、PCB数据,并支持设计数据的各种操作;能够基于物理、图形、数据等信息,根据不同应用需求,自动产生系统级互连关系网表、互连错误信息、网络断开类型、互连叠层信息、Bump尺寸一致性、互连管脚偏差等关键报告,并支持系统级设计互连检查(System-Level LVS),以帮助各领域的工程师能简单高效地检查修改优化设计,大大提高产品设计的一次成功率。
UniVista EDMPro是一款基于规则的库管理签核工具,能够使企业有效的提升管理成熟度并使管理信息化应用迅速落地。该工具包含四款核心产品RMS(资源库管理系统)、ERS(电子设计过程管理与质量评审系统) 、ERC(电子设计检查工具)和 PDMCon(PDM/PLM系统集成方案),覆盖资源管理(RM)、知识管理(KM)、数据协同(DC)、过程协同(PC)、系统协同(SC)以及工程协同(SE)等领域。
结语
今年5月,合见工软收购了北京诺芮集成电路设计有限公司,扩展了其IP产品线。从芯片和系统级EDA工具,到IP,以及和华大九天的模拟仿真合作,通过合见工软的产品布局,可以看到国内EDA产业从芯片、系统到应用的发展愿景,而这一过程也将提高我国集成电路产业链的整体竞争力,推动我国集成电路产业的快速发展,并促进科技创新驱动发展。