EDA如何助力3D IC异构集成

电子发烧友网报道(文/黄晶晶)每年ICCAD上EDA公司都会带来最新的技术产品和洞察，今年也不例外。在中国集成电路设计业2021年会(ICCAD2021)上，国内外EDA企业谈论最多的话题莫过于EDA的智能化、EDA上云以及如何适应芯片异构集成、系统公司研发芯片等趋势。数家EDA公司高管在接受包括电子发烧友网在内的媒体采访时，就这些话题也进行了深入的分析和观点分享。

AI不是万能的，但可以加速EDA工具的效率

AI尽管向各行各业渗透并且带来了改变，不过这并不意味着AI能够代替人工，在如何推进EDA实现智能化方面，受访专家们的共识是EDA应用AI是必然趋势，而AI起到了加速和辅助作用。

新思科技(Synopsys)几年前推出的推出业界首个用于芯片设计的自主人工智能应用程序DSO.ai，能够帮助开发者在芯片设计的巨大求解空间里搜索优化目标，该解决方案大规模扩展了对芯片设计流程选项的探索，能够自主执行次要决策，帮助芯片设计团队以专家级水平进行操作，并大幅提高整体生产力。中国区副总经理许伟认为，AI正在向EDA设计领域渗透，但这不意味着AI可以自主设计芯片。AI强大的算力和算法只能作为辅助功能，将一些琐碎的需要手工反复操作的环节进行转化，但在关键选择与判断上还是需要人工进行。AI解放人的生产力，但不能取代人。

国微思尔芯专注于数字验证EDA领域，国微思尔芯资深副总裁林铠鹏表示近几年AI芯片客户多，较传统芯片AI芯片的迭代更快。通过AI进行分布式运行、矩阵式解决方案，可更快地获得验证结果，可以说AI有助于在特定领域快速的获得结果，加速数字验证。另一方面，通过机器学习、AI算法来提升EDA工具和软件和性能，例如数据编辑、数据分割、时序、收敛等。国微思尔芯内部的算法专家、科学家以及在与学术界、高校的交流都在推进AI为EDA所用。

此外，在这两年系统更复杂的大型芯片成为趋势下，对于仿真验证提出更多要求。比如多个切割构建的3D封装系统，多个NPU、CPU协作的系统，验证的复杂性和挑战性变大。就需要通过系统建模、分布式计算或集群的算法等方式进行验证，以此提高验证效率。

成立于2020年初的国产EDA公司芯华章科技，专注前端数字验证，2021年发布了四款数字验证工具，包括前端的逻辑仿真、形式化验证、智能验证以及FPGA原型验证系统这四款产品，芯华章科技立足国内市场，面向国际，力图在数字EDA验证领域做出更多创新。

芯华章产品和业务规划总监杨晔认为，芯华章正在朝着EDA 2.0阶段的平台化、智能化的目标前进。芯华章切入数字验证EDA产业链，它其实不是一个点，而是互相之间紧密联系的面。“我们推出的产品在数字验证上形成了一个平台，例如逻辑仿真和形式化验证是数字验证当中的动态仿真和静态仿真这两个核心功能，它们互相补充，互相配合。同时，智能化验证工具从需求和架构出发，与动态仿真、逻辑仿真工具配合。芯华章的FPGA原型验证系统，也是动态仿真和系统级验证的重要工具。”杨晔表示。

与现有厂商工具不同的是，芯华章本次新发布的这四款产品以面向未来发展、面向数字化系统的智能化设计流程为目标，融合人工智能、云原生等技术，对EDA软硬件底层框架进行自主创新，从用户界面、调试功能到数据格式均具备统一性，其底层编译技术和对新型ARMrm架构服务器的支持上也全部采用统一框架。

EDA上云趋势所在，需解决商业模式、信息安全等问题

在新思看来， EDA上云本质上是云架构与EDA流程的结合，需要打通PAAS、SAAS和IAAS等不同的架构层，让EDA适用于任何云服务平台，且在使用上贯通芯片设计的全流程。当前的趋势是，越来越多的公司从建私有云到建公有云，适应大数据和算力的设施部署逐渐增多，新思很早就与微软展开合作，在微软Azure上运行的IC Validator物理验证解决方案在不到9小时的时间内，完成了对AMD Radeon Pro VII GPU(包括超过130亿个晶体管)的验证。当前，新思也在积极准备多样化的产品支持EDA上云，满足客户的不同需求。

国微思尔芯林总认为，EDA上云对于中小型芯片设计公司将会有很大的帮助。EDA无论是设计或是验证对算力的需求非常大，中小公司难以承受，通常是以时间换金钱，如果有更好的云解决方案，例如采用私有云、公有云混搭的方式来提供合理的解决方案，将让初创公司、中小型芯片公司受益。

不过，信息安全、数据安全，以及合理的许可费商业模式，比如按时间、算力云收费，是否跟原来以年为单位卖license的商业模式有冲突呢。这些问题都是EDA上云值得思考的。

杨晔则认为，目前出于技术、工程以及客户需求等原因，真实在云上做EDA的并不多。不过，云端对于EDA工具的弹性算力非常有帮助，因此芯华章未来推出的与上云相关的工具和服务也会帮助客户更好地利用云端的弹性算力，同时也帮助云厂商更好地对接芯片厂商。

对于国内EDA厂商间的协同，杨晔表示，行业还是要做得更加开放，需要能够从数据、功能接口、标准化上提出更多自己开放的内容与统一标准，才能在跨度复杂的EDA工具链上实现由点到面发展，给用户和下游产业带来更多的价值。芯华章的产品正尽量做到开放，例如FPGA平台的硬件接口是开放的，用户可以根据开放的接口或第三方定制来拓展子卡，这样的子卡跟芯华章的软件搭配，可以实现不同行业领域的FPGA原型界面系统。软件上也会开放更多的数据标准，对接现有行业标准的数据格式。同时，芯华章也会积极参与产业联盟，共同推进实现国产EDA开放和协同的目标。

EDA如何助力3D IC异构集成

西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳介绍说，作为全球三大EDA工具厂商之一，西门子最早在台积电的CoWoS和InFO封装技术中提供解决方案。当时基于板级或硅基的2.5/3D堆叠，西门子EDA第一时间延展出相应的工具解决新的验证难点 。其中包括 Xpedition 系列的 XSI 和 XPD，并基于golden signoff Calibre平台的3DStack，其后又为3D堆叠測试推出了 Tessent 3DIC DFT解决方案。

西门子在3D-IC合作上，多次获得台积电 Partners of the Year奖项。今年，三星 SAFE (Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 奖项，西门子的高密度先进封装(High Density Advanced Packaging) 设计流程亦取下了Best Innovation Award。如今，多芯片设计越来越重要， EDA工具必须先行先试，在早期就与Foundries合作定义这样的多芯片异构集成EDA参照流程，这样才能够为整个半导体行业做出更大的贡献。

3D IC也是新思部署的重点。许伟表示，3D IC是延续摩尔定律有效的途径之一，过去几年只停留在战略宣传，如今需求已经真实爆发。它有三大典型场景，一是高性能计算，目前大量用到高带宽的HBM存储芯片，由于它还不是独立的芯片因此需要堆叠的替代方案。第二是针对GPU、NPU这类先进的7nm5nm芯片的接口，基本上在12纳米会有更好的性价比，因此不同工艺节点的芯片需要放在一个封装当中。第三是网络芯片规模大、对性能和功耗要求高、IP核复杂等，3D封装能从系统层面让芯片方案具备更多的灵活性。

新思从3D IC的单点工具出来，逐渐丰富了架构、IP、封装等技术工真，形成了统一的计算平台3D IC Compiler，3DIC Compiler基于新思科技的Fusion Design Platform、世界级引擎和数据模型，在单一用户环境下提供一个综合性的端到端解决方案，具有针对先进多裸晶芯片系统设计的全套功能，令芯片设计开发在统一环境下通过可视化功能展现的2.5D/3D封装直观环境，边分析边设计，以此提高生产力。

在中国市场，新思科技与国产EDA行业的领军企业芯和半导体推出3DIC先进封装设计分析全流程”EDA平台，通过集成新思科技3DIC Compiler与芯和Metis减少3DIC的设计迭代并加快收敛速度，帮助封装设计和异构集成架构设计方面不断实现创新。

系统级平台是EDA未来方向

我们看到，无论是近几年西门子EDA不断的收购，还是新思、Cadence等EDA巨头对平台资源的整合，他们无一不是进行着平台化的动作，这也预示着EDA未来的发展方向。

许伟表示，EDA设计的复杂度体现在从过去的单点物理性能指标的优化，转移到以系统和应用角度出发，对整个系统架构、软件、设计到设施甚至生命周期管理的整合，这一设计趋势让芯片产业成为未来数字产业的核心技术。因此，新思在过去几年对软件语言例如像C、C++、Python、Java等都进行了投资，如今许多系统级公司不仅使用新思的EDA、IP，也使用软件安全和硬件系统，也就是通过系统合力来解决应用问题。

数据显示，Foundries客户群体中系统公司每年的年复合增长率为70%，未来重大的芯片客户可能不再是传统的Fabless，而可能是系统公司。凌琳表示，芯片SoC只是系统当中的子系统、超级系统的一部分，因此就需要EDA公司提供更加丰富的平台化产品作为支撑。西门子数字化工业软件不仅有EDA，还有生命周期管理工具、流程管理、机械仿真、热分析，以及线束线缆等。当Fabless客户需要提供的数据算力越来越高，当系统公司需要提供的解决方案是System of Systems时，软件工具需要持续创新以支撑做更复杂的更多样化的设计，这也是西门子一直努力的方向之一。

西门子EDA同时高度重视高抽象层次的设计和验证。凌琳认为，传统上用RTL写代码，将来用RTL的佔比会越来越少，我们尽可能用C、C++、System C这种更高阶的语言，更多的RTL工作交给工具和IP供应商去完成，通过引入高阶综合方法来做AI算法，它比编码工程师写RTL代码更快。西门子数字化工业软件将会创新一个抽象层次更高、更贴近于系统级高阶综合的平台解决方案，以更智能的方法更高效率地为芯片设计公司服务。

在这方面，国内EDA公司也有自己的探索。杨晔表示，2021年芯华章打造出具备平台化、智能化、云化底层构架的解决方案，正式发布智V验证平台 (FusionVerify Platform)，拥有“协同、易用、高效”三大优势，能让工具带来1+1>2的验证效益，有效地解决产业正面临的兼容性挑战，以及数据碎片化导致的验证效率挑战。

原文标题：EDA最热话题：EDA+AI、云、3D IC，大咖们怎么看?

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审核编辑：汤梓红