从EDA技术演变里看芯片创新之未来

EDA工具的出现，手动到自动的跨越

1958年诞生的芯片拉开了人类社会迈向信息社会的序幕，并逐渐形成了芯片产业。1965年，摩尔提出“由于工程师可以不断缩小晶体管的体积，芯片中的晶体管和电阻器的数量每年会翻番”，此后又修正为“每隔24个月，晶体管的数量将翻番”。彼时，芯片上的元件大约只有60种，设计人员依靠手工完成芯片的设计、布线等工作。 从20世纪60年代中期开始，业界先后出现包括通过几何软件生成单色曝光图像图形化工具，第一个自动化的电路布局和布线工具等，这些工具奏响了EDA发展的序曲。80年代开始，随着VHDL、Verilog、以及仿真器的出现，芯片设计仿真和可执行的设计有了其规范化的硬件描述语言和标准。

1986年新思科技创始人Aart de Geus博士发明了具有划时代意义的逻辑综合工具。逻辑综合工具的出现，使原本用单个门来手动设计芯片电路的工程师用电脑语言来“写”电路的功能，能够通过逻辑综合进行设计实现，极大提升了芯片设计的效率，从而让工程师将更多精力集中在创造性的设计上。这项发明无论当时还是现在，都具有划时代的意义，加速了芯片开发的进程，使大规模芯片开发变为可能，让人类有机会在今天设计出包含数百亿个晶体管的复杂芯片。

EDA工具推动芯片行业沿着摩尔预测的路径发展，从10µm逐步演进到如今的5nm，芯片规模逐渐扩大，电子系统变得越发复杂。从系统架构开始，落实到功能的定义和实现，最终实现整个芯片的版图设计与验证，是一项复杂的系统工程，汇聚了人类智慧的最高成果。以苹果2020年发布的新款A14芯片为例，这款芯片采用5nm工艺制造，将118亿颗晶体管集成在面积仅为88平方毫米的内核上，靠手工已经无法完成。

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Design Compiler赋能全球IC设计

逻辑综合对于EDA设计领域来说是一个伟大的成就，能够把描述RTL级的HDL语言翻译成GTECH，然后再优化和映射成工艺相关的门级网表，作为输入给自动布局布线工具生成GDSII文件用于芯片制造。新思科技的Design Compiler自1986年推出以来，得到全球几乎所有的芯片供应商、IP供应商和库供应商的支持和应用，到90年代中期，Design Compiler已经成为RTL逻辑综合的事实标准，让设计人员的生产力提高至10倍。Design Compiler作为业界历史最悠久的设计实现工具，经过30年的不断发展和技术积累，提供最可靠设计实现优化和性能结果，是目前业界使用最为广泛的ASIC设计实现工具。

新思科技并未止步于一时的技术领先，而是前瞻性地预判到行业未来的发展趋势和市场需求，持续对Design Compiler系列产品进行研发投资，带来一次次突破性的创新综合技术。例如，新思科技将Design Compiler升级迭代为Design Compiler Graphical，加入物理综合，即在综合前加入版图的布局规划信息（floorplan），然后调用库信息和约束条件，生成带有布局信息的门级设计结果，进一步提高了综合与布局布线结果的相关一致性，不仅可以更精准地估算连线延时，还可以预测布线拥堵情况并进行相应优化。 Design Compiler系列产品已经引领市场超过30年，新思科技一次次以尖端的EDA技术，为当今极度复杂的前沿设计提供了有力支持。新版Design Compiler NXT集成了最新的综合创新技术，支持5nm以下工艺，能够大幅度缩短运行时间、实现具有绝对优势的QoR，同时满足了诸如人工智能（AI）、云计算、5G和自动驾驶等半导体市场对更小体积、更高性能、更低功耗的芯片需求，以及对研发周期越来越高的要求。

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Fusion Compiler推动数字设计迈进新纪元

从2000年开始，由于复杂性日益增加，过程节点和设计时间持续缩减，使得在仍然能够提供更好的结果和更快交付的同时，管理设计成本变得十分关键。于是新思科技开始着手开发一个全面的、紧密集成的实现平台—— Galaxy Implementation Platform，能够将芯片物理实现所需的所有工具集成到一个协调的环境中，简化了工程师从一个工具变换到另一个工具的复杂度，有助于提高生产力并降低出错几率。IC Compiler是该平台的一个主要组件，为设计人员提供了一个单一、聚合、芯片级物理实现工具，该工具实现了卓越的设计结果质量（QoR）、交付时间更短、设计成本减少以及易用性等优点。 进入21世纪， EDA技术开始深入制造领域，并与晶圆厂建立紧密的合作，将EDA工具的使用从制造不断扩展到标准单元库、SRAM设计。而随着领先晶圆厂每两年开发一代工艺，不断推动摩尔定律向前，EDA工具需要在早期工艺研发中介入，以确保芯片的设计能够在新工艺上被精确应用、最终成功制造，EDA在产业链的作用更加凸显。新思科技作为目前全世界唯一一家覆盖了从硅的生产制造、芯片测试、到设计全流程的EDA公司，既能够在芯片制造的所有流程环节提供核心技术和软件，又能够为芯片设计的全流程提供核心技术软件的EDA和IP，有力推动了产业生态圈的良性合作。 工艺和设计的不断发展，要求前后端有更好的一致性，以便更快速的收敛。新思科技推出创新性的RTL-to-GDSII产品Fusion Compiler，通过把新型高容量综合技术、行业领先的布局布线技术、以及业界领先的golden signoff技术融合到统一可扩展的数据模型中，同时引入诸多机器学习技术，利用Fusion Compiler可以在最短的时间内提供同类最佳的设计实现质量，能够更好地预测QoR，以应对行业最先进设计对更高性能、更低功耗、可靠性、安全性的要求。

Fusion Compiler是业界唯一的从RTL到GDSII解决方案，能够实现前后端统一数据模型、统一的设计和优化引擎，让整个设计实现中保持良好的一致性，促进了设计实现性能提升，加快了工具实现的时间和设计收敛的速度。同时，引入机器学习技术，对设计的实现和优化进行加速，显著提高设计收敛的速度。这样的融合技术已被市场领先的半导体公司进行了充分验证，能够提供最高质量的设计，包括通过台积电5nm、3nm和三星5nm、3nm等最先进工艺的技术认证。

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DSO.ai开启芯片智能设计

当前，芯片行业正在经历一个技术进步和创新浪潮的复兴时期。人工智能、5G、自动驾驶等新兴领域技术的不断发展对芯片设计带来全新的挑战，包括工艺要求提升、丰富的应用场景、整体设计规模以及成本等。EDA工具进入2.0时代，其未来的发展着重在两个大的方向，一是应用目前丰富的算力，提高并行和分布式处理能力，提升设计效率；二是更多的应用AI技术，促进设计的探索自动化，减少可替代的人工努力，解放工程师资源到更具创造性的工作。 新思科技于2020年初推出了业界首个用于芯片设计的智能化软件——DSO.ai（Design Space Optimization AI），这是电子设计技术上又一次突破性技术，能够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，从而在芯片设计领域掀起新一轮革命。三星已经采用新思科技DSO.ai实现性能、功耗与面积优化上的进一步突破。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，提速近10倍。

在摩尔定律走向极限、电子领域急需转变突破的关键点、人工智能和量子等新兴技术及产业不断涌现的当下，新一代EDA（NG-EDA）的呼声越来越高。DSO.ai这种AI驱动的设计方法将引领EDA进入2.0时代——支持大规模并行运算、可部署在云端的EDA智能化设计系统。 EDA作为整个电子产业的根技术，从最初作为输入与仿真的工具确保芯片的正确设计、到通过优化与映射确保芯片设计的最佳性能、再到如今不断提升自主化和智能化来引领芯片设计，EDA通过自身的不断演进和迭代升级，将保障芯片的持续创新，为人类迈入数字经济时代提供源源不断的动力。

原文标题：从EDA技术演变看芯片创新之未来

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责任编辑：haq