全球 IC 設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)因其創(chuàng)新特性和智慧資本取向，有實(shí)力成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的新經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，除了設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)本身求新求變的本質(zhì)足以服膺市場需求外，完整的鏈狀發(fā)展和分工體系亦是一項(xiàng)重要的關(guān)鍵?！腹び破涫?，必先利其器」。EDA (Electronic Design Automation) 所扮演的角色主要在于提供 IC 設(shè)計(jì)者的工具，最重要的功能是自動(dòng)化減少晶片設(shè)計(jì)的時(shí)間及制造的周期，對 IC 設(shè)計(jì)業(yè)者而言，EDA 產(chǎn)業(yè)的提升，具有相當(dāng)?shù)挠绊懶浴?/p>

EDA 技術(shù)的來源

目前 EDA 技術(shù)已經(jīng)在多種產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用，從設(shè)計(jì)、性能測試、特性分析、產(chǎn)品模擬等，皆可在 EDA 環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)與驗(yàn)證。這不但可大幅縮短開發(fā)流程，也增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)效能。 EDA 概念的使用范疇也相當(dāng)廣泛，從電子、電機(jī)、通訊，航空科技、化工、制藥、軍事、生物科技等領(lǐng)域，都有利用到 EDA 的技術(shù)加速產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。近年來，車載電子 (用于救護(hù)車)，醫(yī)療院所的 UPS (不斷電系統(tǒng))、手術(shù)設(shè)備、檢查設(shè)備等，更是研究單位積極致力發(fā)展的方向。目前 EDA 技術(shù)在也各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用，例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術(shù)。本文所指的 EDA 技術(shù)，主要談的是電子電路設(shè)計(jì)、PCB 設(shè)計(jì)和 IC 設(shè)計(jì)上的 EDA 技術(shù)。

解決 EDA 產(chǎn)業(yè)目前面臨的問題

EDA 技術(shù)的成本，雖然在產(chǎn)品總成本中只占很小的一部分，但就長遠(yuǎn)的電子科技產(chǎn)業(yè)鏈而言，設(shè)計(jì)芯片仍然是一項(xiàng)昂貴且耗費(fèi)人力的任務(wù)。 人工智能 (AI) 和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化可以是完美的組合，AED (Autonomous Electronic Design)。與軟件行業(yè)相比，芯片行業(yè)除了需要流片外，目前芯片設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)效率上仍面臨以下三個(gè)問題。

首先是版圖設(shè)計(jì) (Layout)，尤其是模擬/混合信號(hào) (AMS, Analog Mix Signal) 設(shè)計(jì)。這就好像是軟件領(lǐng)域的編譯器，只要將代碼寫完，然后按一下"編譯"，就能即刻將執(zhí)行文件生成出來。但是在芯片領(lǐng)域可就沒那么簡單了! 在電路設(shè)計(jì)完成后，需要花很多時(shí)間去做版圖設(shè)計(jì)生成 GDS (Graphic Data System)，如同軟件行業(yè)里，要將代碼翻譯成機(jī)器碼一樣，這個(gè)過程目前需要依靠人工，藉由設(shè)計(jì)人員的技能和經(jīng)驗(yàn)，來解決軟件通過時(shí)的種種障礙，相當(dāng)?shù)暮臅r(shí)。目前的 EDA 工具，雖然功能提升許多，但在自主化的環(huán)節(jié)上，仍有相當(dāng)大的改善空間。

第二個(gè)問題是設(shè)計(jì)復(fù)用的問題。軟件行業(yè)的發(fā)展至今已有相當(dāng)?shù)某墒於?，有很多現(xiàn)成的函數(shù)庫可以利用，調(diào)動(dòng)一下就行了。但 EDA 產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今將近 50 年，始終未能建立業(yè)界通用的電子零件電路標(biāo)準(zhǔn)格式，絕大多數(shù)的模塊都必須從頭開始設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)用，使得集成電路工程設(shè)計(jì)者在前端作業(yè)時(shí)，常面臨繁瑣冗雜、重復(fù)性高的工作模式，難以縮短晶片制造的時(shí)間。

第三個(gè)問題是檔案繁復(fù)、零件瑣碎，資料管控困難。純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)方式的建置與管理，不僅耗費(fèi)大量人力、時(shí)間與成本，更影響工作效率。面對產(chǎn)品制造周期大幅縮短的現(xiàn)實(shí)需求下，如何以更快的速度推陳出新，提高產(chǎn)品品貭與服務(wù)品質(zhì)，是EDA廠主要的思考方向。

敏捷設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng) EDA 技術(shù)的進(jìn)步

DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) 是美國最尖端的政府研究機(jī)構(gòu)，它的資助方向可以看作是業(yè)界新潮流的風(fēng)向標(biāo)。2018 年七月底，DARPA 宣布投入 15 億美元，協(xié)助半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展。此研究計(jì)畫，包括設(shè)計(jì)更彈性與更新的晶片架構(gòu)，以符合人工智慧 (AI)、高速運(yùn)算等新科技的需求。

敏捷設(shè)計(jì)的來源是 DARPA 內(nèi)部的 Agile Team (A - Team)，此團(tuán)隊(duì)致力於研發(fā)、測試、和演示先進(jìn)的數(shù)學(xué)演算法，進(jìn)而利用此法優(yōu)化人類智能機(jī)器系統(tǒng)。DARPA 的項(xiàng)目經(jīng)理 John Paschkewitz 說: “A - Team 將開發(fā)一個(gè)架構(gòu)，來優(yōu)化智能機(jī)器在各種行業(yè)中的使用，并與人類一起確保最佳的人機(jī)團(tuán)隊(duì)合作，解決動(dòng)態(tài)的問題"。A-Team 的產(chǎn)出將包括 “智識(shí)網(wǎng)絡(luò)” (Intellectual Fabric) 的演算法 (Algoirithm)、摘要 (Abstraction) 和體系結(jié)構(gòu) (Architecture)，目的是提高該應(yīng)用領(lǐng)域的決策能力。

這次資助的最大贏家是來自 Cadence 的 David White 所屬的團(tuán)隊(duì)，他們獲得兩千四百萬美元的資助。 Cadence 的總裁 Anirudh Devgan 在一份聲明中說: “我們將在模擬、數(shù)字、驗(yàn)證、封裝和 PCB EDA 技術(shù)上全面升級(jí)，并為我們的客戶提供最先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持解決方案“。Cadence 高級(jí)副總裁 Tom Beckley 在峰會(huì)上指出，將繼續(xù)在 Virtuoso 工具中加入更多機(jī)器學(xué)習(xí)，利用人工智能來幫助版圖生成自動(dòng)化。

資料來源: DARPA

另外，IDEA 和 POSH 兩家公司也獲得 DARPA 的資金協(xié)助，其研發(fā)的終極目標(biāo)是能做到在 24 小時(shí)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)芯片設(shè)計(jì)迭代。IDEA 做的是全自動(dòng)芯片版圖生成器，其研發(fā)目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè) “循環(huán)中沒有人” 的版圖生成器，使具有有限電子設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的用戶，能夠在 24 小時(shí)內(nèi)完成電子硬件的物理設(shè)計(jì)。POSH 針對的是開源硬件項(xiàng)目，希望能發(fā)展出可持續(xù)的開源硬件生態(tài)，以及相應(yīng)的驗(yàn)證工具，同時(shí)能提供一個(gè)開源硬件基礎(chǔ)模組庫，讓大家可以自由調(diào)用模組庫里的模塊，避免在硬件領(lǐng)域中，重復(fù)造輪子的問題。[1]

其他 EDA大廠的 AI 研發(fā)

新思科技 (Synopsys) 于2018年9月初宣布，推出一種基于 AI 的最新形式驗(yàn)證應(yīng)用，即回歸模式加速器。可將設(shè)計(jì)和驗(yàn)證周期中的性能驗(yàn)證速度提高 10 倍，以驗(yàn)證復(fù)雜的芯片系統(tǒng) (SoC) 設(shè)計(jì)。此外，也將先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)融入其設(shè)計(jì)平臺(tái)，和革新性的Fusion Technology 中，顯著加快上市時(shí)間 (TTR)，并設(shè)定了數(shù)字和定制設(shè)計(jì)的結(jié)果質(zhì)量 (QoR) 的新標(biāo)準(zhǔn)。新思科技的 PrimeTime? sign-off 工具在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域表現(xiàn)出 AI 所帶來的顛覆性能力，已證實(shí)可在處理基于前沿工藝技術(shù)的客戶設(shè)計(jì)時(shí)，使功耗收復(fù)速度加快 5 倍。[2]

AED 就是將計(jì)算交給 AI，創(chuàng)新力留給人類

機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)成為解決高度復(fù)雜和前沿設(shè)計(jì)驗(yàn)證的強(qiáng)大技術(shù)，相信不久的將來 AED (Autonomous Electronic Design) 的高度自主化的設(shè)計(jì)環(huán)境終將實(shí)現(xiàn)。智能數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)已經(jīng)建立的設(shè)計(jì)規(guī)則和所使用的技術(shù)，來定義路由策略及建議關(guān)鍵組件的設(shè)計(jì)。機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果可以改變電路布局，開放路由通道，并根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則自動(dòng)調(diào)整面積大小以簡化電路，AI 路由器可以決定路由總線的階層和方向，進(jìn)而解決出現(xiàn)在集成電路或電路板上的難題。[3]

在芯片產(chǎn)業(yè)中，若機(jī)器學(xué)習(xí)能夠分擔(dān)設(shè)計(jì)過程中耗時(shí)費(fèi)工的任務(wù)，讓產(chǎn)品生成周期縮短、設(shè)計(jì)品質(zhì)提高，那么設(shè)計(jì)工程師便能專注于創(chuàng)造、研發(fā)和設(shè)計(jì)新概念的電路與產(chǎn)品?；貧w展現(xiàn)人類創(chuàng)新力的價(jià)值，和創(chuàng)造更高的生活品質(zhì)。英偉達(dá) (Nvidia) 高級(jí)工程總監(jiān)顧頂 (Ting Ku) 表示，"效率的提高通常意味著工程團(tuán)隊(duì)能夠從事其他工作，工作的內(nèi)容和多樣化也會(huì)增加"。未來 AED 的芯片設(shè)計(jì)環(huán)境，將會(huì)為芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的產(chǎn)能和價(jià)值。