【導讀】似乎越來越多的公司正在創(chuàng)建自定義 EDA 工具，但尚不清楚這一趨勢是否正在加速以及它對主流EDA行業(yè)意味著什么。
似乎越來越多的公司正在創(chuàng)建自定義 EDA 工具，但尚不清楚這一趨勢是否正在加速以及它對主流EDA行業(yè)意味著什么。
只要有變化，就有機會。變化可能來自新的抽象（abstractions）、新的優(yōu)化選項（optimization）或強加于工具或流程的新限制。例如，摩爾定律的放緩意味著僅僅通過移動到下一個節(jié)點，無法在產(chǎn)品的特定版本之間取得足夠的性能、功耗或成本進步。必須改進設計本身，或者重新設計產(chǎn)品。
一種開始進入設計方法的變化是從靜態(tài)工具轉(zhuǎn)向動態(tài)工具。靜態(tài)工具將獨立于任何特定用例或場景查看設計并對其進行優(yōu)化。動態(tài)優(yōu)化添加一個或多個場景作為優(yōu)化過程的輸入，允許工具執(zhí)行更有針對性的優(yōu)化。這始于執(zhí)行時鐘或電源門控時的電源優(yōu)化，這曾經(jīng)是靜態(tài)操作。通過準確了解設計的各個部分需要如何以及何時激活，可以進一步改進這些技術。這也推動了處理器設計的復蘇，可以創(chuàng)建最適合特定任務的定制處理器。
半導體公司總是創(chuàng)建一些自己的 EDA 工具。“在 80 年代，大多數(shù)半導體和 ASIC 公司都有自己的工具，” Imperas Software的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Simon Davidmann 說。“但隨后出現(xiàn)了資源問題，客戶需要更標準化的方法。該行業(yè)從設計和半導體公司的專有解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸藴黍?qū)動的行業(yè)，試圖構建適用于所有人的通用解決方案。”
還有一些專用工具的空間。“每個設計公司都有一些專屬于他們的設計或數(shù)據(jù)管理問題，” Synopsys的技術策略師 Rob Aitken 說。“有時，在他們創(chuàng)建解決方案后，他們不希望競爭對手得到它，因此他們將其保留在內(nèi)部。他們可能已經(jīng)得出結論，這是解決它的唯一方法，并且可能出于多種原因，但最終更廣泛適用的 EDA 解決方案可能對他們有用。”
工具總是處于不斷變化的狀態(tài)。“EDA 業(yè)務必須擁有足夠大的市場，才能證明對工具的投資是合理的，”西門子 EDA設計驗證技術戰(zhàn)略總監(jiān) Neil Hand 說。“當涉及到特定行業(yè)、特定應用程序或特定領域的解決方案時，真正限制這一點的是問題的普遍化程度。然后第二部分是封裝這種概括的語言或功能。”
有些領域（domains ）足夠大，可以支持專用解決方案。“特定領域并不是什么新鮮事物，”openROAD 的嵌入式企業(yè)家和承包商 Tom Feist 說。“FPGA 行業(yè)就是一個例子，EDA 和學術界通過包括 MATLAB、OpenCL、C/C++、Python 和基于 Simulink 的設計在內(nèi)的解決方案來應對這一挑戰(zhàn)。使用 National Instruments的LabVIEW就是另一個例子。”
在特異性和靈活性之間始終存在平衡。“特定領域的系統(tǒng)遇到了有趣的技術和經(jīng)濟問題重疊，”EDA 技術顧問 Duaine Pryor 說。“當你讓它們足夠通用以贏得一個證明領先發(fā)展合理的市場時，它們就會失去通過專業(yè)化獲得的技術優(yōu)勢所帶來的價值。當然，反過來也是如此。這會傳播到整個價值鏈。”
市場和行業(yè)動態(tài)發(fā)生變化。“有些公司在其領域的最前沿擁有大量資源，試圖找到比 EDA 公司能走得更遠的方法，”Imperas 的 Davidmann 說。“這就是為什么一些公司被半導體公司收購的原因，他們在那里咀嚼和吐槽，以此作為在內(nèi)部獲得專業(yè)知識的一種方式。我確信 Apple 在 M1 和 M2 方面的成功是因為它們內(nèi)部擁有如此多的工具。”
任何使用最新節(jié)點的人都知道它們面臨的壓力。Codasip的首席技術官 Zdeněk P?ikryl 說：“隨著半導體擴展速度放緩或失敗，需要進行架構創(chuàng)新和特定領域的優(yōu)化。” “提高抽象級別和高效的設計自動化可以加快設計周期，從而縮短上市時間。”
此外，許多新技術被插入到設計流程中。“每當您開始談論新技術（例如光子學）時，您可能會發(fā)現(xiàn)市售產(chǎn)品與需求之間存在差距，” Cadence產(chǎn)品經(jīng)理 Jeff Roane 說。“但一旦需要，這種差距很快就會縮小，以至于大型企業(yè)之一開發(fā)某些東西在財務上是有意義的。”
建立必要的專業(yè)知識需要時間。“量子 EDA 領域必須跨越物理和工程之間的障礙，”是德科技量子解決方案規(guī)劃負責人 Mohamed Hassan 說。“這是一項艱巨的任務。這兩個領域通常使用不同的術語和命名法。目前，量子硬件設計周期跨越多個領域的多個工具，以一種不和諧的方式，在它們之間存在多個差距，這些差距通常由高度依賴于設計師知識和經(jīng)驗的額外努力來填補。”
ESL的失敗
上世紀 90 年代后期的電子系統(tǒng)級工作是嘗試引入新的抽象和新的語言。Synopsys 的 Aitken 說：“它從廣泛的目標開始，最后只針對以數(shù)據(jù)路徑為中心和類似的算法簡單的設計。”
對于作為該流程的一部分開發(fā)的一些工具，市場確實在繼續(xù)增長和發(fā)展。“系統(tǒng)級協(xié)處理器硬件/軟件協(xié)同設計和優(yōu)化確實開始看起來更像是一種真正的顛覆，但它具有真正的'回到未來'的味道，”Pryor 說。“當許多系統(tǒng)——尤其是手機——獲得更多的異構計算架構時，行業(yè)最初遇到了這個問題。產(chǎn)生了一些好的解決方案，但由于經(jīng)濟因素和工程孤島的結合而成為利基產(chǎn)品。過去 20 年的優(yōu)化設計、高級綜合、特定領域語言和其他發(fā)展可能使該領域比千年更容易處理。”
ESL 也受到不斷增長的 IP 市場的影響。“今天我們看到了工具加 IP 的概念，”Cadence 的 Roane 說。“你會看到處理器 IP、存儲器 IP、互連 IP、接口 IP，甚至是當今高級綜合所涵蓋的算法內(nèi)容。但是，如果您查看真正適合高級綜合的設計類型，那就是算法設計。工具加 IP 的整個概念今天已經(jīng)在發(fā)揮作用，你會看到更多。”
虛擬原型將它的許多部分組合在一起。“特定領域的 EDA 可能有助于生成部分虛擬原型，例如 SoC 中使用的處理器或其他組件，”Codasip 的 P?ikryl 說。因此，一方面，特定領域的 EDA 由虛擬原型啟用，其中每個垂直領域都通過適合這些功能的專用流程顯著加速和優(yōu)化。如果我將軟件世界與軟件世界相提并論，我們可以用多種語言編寫代碼，并將所有內(nèi)容在鏈接器中粘合在一起。在硬件領域也是如此。我們只是使用不同的集成方法。”
隨著抽象的提出，工作負載變得越來越重要。“多年前，您可以優(yōu)化布局中的功率，而這正是人們真正能做的，”西門子的 Hand 說。“然后權力成為綜合和實施權衡的一部分。然后它成為高級綜合權衡的一部分。現(xiàn)在它已成為處理器優(yōu)化權衡的一部分，我們將繼續(xù)前進，它將成為系統(tǒng)級權衡的一部分。”
這些工作負載正在推動設計實踐。“超大規(guī)模制造商正在進行芯片設計，因為他們的特定工作負載是獨一無二的，并且不同于他們的供應商試圖瞄準的目標工作負載，”Roane 補充道。“你可以使用現(xiàn)成的處理器來完成這些任務，但在功耗方面會付出高昂的代價。與自定義實現(xiàn)相比，您可能不會獲得最佳性能。我們今天看到很多超大規(guī)模廠商都在進行芯片設計，因為他們試圖降低功耗并提高他們獨有的特定工作負載的性能。”
機器學習也在創(chuàng)造一些獨特的流程。“我們看到許多特定領域的架構語言正在被創(chuàng)建，”Aitken 說。“當你從 EDA 的角度考慮它時，這絕對是一些定制設計方法的機會，從你用來描述這些東西的語言開始。針對特定結構優(yōu)化的綜合流程與現(xiàn)在存在的綜合流程有何不同？你如何定制一個將產(chǎn)生定制塊的算法？”
工具開發(fā)
過去，許多特定領域的工具都來自初創(chuàng)公司。“他們會看到客戶要求 EDA 無法滿足的需求的機會，”Davidmann 說。“由于 RISC-V 產(chǎn)生的需求以及對處理器驗證生態(tài)系統(tǒng)的需求，我們從模擬公司轉(zhuǎn)向驗證。有少數(shù)公司因為客戶需要而構建解決方案，但大型EDA公司還沒有實現(xiàn)這個，小公司正在創(chuàng)造這個，隨著時間的推移也會有整合。”
這也激發(fā)了人們對開源 EDA 的興趣。“使用開源的一個令人信服的理由是能夠根據(jù)他們的特殊需求修改工具，”openROAD 的 Feist 說。“這可能是為了安全或利用機器學習等功能。谷歌一直是開源的大力支持者，這并不是因為這些工具對他們來說太貴了。這是因為他們想要競爭優(yōu)勢，如果他們將秘訣提供給 EDA 供應商，那么每個人都擁有它。”
efabless 已將一個這樣的開源流程（如圖 1 所示）放在一起。
圖 1：基于 OpenROAD 構建的 OpenLANE 流程。資料來源：efables
一些大型 EDA 公司正在順應這一趨勢。“開放標準允許人們插入流程，”Hand 說。“將接口添加到工具中的能力很重要，學術合作也很重要。傳統(tǒng)上，這是 EDA 確實需要改進的領域之一。過去曾發(fā)生過學術界和 EDA 之間密切合作的案例。在最近的一段時間里，這種情況已經(jīng)消失了，我們需要重新開始。”
一個驅(qū)動因素可能是訪問數(shù)據(jù)。“超大規(guī)模用戶花費大量時間收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并阻止彼此訪問他們的數(shù)據(jù)，”Aitken 說。“在芯片數(shù)據(jù)方面，考慮片上監(jiān)視器。您可以在芯片運行時使用這些來收集信息，并且可以學習一些東西。大型EDA公司不會給你數(shù)據(jù)。他們?yōu)槟峁┝艘环N方法來收集您自己的數(shù)據(jù)并用它做任何您想做的事情。還有一個 ML 風格的角色，其中相關數(shù)據(jù)存在于 Synopsys 和用戶群中。例如，當一個工具或流程有一堆旋鈕時，當你以不同的方式調(diào)整它們時會發(fā)生什么？你從哪里得到最好的答案？”
Hand對此表示同意。“我們與客戶合作，并在工具中添加了接口，使他們能夠提取信息并將其放入數(shù)據(jù)湖中。然后他們可以使用有關其設計的信息進行自己的深入分析，并且他們正在構建自己的能力。這對于他們的需求來說可能是獨一無二的，因為他們正在利用這樣一個事實，即他們可以應用有關設計的其他信息。我們不知道這些信息。”他接著說
工具的創(chuàng)建通常需要多個人聚集在一起。是德科技的 Hassan 說：“量子 EDA 被設想為一種軟件和工具，可以簡化工作流程并實現(xiàn)量子硬件設計的自動化，無論是基于超導量子位、俘獲離子、自旋量子位、集成光學器件還是冷原子。” “硬件基礎跨越了廣泛的發(fā)展領域，從超導微波電路到光學和集成光子學，這擴大了量子 EDA 的機會，但也使集中精力面臨挑戰(zhàn)。陡峭的知識壁壘使許多工程師無法進入這個熱門的新興領域，這與當前成熟的 EDA 設計周期的設計方式非常不同，例如設計集成電路。”
在其他情況下，應用程序領域?qū)ΜF(xiàn)有工具和低點提出了新的要求。“自動駕駛汽車，無論是機器人、汽車還是飛機，都會帶來一系列全新的要求，”Hand 說。“它增加了新的功能安全方面，或者對必須在整個流程中進行管理的非確定性的新關注。”
簡單的更改可能會產(chǎn)生重大影響。Aitken 說：“如果您查看多芯片系統(tǒng)，您開始在其中整合常規(guī) CMOS 之外的東西——無論它們是新型存儲器還是來自不同工藝的 CMOS——您就會遇到問題。”“你可以強制一套現(xiàn)有的 EDA 工具來處理它，你可以強制一套現(xiàn)有的關于利潤應該如何工作以及簽核應該如何工作的假設。但是，當您想要做得比這更好時，您真的應該重新考慮一些流程，即您如何為信號、電源、時鐘等領域構建相當于領域特定 EDA 的內(nèi)容 ，在一個封裝內(nèi)跨多芯片系統(tǒng)遷移。這是一種不同于現(xiàn)有 EDA 解決方案的動物。”
這是 EDA 課程的標準。“隨著每一代產(chǎn)品的出現(xiàn)，無論是用于新節(jié)點還是用于新應用程序，EDA 都會得到擴展并創(chuàng)造新的機會，”Hand 說。“就功能覆蓋而言，今天的 EDA 行業(yè)看起來與以往完全不同。它不再只是一個模擬器、一個綜合工具和一個布局工具。它已經(jīng)遠遠超出了這一點。我們在底部添加了更多內(nèi)容，在頂部添加了更多內(nèi)容，但它通過使用更多可用的信息為優(yōu)化創(chuàng)造了新的機會。”
它一直是推和拉的結合。“總是有兩種動力，”Roane說。“一個是 EDA 公司將嘗試預測并因此推動的地方。另一個動態(tài)是他們的客戶，即半導體公司，將根據(jù)他們正在做的事情創(chuàng)造需求拉動。在一個完美的世界里，這兩種力量都會對齊。就它們而言，這意味著新工具或技術的成功。但它們通常沒有對齊。有時你會等待那場完美的風暴發(fā)生。”
結 論
今天可能會創(chuàng)建更多的內(nèi)部 EDA 工具，因為該行業(yè)正朝著許多新方向發(fā)展。摩爾定律的放緩導致公司關注許多新技術、解決方案和優(yōu)化，而這些需求需要時間才能整合成標準流程可以涵蓋的東西。該行業(yè)充滿活力，這只是增長的一個指標。
（來源：semiengineering）
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