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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(duì)主流EDA行業(yè)意味著什么。

只要有變化，就有機(jī)會(huì)。變化可能來自新的抽象（abstractions）、新的優(yōu)化選項(xiàng)（optimization）或強(qiáng)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(dòng)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(jìn)步。必須改進(jìn)設(shè)計(jì)本身，或者重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

一種開始進(jìn)入設(shè)計(jì)方法的變化是從靜態(tài)工具轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)工具。靜態(tài)工具將獨(dú)立于任何特定用例或場景查看設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。動(dòng)態(tài)優(yōu)化添加一個(gè)或多個(gè)場景作為優(yōu)化過程的輸入，允許工具執(zhí)行更有針對(duì)性的優(yōu)化。這始于執(zhí)行時(shí)鐘或電源門控時(shí)的電源優(yōu)化，這曾經(jīng)是靜態(tài)操作。通過準(zhǔn)確了解設(shè)計(jì)的各個(gè)部分需要如何以及何時(shí)激活，可以進(jìn)一步改進(jìn)這些技術(shù)。這也推動(dòng)了處理器設(shè)計(jì)的復(fù)蘇，可以創(chuàng)建最適合特定任務(wù)的定制處理器。

半導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化的方法。該行業(yè)從設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體公司的專有解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸?biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的行業(yè)，試圖構(gòu)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(gè)設(shè)計(jì)公司都有一些專屬于他們的設(shè)計(jì)或數(shù)據(jù)管理問題，” Synopsys的技術(shù)策略師 Rob Aitken 說。“有時(shí)，在他們創(chuàng)建解決方案后，他們不希望競爭對(duì)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(jié)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(duì)他們有用。”

工具總是處于不斷變化的狀態(tài)。“EDA 業(yè)務(wù)必須擁有足夠大的市場，才能證明對(duì)工具的投資是合理的，”西門子 EDA設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)戰(zhàn)略總監(jiān) Neil Hand 說。“當(dāng)涉及到特定行業(yè)、特定應(yīng)用程序或特定領(lǐng)域的解決方案時(shí)，真正限制這一點(diǎn)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(lǐng)域（domains ）足夠大，可以支持專用解決方案。“特定領(lǐng)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(gè)例子，EDA 和學(xué)術(shù)界通過包括 MATLAB、OpenCL、C/C++、Python 和基于 Simulink 的設(shè)計(jì)在內(nèi)的解決方案來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。使用 National Instruments的LabVIEW就是另一個(gè)例子。”

在特異性和靈活性之間始終存在平衡。“特定領(lǐng)域的系統(tǒng)遇到了有趣的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題重疊，”EDA 技術(shù)顧問 Duaine Pryor 說。“當(dāng)你讓它們足夠通用以贏得一個(gè)證明領(lǐng)先發(fā)展合理的市場時(shí)，它們就會(huì)失去通過專業(yè)化獲得的技術(shù)優(yōu)勢所帶來的價(jià)值。當(dāng)然，反過來也是如此。這會(huì)傳播到整個(gè)價(jià)值鏈。”

市場和行業(yè)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化。“有些公司在其領(lǐng)域的最前沿?fù)碛写罅抠Y源，試圖找到比 EDA 公司能走得更遠(yuǎn)的方法，”Imperas 的 Davidmann 說。“這就是為什么一些公司被半導(dǎo)體公司收購的原因，他們?cè)谀抢锞捉篮屯虏郏源俗鳛樵趦?nèi)部獲得專業(yè)知識(shí)的一種方式。我確信 Apple 在 M1 和 M2 方面的成功是因?yàn)樗鼈儍?nèi)部擁有如此多的工具。”

任何使用最新節(jié)點(diǎn)的人都知道它們面臨的壓力。Codasip的首席技術(shù)官 Zdeněk P?ikryl 說：“隨著半導(dǎo)體擴(kuò)展速度放緩或失敗，需要進(jìn)行架構(gòu)創(chuàng)新和特定領(lǐng)域的優(yōu)化。” “提高抽象級(jí)別和高效的設(shè)計(jì)自動(dòng)化可以加快設(shè)計(jì)周期，從而縮短上市時(shí)間。”

此外，許多新技術(shù)被插入到設(shè)計(jì)流程中。“每當(dāng)您開始談?wù)撔录夹g(shù)（例如光子學(xué)）時(shí)，您可能會(huì)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(huì)縮小，以至于大型企業(yè)之一開發(fā)某些東西在財(cái)務(wù)上是有意義的。”

建立必要的專業(yè)知識(shí)需要時(shí)間。“量子 EDA 領(lǐng)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(fù)責(zé)人 Mohamed Hassan 說。“這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。這兩個(gè)領(lǐng)域通常使用不同的術(shù)語和命名法。目前，量子硬件設(shè)計(jì)周期跨越多個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)工具，以一種不和諧的方式，在它們之間存在多個(gè)差距，這些差距通常由高度依賴于設(shè)計(jì)師知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的額外努力來填補(bǔ)。”

上世紀(jì) 90 年代后期的電子系統(tǒng)級(jí)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(biāo)開始，最后只針對(duì)以數(shù)據(jù)路徑為中心和類似的算法簡單的設(shè)計(jì)。”

對(duì)于作為該流程的一部分開發(fā)的一些工具，市場確實(shí)在繼續(xù)增長和發(fā)展。“系統(tǒng)級(jí)協(xié)處理器硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)和優(yōu)化確實(shí)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(dāng)許多系統(tǒng)——尤其是手機(jī)——獲得更多的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)時(shí)，行業(yè)最初遇到了這個(gè)問題。產(chǎn)生了一些好的解決方案，但由于經(jīng)濟(jì)因素和工程孤島的結(jié)合而成為利基產(chǎn)品。過去 20 年的優(yōu)化設(shè)計(jì)、高級(jí)綜合、特定領(lǐng)域語言和其他發(fā)展可能使該領(lǐng)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(huì)看到處理器 IP、存儲(chǔ)器 IP、互連 IP、接口 IP，甚至是當(dāng)今高級(jí)綜合所涵蓋的算法內(nèi)容。但是，如果您查看真正適合高級(jí)綜合的設(shè)計(jì)類型，那就是算法設(shè)計(jì)。工具加 IP 的整個(gè)概念今天已經(jīng)在發(fā)揮作用，你會(huì)看到更多。”

虛擬原型將它的許多部分組合在一起。“特定領(lǐng)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(lǐng)域的 EDA 由虛擬原型啟用，其中每個(gè)垂直領(lǐng)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(lǐng)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(fù)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(quán)力成為綜合和實(shí)施權(quán)衡的一部分。然后它成為高級(jí)綜合權(quán)衡的一部分。現(xiàn)在它已成為處理器優(yōu)化權(quán)衡的一部分，我們將繼續(xù)前進(jìn)，它將成為系統(tǒng)級(jí)權(quán)衡的一部分。”

這些工作負(fù)載正在推動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐。“超大規(guī)模制造商正在進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，因?yàn)樗麄兊奶囟üぷ髫?fù)載是獨(dú)一無二的，并且不同于他們的供應(yīng)商試圖瞄準(zhǔn)的目標(biāo)工作負(fù)載，”Roane 補(bǔ)充道。“你可以使用現(xiàn)成的處理器來完成這些任務(wù)，但在功耗方面會(huì)付出高昂的代價(jià)。與自定義實(shí)現(xiàn)相比，您可能不會(huì)獲得最佳性能。我們今天看到很多超大規(guī)模廠商都在進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，因?yàn)樗麄冊(cè)噲D降低功耗并提高他們獨(dú)有的特定工作負(fù)載的性能。”

機(jī)器學(xué)習(xí)也在創(chuàng)造一些獨(dú)特的流程。“我們看到許多特定領(lǐng)域的架構(gòu)語言正在被創(chuàng)建，”Aitken 說。“當(dāng)你從 EDA 的角度考慮它時(shí)，這絕對(duì)是一些定制設(shè)計(jì)方法的機(jī)會(huì)，從你用來描述這些東西的語言開始。針對(duì)特定結(jié)構(gòu)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(gè)將產(chǎn)生定制塊的算法？”

過去，許多特定領(lǐng)域的工具都來自初創(chuàng)公司。“他們會(huì)看到客戶要求 EDA 無法滿足的需求的機(jī)會(huì)，”Davidmann 說。“由于 RISC-V 產(chǎn)生的需求以及對(duì)處理器驗(yàn)證生態(tài)系統(tǒng)的需求，我們從模擬公司轉(zhuǎn)向驗(yàn)證。有少數(shù)公司因?yàn)榭蛻粜枰鴺?gòu)建解決方案，但大型EDA公司還沒有實(shí)現(xiàn)這個(gè)，小公司正在創(chuàng)造這個(gè)，隨著時(shí)間的推移也會(huì)有整合。”

這也激發(fā)了人們對(duì)開源 EDA 的興趣。“使用開源的一個(gè)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(jī)器學(xué)習(xí)等功能。谷歌一直是開源的大力支持者，這并不是因?yàn)檫@些工具對(duì)他們來說太貴了。這是因?yàn)樗麄兿胍偁巸?yōu)勢，如果他們將秘訣提供給 EDA 供應(yīng)商，那么每個(gè)人都擁有它。”

efabless 已將一個(gè)這樣的開源流程（如圖 1 所示）放在一起。

圖 1：基于 OpenROAD 構(gòu)建的 OpenLANE 流程。資料來源：efables

一些大型 EDA 公司正在順應(yīng)這一趨勢。“開放標(biāo)準(zhǔn)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(xué)術(shù)合作也很重要。傳統(tǒng)上，這是 EDA 確實(shí)需要改進(jìn)的領(lǐng)域之一。過去曾發(fā)生過學(xué)術(shù)界和 EDA 之間密切合作的案例。在最近的一段時(shí)間里，這種情況已經(jīng)消失了，我們需要重新開始。”

一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素可能是訪問數(shù)據(jù)。“超大規(guī)模用戶花費(fèi)大量時(shí)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(yùn)行時(shí)使用這些來收集信息，并且可以學(xué)習(xí)一些東西。大型EDA公司不會(huì)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(gè) ML 風(fēng)格的角色，其中相關(guān)數(shù)據(jù)存在于 Synopsys 和用戶群中。例如，當(dāng)一個(gè)工具或流程有一堆旋鈕時(shí)，當(dāng)你以不同的方式調(diào)整它們時(shí)會(huì)發(fā)生什么？你從哪里得到最好的答案？”

Hand對(duì)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(guān)其設(shè)計(jì)的信息進(jìn)行自己的深入分析，并且他們正在構(gòu)建自己的能力。這對(duì)于他們的需求來說可能是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗麄冋诶眠@樣一個(gè)事實(shí)，即他們可以應(yīng)用有關(guān)設(shè)計(jì)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(gè)人聚集在一起。是德科技的 Hassan 說：“量子 EDA 被設(shè)想為一種軟件和工具，可以簡化工作流程并實(shí)現(xiàn)量子硬件設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，無論是基于超導(dǎo)量子位、俘獲離子、自旋量子位、集成光學(xué)器件還是冷原子。” “硬件基礎(chǔ)跨越了廣泛的發(fā)展領(lǐng)域，從超導(dǎo)微波電路到光學(xué)和集成光子學(xué)，這擴(kuò)大了量子 EDA 的機(jī)會(huì)，但也使集中精力面臨挑戰(zhàn)。陡峭的知識(shí)壁壘使許多工程師無法進(jìn)入這個(gè)熱門的新興領(lǐng)域，這與當(dāng)前成熟的 EDA 設(shè)計(jì)周期的設(shè)計(jì)方式非常不同，例如設(shè)計(jì)集成電路。”

在其他情況下，應(yīng)用程序領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)有工具和低點(diǎn)提出了新的要求。“自動(dòng)駕駛汽車，無論是機(jī)器人、汽車還是飛機(jī)，都會(huì)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(duì)必須在整個(gè)流程中進(jìn)行管理的非確定性的新關(guān)注。”

簡單的更改可能會(huì)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(chǔ)器還是來自不同工藝的 CMOS——您就會(huì)遇到問題。”“你可以強(qiáng)制一套現(xiàn)有的 EDA 工具來處理它，你可以強(qiáng)制一套現(xiàn)有的關(guān)于利潤應(yīng)該如何工作以及簽核應(yīng)該如何工作的假設(shè)。但是，當(dāng)您想要做得比這更好時(shí)，您真的應(yīng)該重新考慮一些流程，即您如何為信號(hào)、電源、時(shí)鐘等領(lǐng)域構(gòu)建相當(dāng)于領(lǐng)域特定 EDA 的內(nèi)容 ，在一個(gè)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(dòng)物。”

這是 EDA 課程的標(biāo)準(zhǔn)。“隨著每一代產(chǎn)品的出現(xiàn)，無論是用于新節(jié)點(diǎn)還是用于新應(yīng)用程序，EDA 都會(huì)得到擴(kuò)展并創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，”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(gè)模擬器、一個(gè)綜合工具和一個(gè)布局工具。它已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一點(diǎn)。我們?cè)诘撞刻砑恿烁鄡?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(jī)會(huì)。”

它一直是推和拉的結(jié)合。“總是有兩種動(dòng)力，”Roane說。“一個(gè)是 EDA 公司將嘗試預(yù)測并因此推動(dòng)的地方。另一個(gè)動(dòng)態(tài)是他們的客戶，即半導(dǎo)體公司，將根據(jù)他們正在做的事情創(chuàng)造需求拉動(dòng)。在一個(gè)完美的世界里，這兩種力量都會(huì)對(duì)齊。就它們而言，這意味著新工具或技術(shù)的成功。但它們通常沒有對(duì)齊。有時(shí)你會(huì)等待那場完美的風(fēng)暴發(fā)生。”

今天可能會(huì)創(chuàng)建更多的內(nèi)部 EDA 工具，因?yàn)樵撔袠I(yè)正朝著許多新方向發(fā)展。摩爾定律的放緩導(dǎo)致公司關(guān)注許多新技術(shù)、解決方案和優(yōu)化，而這些需求需要時(shí)間才能整合成標(biāo)準(zhǔn)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(gè)指標(biāo)。

（來源：semiengineering）

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