對于電子工程師來說，EDA（Electronics Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動化）軟件，是不可或缺的工具。優(yōu)秀的EDA工具能夠大大提高工作效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本。EDA行業(yè)高度集中，全球領(lǐng)先的三家廠商占據(jù)了全球逾60%的市場份額，Mentor Graphics（簡稱Mentor）就是其中之一。

       2019年9月5日，2019 Mentor論壇在北京舉辦，Mentor IC EDA執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki先生作了主題演講，他表示，人工智能（AI）將對半導(dǎo)體行業(yè)帶來劃時(shí)代的影響，并推動EDA技術(shù)發(fā)生巨大的創(chuàng)新和變革。

Mentor IC EDA執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki

人工智能將成為未來十年半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展動力

        近幾年，人工智能的熱度不言而喻。而人工智能將為半導(dǎo)體行業(yè)帶來怎樣的影響？Joseph援引了近期知名分析機(jī)構(gòu)對此的分析：麥肯錫咨詢認(rèn)為，人工智能正在為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開啟數(shù)十年來的最佳商機(jī)，而且半導(dǎo)體公司有望從人工智能技術(shù)堆棧當(dāng)中獲得高達(dá)40%~50%的產(chǎn)值。普華永道的調(diào)研顯示，人工智能很可能成為半導(dǎo)體行業(yè)下一個(gè)十年發(fā)展周期的催化劑，能夠很好地利用這種長期的趨勢發(fā)揮市場潛力的公司正是那些能夠因?yàn)槿斯ぶ悄苁芑莸墓尽?/p>

        Joseph表示，人工智能能夠成為半導(dǎo)體行業(yè)未來發(fā)展的驅(qū)動力，重要因素在于近年來爆炸式增長的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在有越來越多海量的數(shù)據(jù)被移動到了網(wǎng)絡(luò)上面，無論是車與車之間的智能網(wǎng)聯(lián)，或者是智慧城市、工業(yè)化IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及消費(fèi)者層面等等，未來十年當(dāng)中這些高速數(shù)據(jù)將在網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)數(shù)十倍的增長。

        海量的數(shù)據(jù)將為行業(yè)帶來哪些變化？孕育著哪些機(jī)遇？Joseph表示，除了數(shù)據(jù)中心聚合之外，現(xiàn)在越來越多的處理和運(yùn)算被移動到了邊緣進(jìn)行，邊緣計(jì)算應(yīng)用不管是在云的平臺還是在其他系統(tǒng)當(dāng)中都可以大大提高系統(tǒng)的效率。來自第三方調(diào)研機(jī)構(gòu)的分析認(rèn)為，未來六年，邊緣計(jì)算市場將達(dá)到年均190%的復(fù)合增長率。這種高速增長的數(shù)據(jù)一定會轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的CPU或者數(shù)據(jù)中心由云進(jìn)行管理的架構(gòu)，這也成為人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)帶來的機(jī)遇。

AI將對目前IC設(shè)計(jì)方法論帶來顛覆性變革

        面向邊緣計(jì)算應(yīng)用的芯片設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)有哪些差異？又對EDA軟件提出了哪些挑戰(zhàn)？

        Joseph表示，人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用更加面向特定的應(yīng)用領(lǐng)域，具有與眾不同的特點(diǎn)。AI帶來的絕大多數(shù)機(jī)遇都會發(fā)生在邊緣，而邊緣計(jì)算應(yīng)用需求的實(shí)現(xiàn)對芯片設(shè)計(jì)提出了許多新的挑戰(zhàn)。目前對于人工智能領(lǐng)域芯片設(shè)計(jì)的公司來說，傳統(tǒng)的計(jì)算架構(gòu)都體現(xiàn)出不足之處。有的時(shí)候是CPU太慢，有的時(shí)候是GPU功耗太高。對于芯片設(shè)計(jì)公司來說，必須定制出一些架構(gòu)來滿足用戶的體驗(yàn)，未來設(shè)計(jì)方法論會有一個(gè)顛覆性的改變。

        Joseph表示，之前提到SOC集成電路芯片的時(shí)候更多的是說它的規(guī)格，如內(nèi)存大小，這個(gè)時(shí)代我們說的方法論更多的是RTL，然后才在芯片上面進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)然，這種驗(yàn)證是為了讓芯片的性能更強(qiáng)。但是在人工智能時(shí)代需要定制架構(gòu)滿足消費(fèi)者的用戶體驗(yàn)，這樣的原生環(huán)境就是人工智能的開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)語言可以是C語言或者C++語言。具體應(yīng)該怎么做呢？需要找到一個(gè)很好的路徑，在原生設(shè)計(jì)環(huán)境當(dāng)中最好地運(yùn)用人工智能，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的用戶體驗(yàn)。

        Mentor的Catapult^? High-Level Synthesis（HLS）（高階綜合）工具可以作為連接AI原生環(huán)境和芯片的橋梁。它可以幫助客戶更好地設(shè)計(jì)架構(gòu)，管理內(nèi)存的分配、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的寬度和縱深，以及決定在里面設(shè)計(jì)多少管道等等。管理好這些因素，才能為垂直應(yīng)用提供經(jīng)過優(yōu)化的IC軟件體驗(yàn)。Joseph介紹，Mentor已經(jīng)針對人工智能領(lǐng)域應(yīng)用開發(fā)出了工具箱，其中四種不同的設(shè)計(jì)都是可選的，Joseph表示，我們最終想要做出的IP不是要在消費(fèi)者芯片上直接進(jìn)行應(yīng)用，而是更多地幫助消費(fèi)者有這樣的能力駕馭最新的設(shè)計(jì)方法論。

         Joseph表示，現(xiàn)在已經(jīng)有許多客戶都是在用高階綜合的方式來設(shè)計(jì)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的芯片，比如NVIDIA，他們利用Mentor的HLS設(shè)計(jì)Tegra X1，生產(chǎn)率已經(jīng)提高了50%，驗(yàn)證成本降低了80%。

垂直化應(yīng)用場景對仿真驗(yàn)證提出更高要求

        人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)將推動更多邊緣端計(jì)算需求，對于芯片設(shè)計(jì)者來說，不但設(shè)計(jì)過程面臨挑戰(zhàn)，在驗(yàn)證環(huán)節(jié)同樣衍生了更多的需求。在EDA領(lǐng)域具有強(qiáng)大實(shí)力的Mentor，結(jié)合母公司Siemens的相關(guān)技術(shù)，更是如虎添翼，在仿真驗(yàn)證領(lǐng)域?qū)嵙Τ骸?/p>

        Joseph表示，設(shè)計(jì)方法論需要發(fā)生轉(zhuǎn)變，驗(yàn)證也需要在方法論上面改變，傳統(tǒng)的集成電路芯片驗(yàn)證的測試方法就是要測試規(guī)則、架構(gòu)和規(guī)范等等，而在AI時(shí)代更多的是垂直應(yīng)用。需要進(jìn)行的驗(yàn)證是在應(yīng)用層面，也就是說需要一些技術(shù)仿真出來一個(gè)AI引擎，然后在CPU系統(tǒng)上面可以把這些數(shù)據(jù)推送到AI引擎上面，這樣就會生成一個(gè)界面，可以產(chǎn)生一個(gè)虛擬的PCI，也可以執(zhí)行用戶想要執(zhí)行的應(yīng)用，包括整個(gè)代碼的處理等等，性能、耗能以及數(shù)據(jù)都可以反饋給設(shè)計(jì)者，就是說沒到芯片層面就可以理解整個(gè)過程的性能表現(xiàn)如何。

        Joseph介紹，西門子近年來在數(shù)字孿生方面進(jìn)行了許多研究，用現(xiàn)在的虛擬驗(yàn)證方式可以仿真出一個(gè)產(chǎn)品的模型，也可以仿真這個(gè)產(chǎn)品制造的過程，然后再把得到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)回傳給整個(gè)仿真系統(tǒng)。有了這樣的連接，最后的仿真和設(shè)計(jì)就可以達(dá)到非常高的性能和可靠性，目前在電氣和機(jī)械方面的仿真都可以在設(shè)計(jì)上完成。

        Joseph以自動駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用介紹了Mentor為設(shè)計(jì)者帶來的體驗(yàn)：把Mentor的算法軟件和西門子本身的系統(tǒng)整合起來，目前Mentor已經(jīng)開發(fā)出了一個(gè)建模系統(tǒng)，可以讓自動駕駛的車輛在虛擬的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行駕駛。如下圖所示，左圖是西門子的Simcenter Prescan，可以模擬道路環(huán)境，包括行人和路況，這些數(shù)據(jù)都會輸送到系統(tǒng)上面。右圖當(dāng)中的Simcenter Amesim可以讓一級供應(yīng)商了解車輛的動力總成和底盤是怎樣的，剎車和行駛的時(shí)候傳動是怎樣的。中間的圖是芯片仿真，這些都是虛擬數(shù)據(jù)，可以很好地進(jìn)行數(shù)字孿生，無論是汽車設(shè)計(jì)者還是芯片設(shè)計(jì)者都可以很清楚地知道最后的體驗(yàn)。

        人工智能時(shí)代的到來，為半導(dǎo)體行業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇，也對EDA供應(yīng)商提出了新的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)方法走向更高層階，驗(yàn)證過程提供更加垂直化的仿真驗(yàn)證環(huán)境，“Mentor, a Siemens Business”，結(jié)合Siemens的技術(shù)及產(chǎn)品，我們有理由相信，AI時(shí)代，Mentor將更加強(qiáng)大。