【ZiDongHua 之設(shè)計自動化收錄關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體  EDA  人工智能  】
　　
　　EDA重新受到投資者關(guān)注
　　
　　本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自Semiconductor Engineering
　　
　　“巨大的變化正在推動增長，這體現(xiàn)在EDA的收入、收購活動和股價上。”
　　
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　　EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）正從一個穩(wěn)定但具有戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)橹耸挚蔁岬耐顿Y市場，這得益于其強(qiáng)勁的盈利和增長、新市場和現(xiàn)有市場對前沿和定制化設(shè)計的需求以及AI等先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，這些技術(shù)將用于開發(fā)一系列工具，有助于開發(fā)單位功耗性能大幅提升的新架構(gòu)。
　　
　　各種事件交織在一起，造就了EDA主要參與者有史以來最好的一年，不僅是因為它們在過去一年的銷售、利潤或股價表現(xiàn)出色，還因為未來的前景也同樣可觀。SEMI的電子系統(tǒng)設(shè)計（ESD）聯(lián)盟最近的報告稱，2023年第三季度行業(yè)收入增長25.2%，達(dá)到47.024億美元，相較于2022年第三季度的37.563億美元有了很大提升。四季度移動平均值（將最近四個季度與前四個季度進(jìn)行比較）增長了13.8%。幾乎所有細(xì)分市場和地區(qū)都出現(xiàn)了顯著增長，從年初的低迷疲軟狀態(tài)迅速反彈。
　　
　　即便在低迷時期，大型EDA參與者也能夠克服困境。而小公司則更加明顯地感受到了經(jīng)濟(jì)下滑。Real Intent公司總裁兼首席執(zhí)行官Prakash Narain表示：“在2023年初，我們經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)調(diào)整。整個行業(yè)發(fā)展放緩，初創(chuàng)企業(yè)受到的影響大于大公司。然后行情好轉(zhuǎn)，現(xiàn)在我們已經(jīng)看到系統(tǒng)公司的活動越來越多。這實際上非常激動人心，因為他們需要定制硅片，這意味著會有更多的設(shè)計工作，對EDA行業(yè)來說是個好消息?？偟膩碚f，這一年表現(xiàn)不錯，因為下半年的回升抵消了年初的下滑。” 
　　
　　這一變革受到了多方面因素的推動。去年開始涌現(xiàn)的ChatGPT的大規(guī)模增長，這尤其需要大幅提升可用計算能力，并采用多樣化的引擎來滿足這種需求。傳統(tǒng)的CPU正在被異構(gòu)計算所取代，我們看到云計算逐漸成為CPU、GPU、AI處理器、定制加速器、FPGA等多種硬件的混合體。眾多新開發(fā)的處理器要么出自初創(chuàng)公司，要么出自超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心企業(yè)（hyperscalers），這些處理器對不同類型計算的效率提升至關(guān)重要。
　　
　　許多這些定制處理器的尺寸已經(jīng)超過了光刻版限制，這迫使芯片制造商采用某種類型的先進(jìn)封裝技術(shù)，如2.5D、3D-IC 和帶有立柱式高密度扇出技術(shù)，將不同功能分解。這需要更先進(jìn)的EDA工具，包括一些新工具，以及利用來自其他領(lǐng)域的技術(shù)。有些工具甚至解決了以前在芯片設(shè)計中從未出現(xiàn)過的問題。現(xiàn)在，“多物理場”（multi-physics）一詞已經(jīng)隨處可見。
　　
　　第三個驅(qū)動因素涉及加速EDA和系統(tǒng)領(lǐng)域之間的協(xié)同作用。西門子是第一個抓住這一機(jī)會的企業(yè)，后來其他公司也跟隨效仿。“Synopsys想要從系統(tǒng)層次考慮問題，他們希望將其他學(xué)科也納入討論范圍，”是德科技的新市場管理負(fù)責(zé)人Chris Mueth表示，“復(fù)雜性正呈指數(shù)級增長，但人力資源卻沒有。這就留下了一個缺口。那么，在無法按比例擴(kuò)大人力資源的情況下，如何應(yīng)對復(fù)雜性指數(shù)級增長的問題呢？你必須自動化工作流。別無選擇。你必須拆除壁壘，讓所有事物互聯(lián)互通。而且這肯定不僅僅是一個供應(yīng)商的事情。出于多種原因，不可能有一個單一的供應(yīng)商能處理所有這些不同的事物。這是一個互操作性的問題，涉及到整個生態(tài)系統(tǒng)。”
　　
　　
　　
　　另一個變革是RISC-V的快速采用和普及。隨著生態(tài)系統(tǒng)的壯大和成熟，越來越多的公司選擇研發(fā)自己的定制處理器，他們急需工具。這類工具在過去曾經(jīng)存在，但隨著Arm成為CPU IP市場的主要供應(yīng)商，它們逐漸減少。盡管在Cadence（Tensilica）和Synopsys（ARC）內(nèi)部依然存在可擴(kuò)展處理器開發(fā)工具，但其覆蓋范圍相當(dāng)有限。而現(xiàn)在，這種局面正在發(fā)生改變。
　　
　　RISC-V International的首席執(zhí)行官Calista Redmond表示：“自2023年初以來，RISC-V Exchange已經(jīng)增長了40%以上，我們預(yù)計到2024年將會看到許多新的、創(chuàng)新的RISC-V產(chǎn)品進(jìn)入市場。我對社區(qū)在技術(shù)上取得的重大進(jìn)展印象非常深刻，目前已經(jīng)批準(zhǔn)了16個規(guī)范，而且還有很多規(guī)范正在制定中。我們還看到了各種細(xì)分市場上的重大RISC-V公告。例如，Meta分享說公司正在使用RISC-V進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)碼、推理加速器和訓(xùn)練芯片。此外，高通公司（Qualcomm）還強(qiáng)調(diào)，它已經(jīng)出貨了十億臺搭載RISC-V微控制器的設(shè)備，并將推出一款基于RISC-V的可穿戴解決方案，支持谷歌的Wear OS。”
　　
　　雖然RISC-V仍存在一些問題，但這對EDA行業(yè)來說也是有益的。Arteris解決方案與業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Frank Schirrmeister表示：“關(guān)于驗證的一些認(rèn)識已經(jīng)形成。創(chuàng)新的自由伴隨著驗證的重大責(zé)任，RISC-V生態(tài)系統(tǒng)需要進(jìn)一步成熟以支持增長。在RISC-V峰會上，除了驗證之外，用戶還指出，諸如IOMMUs、調(diào)試與追蹤、中斷控制器、功率管理和SoC范圍內(nèi)的一致性等方面都需要生態(tài)系統(tǒng)的工作來支持RISC-V的持續(xù)增長。”
　　
　　2023年末，Synopsys低調(diào)收購了Imperas，這是一家提供RISC-V參考模型的領(lǐng)先公司，并且面向RISC-V推出了越來越多的驗證工具。此外，Synopsys宣布創(chuàng)建ARC-V項目，該項目借鑒了他們多年來在ARC可擴(kuò)展處理器方面的經(jīng)驗，并將其應(yīng)用到RISC-V架構(gòu)中。
　　
　　盡管開源硬件正在逐步得到重視，但開源EDA卻尚未如此。Axiomise的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ashish Darbari表示：“優(yōu)秀的EDA需要大量資金。EDA的采用者是使用這些工具的公司，因為他們關(guān)心質(zhì)量和上市時間，他們希望能一次就做對。這些公司，尤其是世界上的老牌硅廠商，并沒有對新的開源、略微便宜的EDA形式敞開懷抱。不幸的是，開源EDA尚未在RISC-V領(lǐng)域取得突破。這主要是因為RISC-V硅片供應(yīng)商以及所有生產(chǎn)硅片的公司并未對開源EDA進(jìn)行投資。”
　　
 
　　
　　EDA現(xiàn)在擁有了一個新亮點——人工智能（AI）。在過去的十年里，EDA公司已經(jīng)在選擇性地采用AI技術(shù)，而其應(yīng)用范圍還在擴(kuò)大。
　　
　　在EDA領(lǐng)域使用的AI類型可能沒有像ChatGPT那樣能展示出來的生成式AI那么引人注目。然而，強(qiáng)化學(xué)習(xí)已經(jīng)被證明在替代人類當(dāng)前執(zhí)行的一些重復(fù)性任務(wù)方面具有優(yōu)勢，尤其是在涉及許多因素之間的復(fù)雜關(guān)系時。
　　
　　AI取代設(shè)計師的可能性較小。“AI是經(jīng)過訓(xùn)練的。” IC Manage的首席執(zhí)行官Dean Drako表示，“如果你訓(xùn)練AI，它就會從已經(jīng)完成的工作中學(xué)習(xí)。如果我用1000個加法器設(shè)計訓(xùn)練AI，它就知道什么是加法器。然后我可以要求它按照定義好的一組特征設(shè)計一個加法器。但我不會指望AI能想出芯片組（chiplets）這個概念，因為它以前從未見過。我們在EDA領(lǐng)域和設(shè)計領(lǐng)域所做的最重要的工作就是創(chuàng)造新事物。每次我們制造新芯片時，我們都在發(fā)明一些比上一個更好的東西。我們很少做相同的事，而AI擅長執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)。”
　　
　　工程領(lǐng)域既有創(chuàng)造性又有程式化。Real Intent的Narain表示：“創(chuàng)造性部分相對較小。接下來是程式化部分，你需要編寫代碼、實現(xiàn)功能并進(jìn)行測試。這會耗費(fèi)大量工程時間?，F(xiàn)在有一種趨勢，旨在提高工程師的工作效率。通過自動化更多程序性的部分，他們可以有更多時間來考慮其他方面。”
　　
　　AI也能帶來一些實實在在的收益。Ansys公司的導(dǎo)演Rich Goldman說：“四大巨頭公司在過去的一年里發(fā)布了AI增強(qiáng)產(chǎn)品。像Synopsys這樣在過去40年里一直從事邏輯綜合的公司，在利用AI后突然取得了更好的結(jié)果。這種變化如此之大，的確讓人驚訝。”
　　
　　其中許多收益來自于使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)。“但現(xiàn)在生成式AI正在釋放全新的能力層次。”西門子EDA的IC部門市場總監(jiān)Neil Hand表示，“這一軌跡非常令人印象深刻，不僅僅是從技術(shù)層面上解鎖了新的能力，而且從用戶感知角度上也發(fā)生了改變。回顧幾年前，人們并不真正關(guān)心事情是如何完成的，只要確保完成就好。如果你談?wù)?a href="http://www.zkxxing.cn/tags/jiqixuexi.html" target="_blank" class="keylink">機(jī)器學(xué)習(xí)，人們會有些懷疑，不會完全信任。而現(xiàn)在這種狀況已經(jīng)被徹底改變。人們信任AI和機(jī)器學(xué)習(xí)，他們想了解你正在做什么。他們希望了解屏幕背后所使用的技術(shù)。”
　　
　　未來還有很多可能性。Narain說：“作為一名EDA工具設(shè)計師，我面臨的挑戰(zhàn)之一是人機(jī)交互。我們計算了大量需要呈現(xiàn)給用戶的信息。AI可以自動化過程中的一部分內(nèi)容，根據(jù)我們作為人類無法看到的模式自動調(diào)整參數(shù)，即發(fā)現(xiàn)未知模式的能力。這可能是一個漫長的過程。”
　　
 
　　
　　長期以來，EDA領(lǐng)域沒有被視為一個充滿活力且值得投資的行業(yè)。西門子的Hand表示：“半導(dǎo)體和EDA領(lǐng)域再次成為關(guān)注焦點。盡管我們在過去的多年里一直在改變世界，但并沒有受到關(guān)注。去年我們在白宮與半導(dǎo)體行業(yè)人士交流，在總統(tǒng)面前與EDA行業(yè)人士交談。行業(yè)突然變得備受關(guān)注。”
　　
　　這種變化已經(jīng)在估值上得到體現(xiàn)。Narain表示：“看到公開市場終于承認(rèn)EDA作出的貢獻(xiàn)，令人非常高興。EDA行業(yè)長期以來一直被低估。我要感謝那些對此起到關(guān)鍵作用的大型公司管理層。”
　　
　　這是否過于夸大了？IC Manage的Drako表示：“我對EDA公司的市值表示驚訝。它們非常高。這簡直令人難以置信。這在某種程度上是合理的或者說遲到的。EDA業(yè)務(wù)是我們生活中一切事物的支撐，然而EDA行業(yè)一直是一個利潤不多、備受忽視的一潭死水。這花了50年的時間，但EDA領(lǐng)域獲得的尊重和賺錢能力早就應(yīng)該到來了。”
　　
　　高估值往往會增加收購的可能性，我們已經(jīng)看到該領(lǐng)域的活動有所增加。如果最近宣布的Synopsys和Ansys的合并完成，這將是迄今為止很長一段時間以來最大的企業(yè)交易事項。
 
　　
　　但未來至少有一個不確定因素。使EDA更受關(guān)注的同一力量也與地緣政治對峙關(guān)系緊密相連，而這可能產(chǎn)生長期影響。Hand表示：“我列出了大約15個國家（地區(qū)）的計劃，用于向半導(dǎo)體和EDA領(lǐng)域提供資金支持。CHIPS法案（美國尖端芯片投資法案）只是一個例子。與此同時，這還造成了逆風(fēng)，因為中國是其中一個大市場。你如何處理出口限制？如何規(guī)避這些問題，以便在支持他們做允許的事情時，還能確保不違反任何限制？”
　　
　　目前有許多晶圓廠正在建設(shè)中。“CHIPS法案加速了半導(dǎo)體晶圓廠的建設(shè)計劃，這可能對半導(dǎo)體周期產(chǎn)生重大影響。” Ansys公司的Goldman表示，“新建晶圓廠需要一段時間。我們目前已經(jīng)看到位于亞利桑那州的臺積電和英特爾晶圓廠,還有在俄亥俄州、紐約中部等之前未曾涉足的地方。在EDA領(lǐng)域，我們已經(jīng)看到了很多在幕后為資金分配所作的努力，但資金尚未真正投入到行業(yè)中。我認(rèn)為在未來一年內(nèi)我們將看到具體的影響。” 
　　
　　如果要使這些晶圓廠在經(jīng)濟(jì)上具有可行性，那么所有額外的晶圓廠的產(chǎn)能都需要以某種方式得到充分利用。Ansys公司產(chǎn)品市場總監(jiān)Marc Swinnen表示：“在CHIPS法案中，他們在尋求芯片設(shè)計的民主化，以及獲取工具、庫和IP的途徑，以便更多團(tuán)隊能夠進(jìn)行先進(jìn)的芯片設(shè)計。他們還希望在EDA領(lǐng)域取得進(jìn)展，以便大學(xué)能進(jìn)行研究，并需要EDA供應(yīng)商組成聯(lián)盟，在可用資源的框架內(nèi)共同努力，盡管彼此之間可能會有一些摩擦。還有許多開拓性工作需要完成。從設(shè)計方面，他們希望獲得什么以及如何實現(xiàn)這些目標(biāo)，目前正處于探討過程中。”
　　
　　每個行動都有一個正面和負(fù)面的反應(yīng)。Drako表示：“接下來可能會發(fā)生意料之外的后果。大部分EDA工具都是美國公司制造的。這些工具非常先進(jìn)，包含了大量知識，以至于沒有人試圖復(fù)刻它們。但在中美貿(mào)易挑戰(zhàn)的背景下，中國將投入巨大努力發(fā)展EDA工具。本質(zhì)上，我們正在“創(chuàng)建”一個競爭對手，或者是創(chuàng)造一個備選來源，又或者是在EDA工具領(lǐng)域引入另一個參與者。”
　　
　　正如我們在傳統(tǒng)EDA中所見，當(dāng)一家公司遙遙領(lǐng)先時，只要它們持續(xù)投資，要趕上它們就是很困難甚至不太可能的。Drako補(bǔ)充道：“有時，在從零開始建立一項新事物時，你能做出更好的解決方案，因為在起步階段你可以使用更好的技術(shù)。但其他時候，當(dāng)很多事情都在進(jìn)行時，重頭開始建立一個更好、更快的解決方案是非常困難的，因為已有的一堆代碼中包含了大量知識和已經(jīng)學(xué)到的經(jīng)驗教訓(xùn)。這需要很長時間才能趕上。”
 
　　
　　無論從哪個角度看，過去這一年對EDA行業(yè)來說都是偉大的一年。新技術(shù)和新機(jī)遇確保了未來的幾年的美好前景。如果出現(xiàn)新競爭者，行業(yè)將如何應(yīng)對？這個問題還需要等待未來的回答。
　　
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