[原创] 内卷时代，你的AI芯片如何快人一步

EDA全称Electronic design automation，主要为集成电路的设计、生产等提供自动化辅助设计能力。凭借精细的软件设计，EDA保证了芯片设计各个阶段、各个环节的准确性，缩短了设计周期、降低了设计成本，因此被人称之为半导体工业软件皇冠上的明珠。

然而人工智能的兴起，却将EDA推向了新浪潮。无论是在EDA工具中应用AI算法赋能芯片设计的“AI Inside”，还是EDA工具助力AI芯片高效设计的“AI Outside”，都意味着EDA对于提高AI芯片设计效率有着不可或缺的重要作用。

在“AI Outside”方面，AI芯片随着数据爆炸时代的到来应运而生，庞大的算力意味着其往往具备超大的设计规模，对于芯片来说，规模越大，结构越复杂、精度越高，对于EDA软件的依赖程度也就越高。

以在EDA总体算力比重较大的验证来说，作为解锁芯片流片成败的关键环节之一，要想提高流片成功率，就要在流片之前做好充分的系统级验证。一般来说，芯片验证工作随着SoC芯片复杂度、集成度规模的扩大，占比不断提高，甚至可达70%。面对复杂的设计需求，传统基于电路的仿真技术无法实现对极端情况的验证覆盖，使得验证覆盖率的收敛成为了阻碍AI芯片设计效率进一步提升的“绊脚石”。

为此，AI芯片在验证策略选择上往往需要引入多种验证手段，通过仿真、形式化验证、FPGA原型验证等一系列验证手段提前发现问题，确保芯片在功能、功耗、调度性能等方面达到设计期望。使用EDA工具，可以针对AI的分布式、矩阵式等运算特点，验证AI芯片的性能和收敛能力，推出对应的解决方案，以此来得到更快的结果，提高芯片设计效率。

图源：芯华章

这也是EDA的优势所在，无论是人工智能，还是云计算、5G、智能汽车，EDA领域均有对应其应用特点的芯片设计解决方案，对于芯片设计者而言，EDA工具可以快速将基础信息进行有效的建模和抽象，帮助设计者将精力更多地投入上层和系统设计。设计者只需完善算法设计，即可通过EDA实现一个性价比更高、性能更匹配的系统设计。

在本土领域，已有多家AI芯片厂商与EDA厂商合作，以此提高设计验证效率。例如：国微思尔芯原型验证工具助力埃瓦科技 3D 视觉 AI 芯片量产；鲲云科技采用芯华章的形式化验证工具穹瀚(GalaxFV)，提升新一代复杂AI芯片的设计验证效率，进一步保障复杂AI芯片的功能和可靠性。

而在“AI Inside”方面，EDA+AI更是已经成为了热门话题，不少专家都认为EDA应用AI是必然趋势,AI在其中可以起到加速和辅助作用。

在传统EDA设计工具中,芯片架构探索、设计、验证、布局布线等工作的人力占比巨大，随着人工智能的兴起，EDA设计工具也开始逐渐朝着智能化趋势发展，在深度、强化学习等技术的加持下，智能化EDA设计能够吸收过去的设计经验和数据, 有效减少人力投入、缩短设计周期、提高芯片设计及生产的性能和精度。

从某种意义上来说，芯片设计过程的复杂性非常适合 AI 算法。比如，当AI应用于布局布线、平面规划等芯片后端设计时，EDA工具可以通过摄取设计工具生成的大数据流来探索搜索空间，观察设计如何随时间演变，并调整设计选择、技术参数和工作流程。

又或者，在计算时延中使用AI的方法，可以根据建模精确度把解决方案代入到时延范围内，得到你最终想要的结果。

总的来说，只要AI技术运用得好，可以把后端工具的运行时间缩短。当然，AI还可以在前端设计时，通过建模检测其在后端的运行结果，让前端工程师知道他们现在的优化动作在后端是否有效，能否缩减迭代的速度。

此外，EDA上云作为未来的趋势之一，在云端上可以开放更多的计算资源，也可以加快设计和验证过程。

与EDA一样，IP核作为芯片设计中的关键一环，通常是指事先定义，经过验证可以重复使用的、能够完成某些功能的设计模块，可以降低芯片设计中冗余的设计成本，以及错误发生风险，提高设计效率。

在如今AI芯片企业分类中，除了Nvidia、Intel、AMD、Qualcomm、华为海思等芯片设计龙头企业，以及以寒武纪、地平线等为代表的专注于人工智能芯片研发企业，还包括了ARM、Cadence、Synopsys等以IP授权为主要商业模式的企业。

对于AI芯片厂商来说，使用成熟、稳定、满足需求、质量可靠的IP核，通过快速复用积累的技术，可以有效提高芯片设计效率，提升芯片设计公司的交付能力，极大缩短SoC芯片的开发周期。

比如，接口IP的硬化服务能够为 SoC 腾出空间，为达到更高的 AI 性能提供了宝贵的片上 SRAM 和处理器组件；专业的AI加速硬件IP能够提供在芯片中部署AI加速功能所需的工具；内存IP核解决方案支持针对不同AI内存约束的高效架构，可以减少AI应用中的延迟。

另外，由于IP厂商只设计芯片局部的某些功能模块，因而更能够追求这些功能模块设计的最优化，不断迭代，更新，AI芯片厂商也因此可以借助先进的IP核，在保持竞争力的同时，也可以保障芯片设计的按时交付。

当然还有很重要的一点就是：Chiplet时代的到来。

Chiplet俗称芯粒，也叫小芯片，它是将一类满足特定功能的die（裸片），通过die-to-die内部互联技术实现多个模块芯片与底层基础芯片封装在一起，形成一个系统芯片，以实现一种新形式的IP复用。从这个意义上来说，Chiplet也可以看作一个新的IP重用模式。

图源：信达证券

当前，算力已经成为AI芯片的重要指标之一，只有保证充足的算力，才能应对爆发式增长的计算需求。要想提升AI芯片的算力，增大芯片面积是最为简单有效的方法，然而芯片面积越大意味着良率越低，成本越高。为了解决芯片性能和良率之间的矛盾问题，Chiplet技术出现了。

在Chiplet的加持下，IP 模块经济性和复用性也有望得到大幅提升。不同功能的IP，如 CPU、存储器、模拟接口等，可灵活选择不同的工艺分别进行生产，从而可以灵活平衡计算性能与成本，实现功能模块的最优配置，而不必受限于晶圆厂工艺。

此外，Chiplet还可以看作是硅片级的IP，企业仅需将多个已经成功验证的芯粒通过先进封装技术进行封装，即可得到相应的产品，即高效，也降低了芯片设计的难度和成本。

因此，对于对性能有着高追求、渴望先进工艺的AI芯片来说，IP和Chiplet无疑是其加速的一大利器。

同EDA和IP一样，芯片设计服务作为芯片设计公司和晶圆厂之间的重要桥梁，对于AI芯片厂商来说，也是一个无比重要的存在。

不过与EDA和IP不同的是，IC设计服务提供商的主要作用则是，整合和利用自身的资源集中优势和丰富专业的设计开发能力及经验，为客户争取更具竞争力的IP资源、晶圆制造乃至封装测试等服务支持，有效降低和缩减客户的芯片产品设计开发费用、开发风险和开发周期，降低产品运营费用和风险。

众所周知，AI芯片的开发成本相当高，尤其是ASIC架构设计的芯片，流片数量动则千万，包含人力成本，投入可高达2500万美元以上。而与之相对的却是，越来越多的初创型AI芯片企业。

中商情报网数据显示，近年来，我国AI芯片企业注册量快速增长，由2017年的1110家迅速增长至2021年的13492家，年均复合增长率达86.7%。最新数据显示，2022年1-5月，我国AI芯片企业注册量达6783家，已超过2020年新增企业数量。

图源：中商情报网

对于这些资金、人力都短缺的初创型AI芯片企业，只有在有限的时间和资金中做出产品，才能获得下一轮资本的青睐，才不会消失在时间的洪流中。而在此过程中，一家可靠、合适的设计服务供应商便成为了重中之重。

众所周知，芯片设计过程不是单方面一来一回地顺序传递，而是有大量交互与沟通在重叠进行，对于有芯片设计服务相关需求的公司而言，选择设计服务团队，不只是选择一个供应商，更是在选择合作伙伴, 反之亦然。

而追赶在行业风口的AI芯片设计就如同登山，目之所及有限，殊不知前路风景，在披荆斩棘过程中，如果能匹配到合适的芯片设计服务团队，就如同英雄降魔路上有了宝刀利器，可以更快走向最终胜利。

从上世纪80年代后期至今，芯片产业链中已经涌现了创意电子、芯原股份、摩尔精英、智原科技、灿芯半导体等一批芯片设计服务厂商，如何在众多设计服务团队中寻找最合适自己的，或许成为了AI初创企业所需面对的新难题。

其中，创意电子背靠晶圆代工龙头台积电，主要提供SoC设计服务、定制化IC制造和IP解决方案三大业务，其IP阵容涵盖了HBM、Glink、SerDes、DDR，适用于ASIC、FPGA和SoC设计。今年3月，创意电子推出采用台积电 2.5D 与 3D 先进封装技术 (APT) 制程的平台，除了可缩短 ASIC 设计周期，更有助于降低风险及提高良率。

摩尔精英打造芯片设计云平台的理念就是为了帮助众多企业寻求更多共享资源。除了拥有基于自有资深设计服务团队的专业技术能力，聚合在不同应用领域或者技术方向上有独特优势的合作伙伴，为客户提供定制化有竞争力的芯片设计服务外，摩尔精英还有完善的项目管理流程，可以及时预警并有效避免大量异常的发生，保障客户项目顺利如期执行并交付，化时间为金钱。

芯原股份则主要提供芯片定制解决方案和半导体IP授权服务，其用于人工智能的神经网络处理器IP（NPU）已被50余家客户用于其100余款人工智能芯片中。据了解，芯原的神经网络处理器技术是基于GPU架构体系进行优化，利用其可编程、可扩展及并行处理能力，为各类主流人工智能算法提供硬件加速的微处理器技术，在单位功耗下的卷积计算能力突出。

智原科技FPGA-to-ASIC方案搭配丰富的IP数据库，以及先进FinFET工艺的PCIe Gen 3/4、MIPI D-PHY、DDR 3/4等高速传输接口，可满足人工智能芯片对于高数据带宽与低延迟时间的需求。据介绍，从云端到终端计算，智原都能依需求转换FPGA设计并整合所需IP，提供优化的ASIC设计，相较于FPGA芯片，能源效率可提升30~100倍。

对于众多处于初创阶段的AI芯片企业来说，有了芯片设计服务商的助力，就可以把宝贵的人力财力更加专注于市场，产品定义以及系统级支撑， 把芯片实现的专业要求交给专业团队实现。不过需要注意的是，在选择芯片设计服务商时，要明白自己的所需、所想，选择与自己最适合、最匹配的，方可事半功倍。

随着人工智能场景在金融、制造、电信、医疗、交通等行业应用不断深化，其发展也呈现出应用场景多元化的特征。愈发多元的应用场景，以及逐渐成熟的技术，让AI芯片市场竞争越来越激烈。

“工欲善其事，必先利其器。”

想要成为这个竞争激烈的行业内的捷足先登者，或许学会运用各类工具和设计资源，不失为一种正确的打开方式。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第3110内容，欢迎关注。