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    • 后摩尔时代,EDA验证需求急剧分化
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芯华章:聚焦数字验证领域,打造面向系统的EDA平台和工具

2022/08/11
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后摩尔时代,EDA验证需求急剧分化

1981年,第一台PC机IBM5150诞生,成为驱动芯片应用的第一大需求,当时的芯片验证技术以简单的逻辑仿真为主,捎带一部分小规模板子搭建的FPGA原型,再加上一些HDL语言类的描述,整体产值效率比较低。到了九零年代,设计语言的一些应用开始逐渐产生,但那时候还没有AI和手机,大部分的市场驱动能力还是以信息为主。到了2000年左右,市场上出现了新的验证技术,也就是我们常说的EDA 1.0和EDA 1.X时代。2006年,亚马逊第一次推出云服务,也就是数据中心;2008年,特斯拉Roadster原车诞生,芯片验证技术进入最蓬勃的时代,很多创新的手段,包括验证技术和需求开始百花齐放。再到前几年,AlphaGo击败韩国围棋国手,AI名噪一时,国内很多公司就开始做AI芯片

 
图 | 新兴应用领域飞速发展,需求急剧分化

从上图中,我们可以看到,各种系统应用的需求正在不断放量,产业数字化步伐越来越快。但与此形成鲜明对比的是,最近这十年,验证技术其实没有什么太大的改进。往后要怎么走,才能满足系统设计、系统研究企业的需求,是EDA企业要去探索和解决的问题。

以汽车行业为例,国内有小鹏、蔚来、理想等,而比亚迪更是已经成为全球第三大汽车制造商。放眼如今的汽车市场,给半导体产业的机会很多,因为现在的汽车里面动辄上千颗芯片、几亿行代码,如果加上智能座舱、无人驾驶,这些数据可能要翻上10倍。有数据显示,这里面同步需要的软件集成跟算法验证的需求量产值可达620 亿美元。

 
图 | 预计到2025年,汽车领域在软件与集成的投入将达到620亿美元

然而,对于国内的半导体企业来说,在先进工艺上受到打压限制,所以光靠工艺这个先天条件是不够的,还需要后天的努力,比如架构创新与算法创新,这同样会给EDA工具带来新的挑战,比如芯片的工作安全对算法、验证的新要求。

芯片设计呈系统化和异构化趋势,EDA正延伸至应用创新阶段

站在传统EDA行业的角度,EDA 是为芯片产业服务的。但是近年来,越来越多的系统厂商也开始做芯片,比如苹果、特斯拉、华为,甚至一些白色家电厂商,芯片设计越来越成为系统化设计的一个过程。

当这些厂商将他们对系统的理解带入到芯片定义中时,原来围绕电路设计的芯片设计将转而围绕系统展开。那么,势必会牵涉到软件和硬件的协同、多颗芯片多个节点的协同等。芯华章科技产业和业务规划总监杨晔表示:“如何将芯片设计系统化的趋势体现到验证流程里,让整个验证过程变得更智能、更自动,是芯华章关注的一大新趋势。”

除此之外,在过去的几年中,从芯片设计端来看,很多新的体系结构、新的指令集不断地在崛起,不再是过去一、两种指令集打天下的局势,这就是异构。而这个趋势不只在设计中,还体现在制造领域,用不同的工艺、不同的节点、不同厂家的IP来实现整个SoC芯片。

过去30年中,半导体产业的设计和制造是分离的,而如今不论是设计端还是制造端的异构趋势,又把设计和制造在某种程度上重新统一起来了,这就对EDA 又提出了新的要求——EDA工具必须在设计阶段就考虑好如何满足chiplet系统的验证需求。反过来讲,芯片设计变成了一个上下游协同的过程,因此EDA将从设计阶段延伸到系统阶段,来覆盖整个应用创新周期的验证需求,同时要求要有一个统一的流程,能够实现不同环节的互相验证、互相对比,达成协同效应。

聚焦数字验证赛道,芯华章推出七大产品线

虽然从业者很努力地用不同的新的工艺架构、算法,来去满足一些爆发式的需求,但创新周期依旧是巨大的压力。一个项目的启动,从明确系统需求、芯片定义、模块设计及验证、SoC集成和后端设计、系统及验证、芯片制造、芯片测试,到系统集成和上市,是一个电子产品的设定周期。其中,在模块设计时,芯片设计厂商往往会遇到仿真资源不够导致覆盖率不达标的问题,而做验证的目的就是为了解决其中两个问题:一是确认设计中还有没有bug;二是验证完了没有。

听似简单,但做起来是一个工作量非常巨大的事情,因为那么多复杂的环节,很难实现100% 验证完全。所以,业界往往需要借助不同的手段与工具,从不同的角度去进行检测和验证。因此芯华章推提供全面覆盖数字芯片验证需求的七大产品系列,包括:硬件仿真系统、FPGA原型验证系统、智能场景验证、形式验证、逻辑仿真、系统调试以及验证云,搭建了完整的数字验证流程。

既然提到了芯华章的产品线和技术支撑,那我们不妨来看看芯华章的起源和画像。

 
图 | 芯华章董事长兼CEO 王礼宾

2001年,芯华章董事长兼CEO王礼宾,告别了20年的军旅生活,开始了他的EDA职业生涯,从最基层的工程师开始,一步步做到Cadence华南区总经理,再到Synopsys任中国区副总经理,让王礼宾不仅熟悉了EDA相关的技术,还在管理上积累了丰富的经验,这也是2020年3月王礼宾带头创立芯华章的一大背景。

在几乎被国外大厂垄断的EDA行业,作为一名后起之秀,要如何定位自己是一件难事儿。王礼宾表示:“芯华章从成立之初就确定了三大特点:高起点、厚积累、求创新。可以用最新的架构去做产品,不受兼容和移植之缚;核心技术人才的知识累积,是高科技行业成功的基础;依样画葫芦很难实现超越,必须在累积的基础上不断探索创新。”

此外,王礼宾还强调:“‘广积粮、高筑墙、缓称王’是芯华章的发展思想。在成长的路上,芯华章将不断累积人才,把产品做丰富,做好融资保障,筑好知识产权、专利、人才和资金方面的竞争优势,专注于数字前端验证,不会盲目扩张到其他领域。”

 
图 | 芯华章首席运营官 傅强

就专利方面,芯华章首席运营官傅强表示:“在短短的两年多时间里,芯华章目前已经有几十件专利申请成功。”

在此基础上,芯华章提出了“七大产品线和四大技术支柱”的方案,基本上涵盖了数字前端验证所需要的主要流程,并且这些产品在互通的架构上,可以形成一个统一底层框架的验证平台,有效解决了验证工具碎片化与不兼容带来的效率挑战。

 
图 | 芯华章的“七大产品线和四大技术支柱”

国产EDA工具靠什么脱颖而出?

众所周知,在过去的几十年中,EDA产业已经发展到行业集中收敛的阶段。根据赛迪顾问发布的数据显示,2020年业内前五大厂商占据了85.8%的市场份额,其中排名前三的Synopsys、Cadence、Siemens EDA市占率分别为 29.1%、32.0%、16.6%,总计 77.7%。

看似半垄断的环境下,但事实上很多大公司通过收购壮大,然后将收购回来的点工具进行数据转换或打包,原生开发的点工具没有统一的流程架构以及覆盖率数据,就会遇到验证结果融合问题,呈现碎片化的状态,所以在效率方面自然是打折扣的;此外,这些公司在开放性、数据互通和创新性方面的局限性也较大。为什么客户已经有了原本的工具,还会愿意再采用新的EDA工具?原因有二:一是性能的提升,二是解决了之前没有办法解决的验证难题,这就给了芯华章通过技术创新,实现换道超车的发展机遇。

 
图 | 芯华章首席市场战略官 谢仲辉

芯华章首席市场战略官谢仲辉表示:“就在刚刚过去的全球电子设计自动化盛会DAC上,芯华章作为一家后起之秀,却受到了包含苹果、微软、Amazon、联发科等国际头部系统企业的关注,并递出了合作意向的橄榄枝。这意味着他们当前的项目需求不能被完全满足,而EDA领域的创新和市场的空间还非常大。”

“以前做工程,我们去客户那边安装要带好多个光盘,这是因为传统EDA工具的源代码有几个G甚至更多,而以前的光盘只有几百兆。经过十几、二十年的累积,原先研发的那些人有些已经走了,现在留下来的软件工程师有些是不敢碰一些基础的代码库的,怕一改就带来非常大的影响,所以大多都是将新的功能继续集成到大代码量里面,这就形成了包袱。而对于芯华章来说,我们从底层架构搭建起,统一的数据库带来的是比较轻量的代码,效率就会得到很大的提升。”

“从产品的角度来看,芯华章另辟蹊径,采用以终为始的概念,重新打造软件体系跟架构。以FPGA原型验证系统为例,自动化智能设计流程的内涵重点不是硬件本身,而是软件能不能自动分割,有没有更好的调试手段。因此,芯华章采用统一的调试、编译数据库和覆盖率数据库进行分析,再借助自动化生成的场景激励,通过编译关联所有工具链,形成统一的验证平台——智V验证平台,最终将工具融合到一起。在验证工作任务占四成的调试方面,芯华章发布的Fusion Debug加入了自动化分析,并提供可编程的开放数据接口,从而大大降低芯片验证工程师的准入门槛。”

“此外,除了技术壁垒外,在半导体行业里面,还存在很大的信任壁垒。得益于成熟、扎实的一线团队所积累的深厚服务经验,芯华章很快建立了同客户的深厚互信。比如芯华章成立后,第一年的收入大部分是靠第三方工具为客户提供服务产生的,客户通过我们的工程师为他提供的验证服务和支持,会知道我们的能力在哪,增进对我们的信任。这也是我们产品与服务的一种差异化优势。” 谢仲辉补充道。

写在最后

值得一提的是,芯华章的EDA工具既支持运行于传统Intel x86架构服务器,也支持国产处理器企业的自主平台,如基于华为鲲鹏处理器、飞腾处理器的服务器。目前,芯华章已经基本建立完整的数字验证全流程,产品与服务得到中科院半导体所、燧原科技、芯来、鲲云等一众业内知名企业实际项目采用,为赋能电子系统创新,提供了自主可信赖的底层技术支持。

 

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与非网副主编 通信专业出身,从事电子研发数余载,擅长从工程师的角度洞悉电子行业发展动态。