自從ChatGPT橫空出世后,AI成為了科技界和資本市場最為炙手可熱的話題之一。許多人毫不懷疑,AI是改變未來世界的關鍵。而對這種宏大愿景的預期,使得一些行業的命運也發生重大轉變,首先便是與半導體相關的產業——由于AI對于算力芯片的巨大需求,能夠提供這種尖端產品的芯片公司英偉達的市值近期超越了微軟和蘋果,登頂全球第一。除此之外,AI反過來也會影響芯片本身的設計與制造,這在EDA(電子設計自動化)領域也已形成共識。
既然AI能夠寫作、繪圖、生成影片,還能讓汽車自動駕駛,那么AI為什么不能用來設計芯片?
最近,工信部的“芯動力人才計劃”就推出了一項培訓課程《AI輔助模擬芯片設計》,其中部分培訓內容來自于國內一家EDA公司復鵠科技,這家公司多年來專注致力于用AI技術實現模擬芯片設計全流程自動化。
公開資料顯示,“芯動力人才計劃”是工信部人才交流中心組織開展的、服務國家集成電路產業發展的人才專項。從他們的發布渠道可以看到,這個平臺經常會組織一些專家學者對半導體從業者就一些行業前瞻課題和業務實踐進行培訓。
復鵠科技是一家初創型的EDA企業,該公司成立于2019年9月,他們介紹自己“與國際同步研發,創造性地整合流程和歸納經驗知識庫,并引入AI算法,在全球首個推出新一代模擬芯片AI自動化商用EDA工具AnaSage,實現了從前端設計到后端版圖生成的自動化?!?/p>
目前,學術界和產業界確實都已在AI賦能EDA這一課題上投入大量研究,且已有部分企業推出相應商用產品,如EDA“三大家”中新思科技(Synopsys)于2020年推出了全球首個AI自主芯片設計解決方案DSO.ai,而“三大家”中的另一巨頭楷登電子(Cadence)目前多個產品線都已具備 AI 功能,如Verisium、Cerebrus、Allegro X、Virtuoso等。
國際行業巨頭爭相投入,說明用AI加速EDA的創新乃是大勢所趨,尤其是在更為復雜的模擬芯片領域,模擬設計自動化的加速演進或許正是等待AI這把鑰匙的啟動。
模擬芯片和數字芯片相比具有天然的復雜性:數字芯片只需要處理二進制信號0和1,但模擬芯片則需要處理聲、光、溫度、壓力等模擬信號,因此模擬芯片具有形狀不規則、模塊差異大、物理約束條件復雜等特點,這就造成模擬EDA需要克服算法維度多、難以標準化等障礙。因此,相較于數字EDA,模擬芯片設計的自動化一直大幅落后,目前仍停留在晶體管級別,相關工具近20年基本沒有大的更新迭代。而這一難題,在人工智能時代來臨時終于迎來破局的希望。
在當前階段,指望AI來驅動全流程EDA或許還為時過早,但在一些更加具體的應用場景上,AI的“小試牛刀”已經讓部分半導體從業者嘗到了甜頭。
2023年,新思科技和楷登電子都推出了用于模擬芯片工藝自動化遷移的應用產品(Analog – Porting),作為模擬自動化落地的最成功案例。其中,新思科技通過與三星電子的合作,能夠幫助在三星生產的芯片從14nm節點遷移到5nm;而楷登電子則選擇與臺積電合作,通過其Virtuoso工具,使基于臺積電制造平臺的模擬設計遷移時間縮短多達3倍。這些致力于提高模擬設計遷移效率的合作之所以能夠成功,都歸功于AI引擎的加持。
在國內EDA市場,華大九天和概倫電子均曾公開表示,已將AI技術應用于現有產品中,但并未披露具體的產品型號與用途。國內最早公布基于AI的具體產品的EDA公司,便是前面所提到的復鵠科技,該公司在2022年推出的AnaSage1.0,便具有自動優化仿真、自動版圖生成等功能。
值得一提的是,與新思科技和楷登電子類似,復鵠科技也將目光瞄準了工藝遷移(Porting)這個方向,他們在AnaSage的基礎上進一步推出了針對模擬芯片的工藝遷移全流程工具——Auto Porting,而產品發布時間竟然與新思科技和楷登電子相差無幾。作為一家初創公司,能夠有這樣的市場敏銳度和技術能力,也算比較難得了。
據一些用過復鵠的Auto Porting的業內人士說,這個產品還是挺有想法的和實用的。與新思科技、楷登電子綁定三星、臺積電等晶圓廠的模式不同,復鵠科技的Auto Porting更加普適一些,符合國內芯片產業的實際應用情況,可以實現模擬芯片產品(包括電路和版圖)從一個晶圓制造廠遷往另一晶圓制造廠的相同節點,或者進行不同節點之間的縮放。他們介紹能夠把遷移導入時間從原來的幾個月甚至半年縮減到一個月以內,支持全球 top10在內的各類特色工藝廠,支持成熟節點到先進節點的各種遷移。果真如此的話,對于一些新建的晶圓制造廠還是很有吸引力的,在產能內卷的當下,這會大大降低晶圓制造廠的獲客成本;同時為模擬芯片設計企業供應鏈整合備份、降低成本、提高效率,更好更快地推出產品作出貢獻。
2018年,在半導體產業發展的最初階段發揮過重要作用的美國國防高級研究計劃局(DARPA)提出過一個“電子復興計劃”(IDEA),預示模擬EDA領域的變革很快要到來。幾年過去后,如今AI浪潮席卷全球,這個觀點的前瞻性也在逐漸被證實。但是也要看到,模擬設計自動化水平的躍升不太可能一蹴而就,AI+模擬全流程EDA的模式能不能跑通,以及是否能形成穩定靠譜的產業生態,還要留給市場去檢驗。國內相關政府部門和產業界上下游企業如能全面擁抱AI+EDA的大趨勢,必將有助于我國集成電路產業在工具軟件領域的自主可控目標的早日實現。(思維財經出品)■