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后疫情時代，全新的供應(yīng)變局，以及汽車電子等行業(yè)帶來的爆發(fā)式增長需求，讓整個半導(dǎo)體行業(yè)尤其是芯片，徹底從“幕后”走向“臺前”。
“隨著各領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體驅(qū)動產(chǎn)品的需求急劇增長，行業(yè)正面臨著半導(dǎo)體與系統(tǒng)復(fù)雜性日益提升、成本飆升、上市時間緊迫以及人才短缺等多重挑戰(zhàn)。在此背景下，掌握半導(dǎo)體設(shè)計的前沿技術(shù)和創(chuàng)新工具成為企業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新、保持競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。”日前，在西門子EDA年度技術(shù)峰會 “Siemens EDA Forum 2024” 的媒體溝通會上，西門子數(shù)字化工業(yè)軟件Siemens EDA Silicon Systems首席執(zhí)行官Mike Ellow如此談到。
在他看來，EDA(電子設(shè)計自動化)技術(shù)就是讓半導(dǎo)體設(shè)計充滿活力的關(guān)鍵。隨著人工智能(AI)、數(shù)字孿生與云計算等新技術(shù)賦能，西門子EDA將持續(xù)為IC與系統(tǒng)設(shè)計注入活力，幫助客戶以及合作伙伴挖掘產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機遇。
軟件定義、硅片賦能
Mike Ellow指出，當(dāng)今世界經(jīng)歷著日新月異的變化，這個變化的核心主導(dǎo)因素就是半導(dǎo)體。
他強調(diào)，幾年前的疫情是引起全球?qū)τ诎雽?dǎo)體重視的轉(zhuǎn)折點。手機、筆記本電腦等大量互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求推動人類生活出現(xiàn)前所未有的互聯(lián)互通，半導(dǎo)體元器件需求急劇上升，由此也出現(xiàn)了半導(dǎo)體供應(yīng)短缺。進(jìn)一步地，由缺芯帶來的供應(yīng)鏈問題促使世界各國都在加快建設(shè)一個穩(wěn)定的、安全的、可靠的半導(dǎo)體供應(yīng)體系。
在這些半導(dǎo)體行業(yè)趨勢之下，如今還有更多的推力在推動行業(yè)變革。在Mike Ellow看來，過去幾年，人工智能的方興未艾讓半導(dǎo)體設(shè)計充滿無限可能；與此同時，受可持續(xù)發(fā)展理念加持，行業(yè)正在重金投資打造全球半導(dǎo)體生產(chǎn)系統(tǒng)，包括培訓(xùn)工人、提升產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)等。
基于以上背景，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)IBS預(yù)測，隨著半導(dǎo)體整體市場需求不斷攀升，投資進(jìn)駐，產(chǎn)能上漲，預(yù)計到2030年半導(dǎo)體整個市場規(guī)模將達(dá)到1萬億美金。
萬億市場空間背后，實際整個半導(dǎo)體系統(tǒng)設(shè)計也將面臨著軟件變革。
以汽車電子為例，Mike Ellow表示，當(dāng)前造車系統(tǒng)設(shè)計是“以軟件定義、以硅片賦能”。以往整車各結(jié)構(gòu)與層級之間相對獨立，整車需求會被拆解成不同的單元，比如拆解成發(fā)動機、ECU、硅片等。各團(tuán)隊相對來說也是半獨立的，各項目完成后再進(jìn)行整合，但其中不得不出現(xiàn)妥協(xié)與犧牲。
然而到了今天，通過軟件定義，EDA所服務(wù)行業(yè)的設(shè)計流程將大大不同。各個設(shè)計環(huán)節(jié)相互依存、相互影響，從設(shè)計的優(yōu)化、驗證、執(zhí)行、生產(chǎn)到最后的部署，都發(fā)生了改變。
“如果說一個軟件出現(xiàn)了定義的變化，就會導(dǎo)致硅片變化，硅片變化以后會有不同的需求，新需求產(chǎn)生后會出現(xiàn)不同的功耗或熱參數(shù)，就會導(dǎo)致整個硅片的封裝不一樣。在未來的汽車設(shè)計流程當(dāng)中，如果軟件定義出了變化，會影響到硅片的參數(shù)配置，進(jìn)而影響到電池的大小配置，電池大小決定了將來底盤的變化、剎車的變化、發(fā)動機的變化……汽車的設(shè)計流程和以往是完全不一樣的。”Mike Ellow談到。
當(dāng)然，不只汽車行業(yè)，在航天航空、消費電子、工業(yè)、醫(yī)療等多領(lǐng)域，軟件都變得尤為重要。
值得注意的是，隨著摩爾定律的下探和芯片規(guī)模的不斷擴展，行業(yè)對半導(dǎo)體所賦能的產(chǎn)品依賴性更為強烈，這也產(chǎn)生了一系列問題。
Mike Ellow認(rèn)為，除了設(shè)計數(shù)量不斷激增，半導(dǎo)體和系統(tǒng)的復(fù)雜性呈現(xiàn)爆炸式增長，半導(dǎo)體成本和生產(chǎn)計劃的管理難度也在不斷增長，以及還面臨人才短缺問題。
在技術(shù)方面，設(shè)計與制造相比過去有了更強的相關(guān)性，如何要利用更加先進(jìn)的工藝節(jié)點技術(shù)，確保設(shè)計與制造走在前沿；在解決方案方面，如何在面臨多物理場、多系統(tǒng)、高復(fù)雜程度的情況下，要使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ?、方法論以及更加完整的?shù)字孿生實現(xiàn)這些功能；在人員賦能方面，如何利用AI賦能工程師，用數(shù)量和經(jīng)驗相對更少的工程師達(dá)到前所未有的更高容量的設(shè)計……西門子EDA認(rèn)為，這是回答上述問題的關(guān)鍵。
總體上，行業(yè)需要構(gòu)建一個開放交流的、沒有專有化標(biāo)準(zhǔn)和強制限制條件的生態(tài)系統(tǒng)平臺，能夠服務(wù)連接多個公司，推動各方協(xié)作與共贏。并且，該生產(chǎn)系統(tǒng)需具備前沿的先進(jìn)技術(shù)和制造工藝；并能夠吸引全球政府投資，構(gòu)筑穩(wěn)健的供應(yīng)鏈生態(tài)。
AI、3D IC、數(shù)字孿生技術(shù)賦能EDA
在后摩爾時代，先進(jìn)封裝特別是異構(gòu)集成已成為行業(yè)關(guān)注的另一個焦點。作為實現(xiàn)異構(gòu)集成的兩種重要技術(shù)——3D IC(三維集成電路)和Chiplet(小芯片)也是西門子EDA本次在會上一直強調(diào)的半導(dǎo)體核心賦能點。
3D IC被認(rèn)為是對摩爾定律的續(xù)寫，通過3D IC，可以將硅晶圓或裸晶垂直堆疊在同一個封裝中。與傳統(tǒng)的二維封裝相比，3D IC平臺具有更高的封裝密度、更低的功耗和更高的性能。Chiplet技術(shù)則可以降低設(shè)計成本、降低制造成本、提升性能和集成度、加速產(chǎn)品上市時間。
IBS預(yù)測，到2030年，Chiplet的年復(fù)合增長率會增長至44%，也就是說未來是Chiplet的天下。
目前，西門子EDA正積極投入基于先進(jìn)制造工藝的芯片設(shè)計工具。不過，Mike Ellow也坦言，隨著市場規(guī)模不斷攀升，未來3D IC設(shè)計系統(tǒng)會面臨巨大的復(fù)雜性，晶體管的數(shù)量可能會到1萬億個。整個3D IC影響整個EDA的產(chǎn)品組合，從協(xié)同設(shè)計開始，到驗證、多物理場設(shè)計與驗證，再到最后的制造，以及產(chǎn)品的生命周期管理。
據(jù)介紹，為加速系統(tǒng)設(shè)計，西門子EDA早些時候發(fā)布了加速各領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計的新硬件平臺，包括硬件加速仿真的Veloce Strato CS，用于企業(yè)原型設(shè)計(enterprise prototyping，企業(yè)級生產(chǎn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的原型設(shè)計)的Veloce Primo CS，以及用于軟件原型設(shè)計(software prototyping)的Veloce proFPGA CS。
此外，在云、AI與數(shù)字孿生等技術(shù)底座部署方面，西門子EDA也能為客戶提供完善的軟件產(chǎn)品。而為在AI浪潮中斬獲先機，據(jù)悉，西門子EDA自2017年就收購了專注于研究人工智能的公司Solido，由此開始了AI技術(shù)的開展和部署。
西門子數(shù)字化工業(yè)軟件Siemens EDA全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理凌琳曾指出，EDA本質(zhì)是為降本增效。在AI的賦能下，EDA工具還將使得系統(tǒng)設(shè)計更加高效，協(xié)同設(shè)計更優(yōu)。
在數(shù)字孿生方面，西門子EDA去年底宣布與AWS、Arm達(dá)成合作，將PAVE360數(shù)字孿生解決方案帶到云上，用于進(jìn)行云上的軟件定義汽車開發(fā)加速。
值得一提的是，面對硅片在物理越來越接近極限，EDA工具創(chuàng)新難度和機會越來越小的爭議，Mike Ellow強調(diào)，當(dāng)前摩爾定律并未失效，只是發(fā)展的速度與時間節(jié)點變慢，未來行業(yè)將會應(yīng)對更多數(shù)量的晶體管。
“通向未來的路線圖去看芯片代工廠的預(yù)測，未來十年期待有一個更小尺寸的晶體管出現(xiàn)。除了出現(xiàn)更小尺寸的元件以外，將來還有更多數(shù)量的晶體管，這也給EDA的工具創(chuàng)新帶來了諸多機會。在未來，功率、良率還是需要EDA的工具創(chuàng)新才能獲得。”Mike Ellow補充道。
基于不斷崛起的中國市場，中國半導(dǎo)體市場的快速發(fā)展，給EDA工具廠商帶來了很大的市場機遇，同時伴隨著中國本土的EDA廠商不斷成長，行業(yè)競爭也在加劇。
凌琳直言，過去幾年，中國市場容量越來越大，本土EDA企業(yè)應(yīng)運而生，整個市場規(guī)模在變大，這是一個非常好的現(xiàn)象。本土競爭對手帶來的競爭是好事。充分競爭、充分盈利，競爭可以促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新。而如何要抓住更多市場？需要以客戶為中心，實現(xiàn)EDA工具及其解決方案的創(chuàng)新；并且要提高思維維度、與時俱進(jìn)，在降本增效上發(fā)力。
“今天的半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)成為眾多行業(yè)發(fā)展的核心，而究其根本，EDA工具是最重要的動能。西門子EDA將系統(tǒng)設(shè)計的集成方法與EDA解決方案相結(jié)合，以AI技術(shù)賦能，提供全面且跨領(lǐng)域的產(chǎn)品組合，同時支持開放的生態(tài)系統(tǒng)，與本土及國際產(chǎn)業(yè)伙伴建立緊密合作，并肩探索下一代芯片的更多可能性，助力中國半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新升級。”凌琳強調(diào)。
隨著越來越多的潛能釋放，在激烈的行業(yè)競爭環(huán)境中，西門子EDA在 2023財年實現(xiàn)了同比14%的業(yè)績增長(不包含硅片IP)，連續(xù)3個季度實現(xiàn)營收同比增長。目前，EDA已經(jīng)成為西門子內(nèi)部的優(yōu)先投資對象。
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