云端部署引领IC设计迈向全自动化

通讯、车用和物联网是未来IC应用的主要场域，尤其随着持续开发人工智能应用，以及扩大部署5G、Wi-Fi 6等新一代网络技术，这些颇具潜力的应用展现了强劲成长。

根据市调机构IC Insights上（6）月公布的研究显示，消费性及通讯IC类仍居IC市场最高市占率，至2024年预计将达35.5%，在近20年来成长几近翻倍，速率惊人；车用类则呈现稳定成长，虽然市占率目前不到10%，但其年复合成长率（CAGR）在所有应用类别中表现最为突出，至2024年CAGR可能达9.7%。

就消费性及通讯应用来说，5G芯片已经成为发展指针，设计开发商面临的挑战，除了处理器、图形运算芯片等基本运算力，更包括射频前端模块、毫米波IC、人工智能处理单元（APU）等AI和5G应用的硬件设计工作。不论是SoC或是芯片组，在功能性和运算规格要求上都将更为严苛，要应对这些设计挑战，更快速、更智能化且自动化的设计工具将成为必需。

若想抢占这些明星市场，芯片设计或开发商除了以缩短开发时程来抢夺上市先机之外，善用计算机设计工具与云端平台，未来将能大幅增加开发规划的整合资源与部署弹性，进而全面优化设计流程与产品开发效率。

其实EDA工具走上云端这件事，已经讨论有些时日。但由于云端环境部署存在高度不确定性，资安、成本控制和设计系统转移等技术和营运问题，仍待提出更多解决方案并加以验证。IC设计要走向云端，就要做好长期抗战的准备。

Cadence云端事业发展副总Craig Johnson就表示，EDA客户在最初洽谈云端EDA解决方案时，首要问题往往是该方案是否已有早期采用者。足见IC设计商对于部署环境的转换，态度尤其谨慎。

然而，尽管EDA云端解决方案的采用兹事体大，云端环境具备快速升级运算效能、弹性部署及整合设计资源的能力，这些优点在5G和AI应用驱动的未来市场，将逐渐成为绝对优势。EDA云端方案的推出随之更加活络。

汇整云端与就地部署的运算资源

在芯片设计环境采用云端资源其实具备不同选择，国际芯片大厂往往已建构具备相当规模与效能等级的基础设施，因此，与其说是以云端取代就地部署，不如说是将云端纳入IC设计系统，再藉由建立一个整合云上云下的整合开发平台，进行最有效率的设计工作环境部署。

行动应用芯片大厂Arm在去（2019）年AWS云端科技发表会（AWS re:Invent）上就指出，在其设计流程中，电路设计、验证和原型设计三大步骤就耗费85%左右的开发人力。此外，随着芯片系统复杂度快速增长，开发时程却被压缩，验证步骤所需进行的循环数量已经从十亿级（gigacycles；109）飙升至百万兆级（exacycles；1018）。

因此，Arm的异质开发平台也采用了云端环境，未来将透过建置结合云端和就地部署基础设施的开发平台，并导入智慧化的排程代管服务（scheduler），就能将运算资源分配与设计需求管理工作交由Arm的异质开发平台处理，不仅最大化利用设计开发者的运算资源，更进一步迈向全自动化芯片设计的愿景。

藉由导入云端资源，芯片开发者将更容易整合繁琐设计流程中的大量数据，也能与工程团队更紧密合作，实时配合硬件设计的工程方法，在进行回归验证时也能更有效率。

此外，Cadence的专栏作家暨Breakfast Bytes编辑Paul McLellan就指出，Arm将设计工作部分移至云端环境，主要的驱动因素就是组件库特征化（cell library characterization）。

组件库通常涵盖数以百计的组件数据，而每个组件的仿真工作各不相同，因为运行的温度、电压和制程可能都有差异，因此将组件库特征化就需要耗费大量的CPU运算力。

Paul McLellan进一步表示，采用云端设计环境最大的好处，就是自CPU导向转为人为导向的典范移转。他举例，与其采用4个月的云端运算方案，集中运算工作至1个月，不仅能降低35%的成本，运算时间也减少了30%。

整合多方资源的全自动设计流程

顾名思义，EDA工具是高度自动化的设计资源，然而，随着芯片设计越趋复杂，不同软硬件设计语言、组件功能设定和处理器架构，都带给EDA更多的挑战。因此，自动化功能也需与时俱进，增添更多设计工具。

开源架构RISC-V的IP供货商SiFive就以云端建构其SoC和处理器开发平台，藉此，他们希望能够达成在数周内完成电路设计、原型设计到送交样品的开发流程。

除了加快开发时程，云端资源更可以开放多个云端供货商、IC设计商和制造商共享芯片设计平台。SiFive推出的首款兼容于Linux操作系统的64位多核RISC-V处理器Freedom Unleashed 540（U540），就是在台积电开放创新平台虚拟设计环境（OIP VDE）上完成设计。

该平台结合了微软云端平台Azure、Cadence与Synopsys专业的EDA技术资源，再加上台积电的制程技术、设计套件和参考流程等数据，提供一个云端EDA的成果开发案例。

SiFive首席执行长Naveed Sherwani曾表示，要实现真正的自动化设计，设计者仅需提供RTL层级的硬件语言，剩下的运算工作就交由云端平台处理，设计者甚至不需处理Chisel语言，直接进行C语言设计工作。

藉由更完善部署云端设计界面，芯片开发工作将更便利快速，此外，融合更多IP资源也是云端EDA的另一优势，能够满足未来特定应用领域中人工智能加速器的客制需求。

SiFive日前更宣布与EDA大厂Synopsys合作，在Microsoft Azure云端平台上整合Synopsys的开发与验证资源，持续为未来SoC芯片设计建构自动化功能。

结语

云端环境适合整合多方资源，例如EDA供货商的设计工具、第三方IP、晶圆厂制程设计套件（process design kit；PDK）等。随着云端服务的供应链与技术发展渐趋成熟，不论是采用公有云、私有云或混合云等多元部署模式，都将能助力IC设计为IT产业开发注入活水，提升设计弹性与加速开发时程，在异质整合、VLSI、AI等高阶芯片需求增长的时代，进一步实现全自动化设计流程。