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| 本文作者： 肖漫 | 2021-12-12 15:13 | 專題：GAIR 2021 |
毫無疑問，國產(chǎn)芯片已經(jīng)迎來春天。
2020年8月，國務(wù)院印發(fā)的《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》提出，中國芯片自給率要在2025年達(dá)到70%。
無疑，這是集成電路產(chǎn)業(yè)的重大際遇，但也對行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。
尤其是在這樣的政策大背景下，如何推進國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈條不斷在技術(shù)前沿和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地層面走向高端突破，成為當(dāng)前整個行業(yè)不得不關(guān)注的核心議題——這其中，就包括了 EDA 軟件開發(fā)、國產(chǎn) CPU、類腦計算、專用領(lǐng)域芯片以及資本助力等多領(lǐng)域、多層次和多維度的問題。
針對這些問題，雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng)) GAIR 大會的「集成電路高峰論壇」邀請了來自學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)和投資界的多位嘉賓，從不同角度對集成電路國產(chǎn)化、高端化過程中的重要議題進行了分享和探討。
EDA是中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卡脖子技術(shù)，求解器又是EDA的基礎(chǔ)引擎，解決了基礎(chǔ)技術(shù)挑戰(zhàn)才能支撐整個產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展——基于此，中國科學(xué)院軟件研究所研究員蔡少偉主要從自己的研究角度談到了 EDA 的發(fā)展。
蔡少偉的演講主要涵蓋三個方面，一是 EDA 和 SAT 求解器的關(guān)系；二是舉例說明 SAT 求解器在 EDA 當(dāng)中的應(yīng)用；三是分享其團隊在 SAT 求解器方面的進展。
蔡少偉表示，EDA 集成電路設(shè)計自動化軟件，整條鏈很長，而不是單個的軟件。在 EDA 軟件中，其底層需要一些計算引擎，而主要的計算引擎就是 SAT 求解器。
在 EDA 各個環(huán)節(jié)中，包括邏輯綜合、物理實現(xiàn)，以及中間的驗證、仿真測試都會用到 SAT 求解器。
SAT 的全稱是布爾可滿足性問題。給定一個布爾公式或稱為命題邏輯公式（即用與或非等布爾邏輯運算連接布爾變量的公式），判定是否存在一組賦值使得公式取值為真。
一般情況下，SAT 求解方法可以分為兩類：完備算法和不完備算法。完備算法是指算法結(jié)束時確保正確判定；不完備算法是指爭取短時間內(nèi)找到解。
以前的混合算法未能在工業(yè)實例上取得改進，后來蔡少偉團隊采用系統(tǒng)搜索求解+局部搜索采樣，基于信息交互的深度合作，設(shè)計的混合算法在工業(yè)實例上顯出了顯著的改進，首次回答了 1997 年 Bart Selman 提出的 SAT 十大挑戰(zhàn)的第七個挑戰(zhàn)---關(guān)于結(jié)合兩種方法設(shè)計更高效算法的挑戰(zhàn)。其求解器獲得國際SAT比賽冠軍，相關(guān)論文獲得該領(lǐng)域權(quán)威會議最佳論文獎。
蔡少偉團隊的SAT求解器已經(jīng)用于集成電路驗證的實際場景，在1小時內(nèi)可求解出一些近 2 億子句規(guī)模的算例。
數(shù)字化時代下，科學(xué)研究范式正在發(fā)生革命，人工智能、云原生技術(shù)等前沿科學(xué)正在顛覆芯片產(chǎn)業(yè)過去的經(jīng)驗和模式。
回顧EDA的歷史我們可以發(fā)現(xiàn)，在過去30年里，芯片的集成規(guī)模提高了數(shù)萬倍、設(shè)計難度和成本也急劇增加，但是EDA作為集成電路設(shè)計工具，在方法論革新與顛覆式技術(shù)創(chuàng)新卻一直沒有突破，無法支撐快速增加并急劇分化的應(yīng)用需求。EDA工具和方法學(xué)需要全面進階，才能降低技術(shù)門檻，進一步提升芯片技術(shù)發(fā)展的速度和創(chuàng)新的效率。
傅強表示，在后摩爾時代中，芯片設(shè)計環(huán)節(jié)必須得到革命性的變革和發(fā)展，而未來的數(shù)字化系統(tǒng)是由“系統(tǒng)+算法+軟件+芯片”深度融合集成的。系統(tǒng)應(yīng)用的創(chuàng)新對芯片產(chǎn)生了更多的定制化需求，現(xiàn)在EDA的發(fā)展速度越來越跟不上芯片設(shè)計規(guī)模和需求的快速增長，我們必須研究和發(fā)展下一代的EDA 2.0技術(shù)并構(gòu)建面向未來的全新生態(tài)。
面向未來的EDA 2.0有三大關(guān)鍵技術(shù)路徑：
?開放和標(biāo)準(zhǔn)化
?自動化和智能化
?平臺化和服務(wù)化
EDA 2.0的目標(biāo)是要讓系統(tǒng)工程師和軟件工程師都能參與到芯片設(shè)計中來，解決設(shè)計難、人才少、設(shè)計周期長、設(shè)計成本高企的問題，用智能化的工具和服務(wù)化的平臺來縮短從芯片需求到應(yīng)用創(chuàng)新的周期。
傅強表示，EDA 2.0不再是工具的組合，而是一個服務(wù)化、可定制的完整平臺，可以直接服務(wù)不同的應(yīng)用需求，支持其快速設(shè)計和部署芯片產(chǎn)品，實現(xiàn)更高效更簡單的應(yīng)用創(chuàng)新周期，讓芯片設(shè)計更簡單、更普惠。
CPU 是一個復(fù)雜系統(tǒng)，在我們國家追求自主性的過程中，牽涉到三個維度的自主性，包括基于自主 IP 核的芯片設(shè)計、基于自主指令系統(tǒng)的軟件生態(tài)，以及基于自主材料設(shè)備的生產(chǎn)工藝。
一個芯片里集成大量的 IP 核，IP 核是否自主設(shè)計是最基礎(chǔ)的維度。指令集系統(tǒng)承載著軟件生態(tài)，軟件生態(tài)控制著產(chǎn)業(yè)體系，而產(chǎn)業(yè)體系是最大的卡脖子環(huán)節(jié)，基于國外指令集不可能發(fā)展自主的信息產(chǎn)業(yè)體系。由此，自主性顯得十分重要。
彭飛指出，中國一定要下定決心構(gòu)建獨立于 Wintel 體系和 AA 體系之外的自主的信息技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。前兩大生態(tài)體系——X86 的生態(tài)體系和 ARM 的生態(tài)體系是美國主導(dǎo)的信息化生態(tài)體系，未來要有基于我們國家的指令系統(tǒng)、國產(chǎn)的操作系統(tǒng)形成的，和這兩個生態(tài)體系平行的一套生態(tài)體系。
“這是產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，在別人的基礎(chǔ)上蓋房子總是不牢靠的”，彭飛在演講中說道。
除了自主性，指令集的兼容性也很重要。龍芯中科基于二十年的CPU研制和生態(tài)建設(shè)積累推出的LoongArch指令系統(tǒng)，充分考慮兼容生態(tài)的需求，融合 X86、 ARM 等國際主流指令系統(tǒng)的主要功能特性，并依托龍芯研發(fā)團隊在二進制翻譯方面十余年的技術(shù)積累創(chuàng)新，可實現(xiàn)跨指令平臺應(yīng)用兼容，從而達(dá)到融合生態(tài)的目的。
去年，《十四五規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出了在類腦智能等重大前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃。
目前在計算機芯片領(lǐng)域存在三個架構(gòu)——CPU 架構(gòu)、GPU 架構(gòu)、神經(jīng)擬態(tài)（類腦）架構(gòu)，前兩者均是馮諾伊曼架構(gòu)，僅有最后一個是非馮諾伊曼架構(gòu)。
理論上講，計算領(lǐng)域未來十年的創(chuàng)新是架構(gòu)的創(chuàng)新，這是非常正確的方向。在華寶洪看來，創(chuàng)新的神經(jīng)擬態(tài)(類腦)架構(gòu)提供了超越GPU架構(gòu)一個好機會，尤其是在計算能效比等領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。
類腦計算具有抗噪音、時空相關(guān)性、稀疏和近似計算等特點，能夠顛覆依賴空間復(fù)雜度的傳統(tǒng)計算。事實上，類腦計算和深度學(xué)習(xí)僅僅在感知層面是重合的，類腦計算的領(lǐng)域遠(yuǎn)超深度學(xué)習(xí)的領(lǐng)域，類腦計算更多的面向腦科學(xué)和認(rèn)知領(lǐng)域。
華寶洪認(rèn)為，類腦計算給現(xiàn)有計算帶來的啟發(fā)是：一是非馮結(jié)構(gòu)計算體系的啟發(fā)，二是低功耗信息存儲和脈沖傳輸?shù)膯l(fā)，三是在大規(guī)模并行計算/片上學(xué)習(xí)上的啟發(fā)。
在演講中，華寶洪還分享了靈汐科技在類腦計算領(lǐng)域最新成果KA200芯片及產(chǎn)品，在一系列的回望與分享中，華寶洪總結(jié)表示，“碳基能實現(xiàn)的智能，硅基也可以實現(xiàn)”。
作為國內(nèi)首家專注于提供 DPU 產(chǎn)品和服務(wù)的公司，大禹智芯有著深厚的云計算和軟件背景，由此，王昕溥從軟件的角度談到了對芯片的思考。
他談到了在某互聯(lián)網(wǎng)大廠早期與頭部芯片廠商的一次成功合作，雙方合作中在軟硬件層面的努力，實際上正是一款專用領(lǐng)域芯片從需求到定義再到上線的完整過程。
王昕溥表示，能為計算機的發(fā)展起到帶動作用的，肯定是革命性的硬件，而硬件發(fā)展過程中也對軟件帶來很大的挑戰(zhàn)；如何把硬件性能發(fā)揮到極致，就是軟件人員要做的事情。
結(jié)合大禹智芯的DPU研發(fā)經(jīng)驗及產(chǎn)品實現(xiàn)商業(yè)化交付的經(jīng)歷，王昕溥分享了他對做好國產(chǎn)專用領(lǐng)域芯片的三個關(guān)鍵依托：第一是要從實際需求出發(fā)；第二是要重視軟件、發(fā)展生態(tài)；第三是要讓專用領(lǐng)域芯片的適用面更大一些，變得更加通用。
王昕溥還分享了大禹智芯在 DPU 領(lǐng)域的一些思考和目標(biāo)。他認(rèn)為，DPU 是開創(chuàng)時代、創(chuàng)新型的硬件，未來會扮演更重要的角色；DPU將與 CPU 和 GPU 齊驅(qū)，成為云計算第三引擎；另外，DPU 不僅僅是集中在云計算和數(shù)據(jù)中心使用，也能夠在未來 5G 和邊緣計算場景中找到機會。
他在最后談到，專用領(lǐng)域芯片在這個時代里有非常好的機會。在各種定律、各種周期結(jié)合下，能夠形成新的浪潮，讓軟件、應(yīng)用領(lǐng)域從業(yè)者加入其中，一起為國產(chǎn)芯片做出自己的貢獻(xiàn)。
不同于前五位演講嘉賓從技術(shù)、產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)進行解讀，云岫資本趙占祥的分享主要從資本角度切入。
從今年半導(dǎo)體股權(quán)投資的整體統(tǒng)計結(jié)果來看，目前國產(chǎn)高端芯片投資火力主要在于三大方向——數(shù)據(jù)中心芯片、汽車芯片與芯片制造。
據(jù)云岫資本統(tǒng)計，今年的前 11 個月的投資案例比去年增加了 34.6%，投資金額接近1300 億元，預(yù)計今年全年可以達(dá)到 1400 億元。
從半導(dǎo)體在科創(chuàng)板的表現(xiàn)來看，截至11月29日，科創(chuàng)板共有公司 362 家，其中芯片公司 56 家。從市值來看，芯片公司占了科創(chuàng)板市值十強的一半，占了總市值 26%。
不過，在今年上半年，芯片公司市值略微有所下降，在下半年才開始突飛猛進。其中，芯片設(shè)備公司漲了近一倍，這主要因為芯片缺芯促進生產(chǎn)，工廠有訂單購入設(shè)備，由此帶動了設(shè)備公司的市值。
目前來看，我國半導(dǎo)體投資市場存在明顯的龍頭效應(yīng)，7% 的公司拿了 60% 的資金，這些公司未來或?qū)⑹侵袊雽?dǎo)體高端芯片的代表。
趙占祥表示，未來中國半導(dǎo)體的格局是金字塔格局，少數(shù)的龍頭企業(yè)和一大批的專精特新企業(yè)。龍頭企業(yè)最終的數(shù)量不到100家，專精特新企業(yè)有上千家。
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