西門子EDA副總裁：技術擴展、設計縮放以及系統擴展是IC設計三大趨勢
2022-5-21 12:30:52??????點擊：
日前，西門子EDA在圣克拉拉舉辦了名為 User2User 的年度用戶大會。周二，西門子 EDA 的 IC 部門執行副總裁 Joseph Sawicki發表了演講。
主持人 Harry Foster 說每個主題演講都像是一場 Ted，他們確實做到了這一點。 Joseph 的主題是，從 IC 到系統——半導體行業的新機遇。
數字化正在推動所有行業：航空航天、汽車、消費、電子和半導體、能源、重型、醫療、海洋、工業。
現在有一個普遍認知是人工智能無處不在：傳感器、邊緣計算、5G/無線通信、云和數據中心。從 1992 年到 2014 年，半導體在電子系統中的份額為 16%，但現在已增長到 24% 左右，并且他預測顯示，到 2025 年，電子系統的收入將達到 3.2萬億美元，因此是一個相當龐大的市場規模。
系統公司正在成為 IC 設計的主力軍，例子不勝枚舉：蘋果、亞馬遜、谷歌、中興、特斯拉、博世、華為、Facebook。代工廠已經看到系統公司從 2011 年僅占收入的 1% 增長到 2021 年的 21%，這是一個巨大的增長潛力，蘋果已成為臺積電的第一大客戶。在 2006 年的 Hot Chips 會議上，只有 16% 的被接受論文來自系統公司，而到 2021 年，這一數字已增長到33%。可以說，系統公司正在推動芯片層面的創新。
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考慮一下 Apple 的歷史，他們的第一個 64 位應用處理器是在 2013 年推出的，但為什么要這樣做呢？即使在 2022 年，RAM 地址空間仍然不需要 64 位。答案是性能，ARM 內核可以在 32 位或 64 位模式下運行，而在 64 位模式下運行的性能提高了 31%。
汽車領域出現了一些新趨勢——汽車即服務，沃爾沃計劃到 2025 年通過服務實現 50% 的收入。特斯拉提供 OTA (Over The Air) 更新服務和新功能升級，在初始銷售后增加收入。 Gartner 報告稱，到 2025 年，前 10 名汽車 OEM 中的一半將設計自己的芯片，實際上到 2021 年，10 家中就已經有 7 家宣布要開發自己的芯片。福特和 Globalfoundries 將在 IC 設計方面合作，以解決供應鏈問題。自 2020 年新冠疫情開始以來，汽車行業受到了傷害。
汽車逐漸電氣化是新 IC 設計開始的主要驅動力，到 2028 年，每輛汽車的半導體需求應達到500 美元，因此這是一個 240億美元的市場。 5G 通信對于汽車的 OTA 更新和服務非常重要，并且每年增長 3 倍。
2015 年連接到互聯網的傳感器總節點為16億個，到 2025 年爆發式增長至300億，因此視頻、數據和數據中心的增長非常大。
根據 IBS 2021年9月預計，，數據中心內的半導體含量到2030年將增長到2420億美元，復合年增長率為 14%。
鑒于增長市場對半導體的需求，我們的行業將如何滿足這些需求？ Joseph總結出滿足需求的三大趨勢：
技術擴展——新節點和 3D IC
設計縮放——硅集成
系統擴展——數字孿生，根據規范驗證設備以及帶有應用的完整軟件堆棧
對于技術擴展，我們可以看看摩爾定律，它并沒有完全死掉。看看蘋果的 A 系列處理器，從 2013 年到 2021 年，我們看到晶體管數量從 10 億個增長到 150 億個，因此它仍然以 15 倍的速度擴展，但是Dennard定律已經死了。所以時鐘頻率在 8 年的時間框架內并沒有提高 16 倍。從單核 CPU 性能來看，Geekbench 的分數從 269 到 1734 不等，所以這似乎也在飛速增長。正是因為摩爾定律還在生效，代工廠在最近8年的工藝也得到了不斷發展。
單片集成正在增長，是的，但 3D IC設計也隨之而來，并結合了創新的封裝。SIP是一種新趨勢。系統和設計技術的協同優化是成功的必要條件。
在設計縮放方面，有報告聲稱 7nm 設計成本為 2.8 億美元，但這是真的嗎？這個數字聽起來太大了，但趨勢線是真實的，因為小節點推高了設計和驗證成本。應對成本增加的一種方法是從 RTL 轉向系統級C語音設計。以 NVIDIA 為例，正如 2019 年 8 月在 Hot Chips 上報道的那樣，一個只有 10 名工程師的小團隊在 6 個月內通過使用 C++ 和 HLS（高級綜合）方法，為深度學習推理加速器開發了一種新芯片。谷歌是另一家使用 HLS 來幫助管理 SoC 設計成本的系統公司。
對于系統擴展我們的想法是創建一個真正的數字孿生。數字孿生的一個例子是 PAVE360——它是一種通過交通、人員和車輛驗證汽車模型的方法。您可以運行此數字孿生以驗證虛擬模型，或為您的 ADAS 系統運行軟件，以模擬動力、車輛建模（動力傳動系統、底盤、座椅、道路對乘員的影響）。這是一種在生產開始前進行安全驗證的方法。
最后一個主題是生命周期管理，考慮一個擁有數十萬刀片服務器的數據中心，您可以在其中實時監控所有刀片服務器，調試該數據中心的任何可靠性問題，并且您可以分析所有嵌入式傳感器數據，從字面上跟蹤數據中心的健康狀況。
總結
一個萬億美元的半導體產業正在向我們靠近，所以這是一個激動人心的時刻，成為 EDA 產業的一部分，這使得所有這些增長成為可能，因為系統設計師正在開始新的設計，人工智能無處不在，車輛電氣化仍在繼續，以及數字孿生正在被廣泛采用。
關鍵字：EDA IC設計
主持人 Harry Foster 說每個主題演講都像是一場 Ted，他們確實做到了這一點。 Joseph 的主題是，從 IC 到系統——半導體行業的新機遇。
數字化正在推動所有行業：航空航天、汽車、消費、電子和半導體、能源、重型、醫療、海洋、工業。
現在有一個普遍認知是人工智能無處不在：傳感器、邊緣計算、5G/無線通信、云和數據中心。從 1992 年到 2014 年，半導體在電子系統中的份額為 16%，但現在已增長到 24% 左右，并且他預測顯示，到 2025 年，電子系統的收入將達到 3.2萬億美元，因此是一個相當龐大的市場規模。
系統公司正在成為 IC 設計的主力軍，例子不勝枚舉：蘋果、亞馬遜、谷歌、中興、特斯拉、博世、華為、Facebook。代工廠已經看到系統公司從 2011 年僅占收入的 1% 增長到 2021 年的 21%，這是一個巨大的增長潛力，蘋果已成為臺積電的第一大客戶。在 2006 年的 Hot Chips 會議上，只有 16% 的被接受論文來自系統公司，而到 2021 年，這一數字已增長到33%。可以說，系統公司正在推動芯片層面的創新。
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考慮一下 Apple 的歷史，他們的第一個 64 位應用處理器是在 2013 年推出的，但為什么要這樣做呢？即使在 2022 年，RAM 地址空間仍然不需要 64 位。答案是性能，ARM 內核可以在 32 位或 64 位模式下運行，而在 64 位模式下運行的性能提高了 31%。
汽車領域出現了一些新趨勢——汽車即服務，沃爾沃計劃到 2025 年通過服務實現 50% 的收入。特斯拉提供 OTA (Over The Air) 更新服務和新功能升級，在初始銷售后增加收入。 Gartner 報告稱，到 2025 年，前 10 名汽車 OEM 中的一半將設計自己的芯片，實際上到 2021 年，10 家中就已經有 7 家宣布要開發自己的芯片。福特和 Globalfoundries 將在 IC 設計方面合作，以解決供應鏈問題。自 2020 年新冠疫情開始以來，汽車行業受到了傷害。
汽車逐漸電氣化是新 IC 設計開始的主要驅動力，到 2028 年，每輛汽車的半導體需求應達到500 美元，因此這是一個 240億美元的市場。 5G 通信對于汽車的 OTA 更新和服務非常重要，并且每年增長 3 倍。
2015 年連接到互聯網的傳感器總節點為16億個，到 2025 年爆發式增長至300億，因此視頻、數據和數據中心的增長非常大。
根據 IBS 2021年9月預計，，數據中心內的半導體含量到2030年將增長到2420億美元，復合年增長率為 14%。
鑒于增長市場對半導體的需求，我們的行業將如何滿足這些需求？ Joseph總結出滿足需求的三大趨勢：
技術擴展——新節點和 3D IC
設計縮放——硅集成
系統擴展——數字孿生，根據規范驗證設備以及帶有應用的完整軟件堆棧
對于技術擴展，我們可以看看摩爾定律，它并沒有完全死掉。看看蘋果的 A 系列處理器，從 2013 年到 2021 年，我們看到晶體管數量從 10 億個增長到 150 億個，因此它仍然以 15 倍的速度擴展，但是Dennard定律已經死了。所以時鐘頻率在 8 年的時間框架內并沒有提高 16 倍。從單核 CPU 性能來看，Geekbench 的分數從 269 到 1734 不等，所以這似乎也在飛速增長。正是因為摩爾定律還在生效，代工廠在最近8年的工藝也得到了不斷發展。
單片集成正在增長，是的，但 3D IC設計也隨之而來，并結合了創新的封裝。SIP是一種新趨勢。系統和設計技術的協同優化是成功的必要條件。
在設計縮放方面，有報告聲稱 7nm 設計成本為 2.8 億美元，但這是真的嗎？這個數字聽起來太大了，但趨勢線是真實的，因為小節點推高了設計和驗證成本。應對成本增加的一種方法是從 RTL 轉向系統級C語音設計。以 NVIDIA 為例，正如 2019 年 8 月在 Hot Chips 上報道的那樣，一個只有 10 名工程師的小團隊在 6 個月內通過使用 C++ 和 HLS（高級綜合）方法，為深度學習推理加速器開發了一種新芯片。谷歌是另一家使用 HLS 來幫助管理 SoC 設計成本的系統公司。
對于系統擴展我們的想法是創建一個真正的數字孿生。數字孿生的一個例子是 PAVE360——它是一種通過交通、人員和車輛驗證汽車模型的方法。您可以運行此數字孿生以驗證虛擬模型，或為您的 ADAS 系統運行軟件，以模擬動力、車輛建模（動力傳動系統、底盤、座椅、道路對乘員的影響）。這是一種在生產開始前進行安全驗證的方法。
最后一個主題是生命周期管理，考慮一個擁有數十萬刀片服務器的數據中心，您可以在其中實時監控所有刀片服務器，調試該數據中心的任何可靠性問題，并且您可以分析所有嵌入式傳感器數據，從字面上跟蹤數據中心的健康狀況。
總結
一個萬億美元的半導體產業正在向我們靠近，所以這是一個激動人心的時刻，成為 EDA 產業的一部分，這使得所有這些增長成為可能，因為系統設計師正在開始新的設計，人工智能無處不在，車輛電氣化仍在繼續，以及數字孿生正在被廣泛采用。
關鍵字：EDA IC設計
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