分析晶片設計從業者困境
2021-10-13
作者
黃燁鋒
50%的晶片開發者認為，自己工作中面對最大的問題，是專案無法如期交付。「時間是開發者最大的挑戰」，而且需求側提出的要求還越來越高…
新思科技(Synopsys)全球資深副總裁暨中國董事長葛群在今年的新思科技開發者大會上，給出了一些關乎晶片設計從業人員的有趣資訊。今年Synopsys所做的產業問卷調查顯示，80%左右的人認為「自己所處產業是整個社會中最具爆發力、最精彩的產業」。這本身也符合產業發展的大趨勢，即社會生活數位化轉型背景下，對電子科技越來越強烈的需求。
這一點由從業者的收入變化也能看得出來，「平均年收入30萬的從業者，從去年的34%提升到今年的46%。」葛群說，相關「越先進製程，開發者收入越高。7nm製程以下的開發者，有超過30%的人收入達到50萬以上」，更早製程相關的開發者收入區間也逐漸發生如下圖的變化。
其中「收入相對較高的崗位是做系統架構的——但他們年資也比較久，超過10~15年。版圖和類比設計、電路模擬和測試的薪資水準則相對低一些，超過20萬年收入人群佔40%以上。」這資料是基於Synopsys『創芯說』調查收回的4000+份問卷。
另外，從業者認為最熱門的領域，「根據去年市場表現和投資市場投入情況來看，6個細分賽道是創業者或資深從業者擇業最多的方向。」包括了汽車MCU、GPU、自動駕駛、Wi-Fi 5/6、DPU、AIoT。其中的大部分也符合Synopsys預期，雖然其中DPU的發展速度似乎有些略微超出想像。這些是「新創企業對開發者吸引力提升新的賽道湧現」，可為從業者的選族提供一些參考。
這項統計的另一個問題，也是今年新思科技產業大會談論的主題。即50%的開發者認為，自己工作中面對最大的問題，是專案無法如期交付。「時間是開發者最大的挑戰」，而且需求側提出的要求還越來越高。葛群說：「很多新的挑戰讓開發者覺得時間不夠用，他們只能犧牲自己的愛好，或者把陪家人的時間放在工作上。」也就引出了Synopsys在其中扮演的角色，是透過「技術演進和更好的工具，幫助解決時間的挑戰」。
前不久在Synopsys上海楊浦區新辦公室落成儀式上，葛群提到了「美圖秀秀」的例子。他提到15年前，修圖需要找專業的人用Photoshop來完成，而如今每個人都能用美圖秀秀做各種圖片美化。「晶片設計的門檻很高，我想EDA未來的角色，很重要的一個改變就是讓晶片設計的門檻降低，讓更多的人參與到晶片設計中來。」就像美圖秀秀相對Photoshop那樣。
這對滿足產業及人才需求自然是一方面，而從現有從業者的角度來看，也是簡化晶片設計流程、減少開發者「時間挑戰」的另一種表達方式。
新的晶片設計範式
葛群之前在答記者問時說，Synopsys在後摩爾時代希望達成兩個方面的發展。「一方面是解決對於不同製程，尤其是矽製程的建模和抽象，使得人類能更好地控制不同製程，尤其是先進製程。另一方面，能讓更多的人參與到晶片設計中，滿足人類不斷發展的需要。」
這兩個方面的「發展」大概已經高度抽象了當代EDA廠商的角色定位。而達成這兩者的難度在這個時代可能都很不簡單。「後摩爾時代」的一大主題就是當元件尺寸微縮為表徵的摩爾定律陷入停滯，不同層級的市場參與者都應該做些什麼，來繼續滿足應用對於晶片運算力和效率的誇張需求。今年Synopsys也反覆在強調，作為EDA廠商的Synopsys應當從系統層面來考慮問題，從矽、元件、晶片，到系統、軟體和服務，做更全方位的投入，促成名為「SysMoore」的新的晶片設計範式。
Synopsys運營長Sassine Ghazi在開發者大會的主題演講中說：「摩爾定律並未終結，但發展速度已經減緩。我們和產業應該怎麼做才能繼續提供複雜系統和解決方案，應對正在放緩的摩爾定律。我們開始從系統層面尋找答案。系統層面，複雜性已經遠遠不止在規模方面，而是發展為系統複雜性。我們稱之為SysMoore，是系統複雜性和摩爾定律複雜性的結合體。」
除了元件尺寸微縮還在持續推進，以及先進封裝技術實現多裸晶堆疊、專用單元的架構革新實現效率快速進步等人所共知的部分，這次Ghazi對此也對SysMoore做了簡單的總結。
在矽層面，Ghazi指出，「過去需要2~3季，才能在製程和物理之間最佳化成PDK，我們有非常過硬的技術實現製程與元件建模並完成虛擬PDK，DTCO即設計技術協同最佳化，已成為矽片層面創新的重要工具」。元件(Device)層面，「Synopsys提供SPICE技術；我們還努力創建了庫協同最佳化，實現元件和晶片層面之間的協同最佳化。」Ghazi說。
「現在我們擁有了融合(Fusion) EDA，融合了從RTL到GDS，以及豐富的介面和基礎IP產品組合。」Ghazi說，「同時DSO設計空間最佳化很重要——DSO.ai是業界首個自主人工智慧系統，可允許開發者使用人工智慧來開發晶片。人工智慧能夠加快設計、提高效率。同時該應用程式可協助實現晶片的最佳PPA。」
有了上圖中右邊的服務(Service)部分。現在許多系統級企業(如阿里雲、微軟、亞馬遜、特斯拉等)普遍開始自己設計晶片，尋求差異化。這些「系統級公司的目標不是成為晶片專業公司」，Ghazi表示，「我們真正要考慮的是，如何為這樣的連續體提供服務。而我們提供的服務涵蓋從晶片設計規格，到元件實現的所有環節，以及軟體安全相關的服務。」
事實上，系統級企業開始自己設計晶片，對於Synopsys這個角色的企業而言是巨大的機遇。EDA廠商此刻也算是站在了風口上，所以以上每個環節的充實，是實現業績突飛猛進的基石。而如葛群所說，真正降低晶片設計的門檻，也是進一步推進這一市場趨勢的關鍵。
幫助開發者解決時間挑戰
SysMoore是個大框架——對此的宣傳其實也格外符合Synopsys今年在說的開發者遭遇時間方面的挑戰，尤其「開發者」現在還擴展到了系統級企業。用葛群的話來說，是「協助開發者在解決晶片挑戰之餘，如何更好地做到生活工作平衡；安居樂業的同時，提高自己的收入。」
比如說，「製程問題，是當今從原子、量子級別，分析半導體元件模型準確度的重要考量——這是自動化最基石的部分。」葛群說，「我們從最初的一千多個原子，做到上萬原子建模、分析、運算，協助晶片開發者解決下一代元件研發問題。這是一個新的職業賽道。從最底層分析未來元件、三維元件、二維材料等做進一步發展，讓摩爾定律得以延續，這個產品稱為QuantumATK。」
隨後葛群談到了Fusion Compiler：「全球超過80%的開發者在使用Fusion Compiler。它能夠充分解決3nm甚至更先進製程的晶片設計。尤其剛才提到7nm以下，達到50萬以上收入的開發者超過了30%。我們期望明年更多人能透過使用Fusion Compiler來提高整體產業工資水準。」
除此之外，還特別介紹了DSO.ai。「DSO.ai能夠將人工智慧與EDA技術結合，像一個超級外掛，幫助團隊提升效率。原來3個月的時間能夠最佳化到3天，極大縮短設計週期。」葛群說，「早一點把老闆要求的任務完成，就有更多的時間陪伴家人，有自己的愛好，甚至更快升職加薪。」
還有SLM矽晶片生命管理——「這個晶片方法學和工具，能夠以較低的成本在晶片中整合感測器，確保在晶片生產製造之後，和終端產品使用過程中，不斷測試晶片工作的實況功能、功耗、性能、穩定性、安全資料等，再透過雲端回傳給晶片供應商，使得晶片真實情況透過數位的方式得到分析和收集。未來開發者的改進不是來自老闆一拍腦袋的想法，而是來自真實資料。開發者不用無謂猜測客戶使用情況做很多無用功。」葛群說。
更快、更高、更強、更團結
Synopsys總裁暨聯席執行長陳志寬在大會開場時說，奧運會格言「更快、更高、更強」已經很多年了，今年6月，這個格言變為「更快、更高、更強、更團結」。將其放在如今的IC產業發展上來看也恰到好處。「更快」、「更強」自不必多說，而且社會數位化轉型、人工智慧、汽車電子化、5G等熱門應用都必將推動產業更快地向更強的方向發展。
而「更高」實現在兩個方向。首先是晶片在3D IC方面的創新，Synopsys的3D IC Compiler和其他很多實現物理互連必要的工具即是其中組成部分。另一方面，「更高」體現在系統等級的變化，設計晶片需要考慮多個層次。
在「更團結」的問題上，「我們必須一起變得更強大，這關乎整個生態系統。」陳志寬說，「整個生態系統正在改變，由於技術挑戰的存在，也由於整個供應鏈從緊密耦合變得更寬鬆，這些需要我們整個產業深思熟慮，這對於生態系統意味著什麼。」如今設計晶片更需要考慮不同層次的問題。「隨著數位化轉型和人工智慧的到來，我們需要建立新的聯盟，貫穿整個生態系統。不僅是半導體產業，還包括製造業、電信，以及醫療和影響深遠的農業…很多問題需要大家合作解決。」
從上述總結觀察系統級企業開始自己設計晶片，就是從更高維度來看晶片設計問題，從矽到系統，從晶片到軟體，從系統層級到基礎設施，甚至具體的應用；也是這個時代需要轉變晶片設計思路的體現。
本文原刊登於EE Times China網站
