芯片設(shè)計(jì)面臨很多挑戰(zhàn)，但是如何解決IP復(fù)用和集成問(wèn)題？

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2022-03-18 02:45:46 8

汽車、人工智能（AI）、數(shù)據(jù)處理和智能終端等領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體芯片的強(qiáng)勁需求不斷加速半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年將激增至8085億美元。，普華永道預(yù)測(cè)，2022年僅AI相關(guān)的半導(dǎo)體市場(chǎng)收入就將增長(zhǎng)到300億美元以上，年增長(zhǎng)率高達(dá)50%。

與此同時(shí)，半導(dǎo)體芯片變得更小、更快、更強(qiáng)大，并且在靈活性和功能性方面有了顯著提高。然而，隨著設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)驗(yàn)證能力和下一代驗(yàn)證技術(shù)的需求也越來(lái)越大。依賴于完全可追溯性和嚴(yán)格的文檔流程的功能安全合規(guī)性變得越來(lái)越重要。半導(dǎo)體公司越來(lái)越多地采用 IP 重用設(shè)計(jì)方案來(lái)縮短上市時(shí)間并遵守法規(guī)。采用更復(fù)雜的方法來(lái)促進(jìn)設(shè)計(jì)和重用將改變業(yè)務(wù)并將研發(fā)效率提高至少 20%。

由于全球供應(yīng)鏈問(wèn)題以及芯片需求量爆炸式增長(zhǎng)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)加劇。近期，美國(guó)正在通過(guò)立法激勵(lì)半導(dǎo)體芯片制造，進(jìn)一步促進(jìn)半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展。隨著半導(dǎo)體芯片的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到更多全新的應(yīng)用領(lǐng)域，這種趨勢(shì)在未來(lái)幾年仍將持續(xù)。

上市時(shí)間壓力和IP有效重用是半導(dǎo)體公司面臨的兩個(gè)最重要的問(wèn)題，并且這些問(wèn)題密切相關(guān)。雖然IP重用是加快上市時(shí)間的有效方法，但企業(yè)需要實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的IP重用策略。標(biāo)準(zhǔn)重用策略、流程和支持工具的缺乏嚴(yán)重阻礙了芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)力的增長(zhǎng)。芯片設(shè)計(jì)能力正在迅速增加，這一事實(shí)使情況更加復(fù)雜。根據(jù)密歇根大學(xué)最近的一項(xiàng)研究，芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)力正以每年28%的速度增長(zhǎng)，但半導(dǎo)體產(chǎn)能的增長(zhǎng)速度更快，年增長(zhǎng)率達(dá)58%。

這種生產(chǎn)力差距遵循半導(dǎo)體日益商業(yè)化的趨勢(shì)，需要企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)下保持一定利潤(rùn)率。而標(biāo)準(zhǔn)的IP重用策略正在成為滿足上市時(shí)間需求并縮小設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)生產(chǎn)力之間差距的必要條件。

合規(guī)性與合規(guī)管理

半導(dǎo)體公司越來(lái)越需要滿足ISO 26262、ITAR和其他合規(guī)/功能安全標(biāo)準(zhǔn)。這是可以理解的，因?yàn)樵S多推動(dòng)半導(dǎo)體增長(zhǎng)的市場(chǎng)都是面向消費(fèi)者的應(yīng)用。隨著越來(lái)越多的半導(dǎo)體公司供應(yīng)受監(jiān)管的行業(yè)，他們將需要證明其產(chǎn)品能夠滿足安全要求。能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、確保芯片設(shè)計(jì)可追溯性的設(shè)計(jì)和實(shí)施工具套件對(duì)于滿足嚴(yán)格的合規(guī)流程至關(guān)重要。

目前，多數(shù)半導(dǎo)體公司仍然表示正在使用手動(dòng)流程進(jìn)行合規(guī)管理，缺乏自動(dòng)化管理。這種方式僅適用于小規(guī)模管理，而隨著企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，管理多方面的合規(guī)水平可能變得越來(lái)越困難。采用平臺(tái)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)合規(guī)性可以為團(tuán)隊(duì)提供整體視圖，從而更容易遵守標(biāo)準(zhǔn)。盡管在這個(gè)領(lǐng)域提供自動(dòng)化的工具很少，但似乎需要圍繞這些標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性要求進(jìn)行自動(dòng)化。平臺(tái)方法可用于跟蹤和匯總各種單點(diǎn)工具在其特定應(yīng)用場(chǎng)景的合規(guī)性水平。

嵌入式系統(tǒng)與IP集成

預(yù)計(jì)到2027年，全球嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)將增長(zhǎng)6.3%，達(dá)到1373.1億美元。嵌入式軟件正在成為當(dāng)前許多產(chǎn)品的重要組成部分，越來(lái)越多的產(chǎn)品將硬件和軟件相互融合。這將使芯片設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜，從而需要硬件設(shè)計(jì)人員與軟件開(kāi)發(fā)人員互相協(xié)作。

隨著硬件和軟件之間的界限不斷模糊，企業(yè)將需要以統(tǒng)一明確的方式管理其設(shè)計(jì)的生命周期。配置管理對(duì)于處理硬件和軟件組件之間的相關(guān)性很重要，它可以為設(shè)計(jì)中的組件版本啟用可追溯性和單一事實(shí)來(lái)源。

在典型芯片中，40%以上的芯片是由定制IC組成的。為了加快復(fù)雜混合信號(hào)SoC的設(shè)計(jì)，模擬元件重用逐漸越來(lái)越普遍。換句話說(shuō)，越來(lái)越多的模擬電路正在集成至SoC當(dāng)中。多數(shù)企業(yè)表示，芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越需要集成新的或現(xiàn)有的IP。這有力地表明了基于IP組件的設(shè)計(jì)在當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)中的重要性。重用IP組件可以幫助團(tuán)隊(duì)花費(fèi)更少的時(shí)間進(jìn)行集成。*的IP生命周期管理可以為設(shè)計(jì)人員提供查找、鑒定和集成IP的優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，從而簡(jiǎn)化IP集成及芯片設(shè)計(jì)。

此外，2.5D設(shè)計(jì)的應(yīng)用規(guī)模逐漸呈上升趨勢(shì)。很多企業(yè)表示已經(jīng)應(yīng)用或正在考慮為其產(chǎn)品采納2.5D設(shè)計(jì)。隨著摩爾定律放緩，為了保持SoC集成水平，2.5D設(shè)計(jì)漸漸成為市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。

芯片設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)

芯片設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，而全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈問(wèn)題遲遲無(wú)法緩解，對(duì)于半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品上市時(shí)間和利潤(rùn)都造成了一定的沖擊。企業(yè)在試圖保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)時(shí)面臨著無(wú)數(shù)障礙。

找到可重復(fù)使用的相關(guān)IP是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。目前，半導(dǎo)體公司的做法是重用以前項(xiàng)目中的IP或通過(guò)公司IP目錄搜索。雖然這種方法有效，但并不能為手頭項(xiàng)目產(chǎn)生最佳IP。為了提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)力，更好地設(shè)計(jì)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)品，企業(yè)需要尋求一種更標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)IP重用。

設(shè)計(jì)人員表示，由于尋找合適的IP比較困難，因此為其設(shè)計(jì)找到相關(guān)的IP至少需要一天或更長(zhǎng)時(shí)間。然后，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)IP進(jìn)行資格認(rèn)證，并將其納入設(shè)計(jì)中。然而，為了滿足日益增長(zhǎng)的設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)人員根本無(wú)法花費(fèi)一天甚至更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行搜索。因此，將設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)中各種資格認(rèn)證工具的元數(shù)據(jù)載入IP目錄，并對(duì)IP進(jìn)行編目將成為一個(gè)發(fā)展方向。該方案有助于組織和加速整合過(guò)程，還可用于確定IP的狀態(tài)和質(zhì)量。同時(shí)，為了更好地對(duì)IP進(jìn)行分類，團(tuán)隊(duì)需要一個(gè)綜合平臺(tái)來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員找到IP的狀態(tài)以優(yōu)化搜索過(guò)程，持續(xù)促進(jìn)IP重用，縮短上市時(shí)間。

此外，跟蹤和確定IP的質(zhì)量對(duì)于可追溯性非常重要。設(shè)計(jì)人員通過(guò)審查設(shè)計(jì)過(guò)程中的支持證據(jù)來(lái)確定是否滿足要求的過(guò)程，并跟蹤整個(gè)企業(yè)的各種項(xiàng)目中IP的使用情況。擁有一個(gè)確定滿足要求及使用場(chǎng)景的IP平臺(tái)可為團(tuán)隊(duì)提供有關(guān)IP健康狀況的信息，有助于更好地應(yīng)用在未來(lái)項(xiàng)目中。

受行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者*的芯片設(shè)計(jì)工具

對(duì)于半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)不斷發(fā)展，對(duì)用于設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施工具也有著更高的要求。其中，IP管理、數(shù)據(jù)管理/版本控制、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、需求管理、靜態(tài)代碼分析等都是半導(dǎo)體企業(yè)必不可少的工具鏈軟件。此外，不少企業(yè)還進(jìn)一步采用了命令行與基于GUI的工具、多供應(yīng)商偏好以及云組織架構(gòu)等芯片設(shè)計(jì)工具。

IP管理

盡管越來(lái)越多的企業(yè)以IP為核心進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，但使用商業(yè)IP生命周期平臺(tái)的采用仍處于早期階段。IP生命周期管理工具為協(xié)作提供了基礎(chǔ)，有助于確保可追溯性并加快上市時(shí)間。設(shè)計(jì)人員可以查看使用IP的產(chǎn)品并了解錯(cuò)誤、衍生設(shè)計(jì)、回歸狀態(tài)等。這些信息節(jié)約了搜索時(shí)間并最大程度地減少了不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)幫助團(tuán)隊(duì)質(zhì)量、分發(fā)和集成IP。

數(shù)據(jù)管理/版本控制

數(shù)據(jù)管理和版本控制解決方案來(lái)自開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。該方案可以追溯到公司早期階段，為IP管理提供了支柱。擁有數(shù)據(jù)管理解決方案可以支持IP的跟蹤，并為工程師提供決策所需的強(qiáng)大元數(shù)據(jù)，有助于全球團(tuán)隊(duì)的協(xié)同協(xié)作。

總結(jié)

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日新月異，日趨*盛的市場(chǎng)需求為半導(dǎo)體企業(yè)帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)，同時(shí)也迎來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。隨著芯片設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，技術(shù)團(tuán)隊(duì)需要以更快的速度進(jìn)行創(chuàng)新迭代。企業(yè)必須按時(shí)交付市場(chǎng)需求，并縮小設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)生產(chǎn)力之間的差距。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品對(duì)合規(guī)性或功能安全標(biāo)準(zhǔn)的要求不斷提高，可追溯性成為一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。標(biāo)準(zhǔn)的 IP 重用策略對(duì)于充分利用您的 IP 投資非常重要。有效的 IP 管理平臺(tái)可幫助設(shè)計(jì)人員查找、認(rèn)證和管理 IP 版本。使用這樣的平臺(tái)管理 IP 可以在整個(gè)項(xiàng)目中重復(fù)使用，使企業(yè)能夠加快上市時(shí)間并保持利潤(rùn)，而不會(huì)犧牲安全性或可追溯性。這項(xiàng)研究表明，使用正確的管理工具，可以最大限度地發(fā)揮以 IP 為中心的設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，工具供應(yīng)商也有機(jī)會(huì)為這些工具開(kāi)拓潛在的應(yīng)用市場(chǎng)。

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