EDA行业市场剧变即将开始

开源EDA解决方案最近由于半导体业界对于开源硬件的兴趣而被大家重新提上了议程。但是业界这次对开源EDA是否存在着足够的动力推进其成功或者能开发到何种规模，这些疑问目前还没有确切的答案。

这次开源EDA的主要推进者之一是美国国防部高级研究计划局（简称DARPA），其领导了多个项目旨在降低芯片设计成本，其中一个项目是关于先进封装技术的研究，另一项则是关于芯片安全性。DARPA之所以在这些项目上的投入，就是希望通过对于现有上百万套芯片设计方案的研究，总结出能够使芯片制作更廉价风险更低的办法。

DARPA最终希望这些研究成果能够让美国军方能够得到合适的芯片以应对日益复杂的通讯、侦查和武器系统。为了能够达到这一目标，他们也在积极的游说其他组织希望通过给他们带来相同的好处而得到更多的支持。

DARPA相关项目经理Andreas Olofsson曾经提到：“现在设计生产一整套SoC需要花费1亿美元，这其中EDA工具不是推高成本的主要因素，也不是tape-out费用。其实大部分是花在了工程开发上，比如芯片设计和相关软件栈的组件开发。我们必须想办法来减少工程复杂性和成本。如何做到这一点呢，我可以通过自动化和复用设计IP，不仅仅是组件上的复用，而是对于其整个子系统的复用，这可以让设计过程变得更廉价和容易使用。”

Olofsson从2017年离开了其在Adapteva CEO的职位，来到DARPA领导这两项影响EDA行业的两个项目，Intelligent Design of Electronics Assets（简称IDEA）和 Posh Open Source Hardware（简称POSH）。其目标是通过利用现有芯片设计作为数据源，来帮助我们训练由机器学习加速的应用程序，从而能够更好的进行调试，验证和布局布线自动化。这个IC数据库将包括现在已流通的超过500万个组件，能够标准化模型名称，以取代只存在于数据表中的非标准设计描述，这样我们就能将数据用到基于约束的优化系统当中。

Olofsson提到说，“美国国防部有很多工程师可以熟练写出质量很好的Verilog代码，并在FPGA上运行，但是他们并没有内部团队将其转化成ASIC芯片。我们现在就是想把这个门槛降得越低越好。”

IDEA和POSH都是DARPA价值15亿美金的Electronic Resurgence IniTIaTIve计划（简称ERI）的一部分，ERI同样也在推进小芯片（Chiplet）以及致力于简化封装和芯片设计的项目，而这些项目的最终实现都要依赖于开源软件。

“我们对开源带来的影响需要额外清楚，因为开源意味着更多的沟通成本，”Olofsson说到，“这是一个非常有挑战性的问题，因为这意味着会有很多团队加入开发和大量的跨团队合作。但我们看到很多例子证明开源其实非常有效的，最新的例子就是其对于机器学习的开发的作用，是以数量级级别的影响，促进到其中的创新和合作。同时，当我们在进行这种行业颠覆性的开发工作，需要多团队协作和生成新的组件时，开源也是在学术研究设定下唯一实际可行的方法。在这里我强烈主张使用一个宽容的开源许可证，这意味着任何人都可以使用这些代码，并以此建立其专有的解决方案，同时只将他们的基本代码回馈给社区，所以这会是一个非常温和的开源许可证。“

开源EDA并不会立马出现

开源带来的价格和灵活性上的优势，吸引了很多的公司的注意力。即使他们当中很多现在并没有在使用开源解决方案，这些公司如今只选择使用对其最佳的方案，不管开源与否，在背后有其充分的原因。

Linley Group的首席分析师Linley Gwenapp在采访中说道，”EDA公司往往只会把工作重点放到他们的大客户，例如博通、高通和英特尔。他们都有很大的市场份额，有很多不同的SoC设计方案，并且这些大公司本身也有动力去寻求最佳的设计方案和流程。如果不这么做，他们就可能因产品不工作或太过昂贵而输给竞争对手，所以他们和EDA公司紧密合作也是情理之中的事情。他们当然希望最大限度地减少工程投资，不过不能以劣质产品作为代价。对于这些大公司来说，前期工程开发的投资，相比起他们之后在市场上销售这些产品所带来的回报而言，并不算什么特别大的金额。“

Oloffson认为现状就是整个行业的资源都在向这些屈指可数的大公司倾斜，以帮助他们构建最为复杂的处理器，并以此期待高销售额和极低的芯片错误率。可是随着芯片进入一些对安全需求高的市场，例如无人车领域，其对于可靠性要求也更高，让EDA行业难以维系这种合作关系。而且尽管业界有批评商业EDA工具难以掌握的声音，EDA公司一直都在积极努力为其客户简化设计流程和寻找缩短产品上市时间的方法。

此外，更多的厂商并不是在开发使用最先进节点的芯片，这也就意味着他们并不需要最先进的设计工具。FPGA供应商多年来一直在提供自行开发的比较简单的工具，由于AI/机器学习，越来愈多的人也开始使用GPU，这些工程师也一直在使用的是大家早已熟悉的解决方案。

行业剧变即将开始

业内几乎没有人会不同意当今芯片设计太过复杂和昂贵。现在的问题是我们将如何解决这一难题，尤其是当市场变得越发细分和扁平，同时结构性的格局改变也会冲击甚至取代传统模式的增长。

恩智浦半导体软件研发部门VP Robert Oshana在采访中说道，”开源对于硬件部门而言还是比较新的概念，但已经在快速发展，我们能看到开源在软件行业中的发展也在同时影响这硬件行业。

他指出开源并不仅仅意味着RISC-V。“这将对行业带来颠覆性的影响，但我们很有可能发现就像开源对软件行业一样，它将会对硬件行业带来很多的好处，所以（硬件行业）必须改变来适应这一点。”

其他人则并没有这么笃定。Mentor执行副总裁Joe Sawicki说道，“如果我们知道开源将会给我们带来什么样的积极影响，那我们一定会在内部投入更多资源在相关研发中。可以看出这样的项目将会有令人激动的潜力，但是现状是我们并没有把握达到最终目标，也不确定最终能够得到什么好处。”

开源本身也会带来一定的风险。Synopsys资深安全信息专家Taylor Armerding，在今年早些时候发表了一篇文章在其公司博客上，就是有关与如何处理严重漏洞。“在将近十年的发展后，SPDX（Software Package Data Exchange）将增加处理开源漏洞数据的挂钩（hooks）。”

所有的大型EDA公司，和业界领先的芯片公司，都是ERI项目的活跃贡献者。事实上，Cadence、Synopsys、Mentor、恩智浦（NXP）、英特尔、IBM、高通、ARM、英伟达、Analog Photonics、SRI国际、Applied Materials等都为

很多公司不仅是简单的参与，更是需要POSH和IDEA等需要大量开源开发资源的主要贡献者。尽管如此，开源EDA能否被业界接受还是要取决于能否更加高效的处理设计流程，同时也不能破坏现有规则。另外也看它能不能很好的从其自身携带的百万级的设计库提取有效信息，并将其利用实时检测和发掘现有设计的错误。

Olofsson补充道，“对于DARPA而言，我们所研究的问题是到底能够处理多复杂的设计，以及其最终效果如何。聪明的芯片研发工程有各种各样的设计技巧，他们将其运用于公司的芯片产品中并最终流片。这些技巧只存在于工程师身上而不是EDA工具中。我们希望通过推进DARPA的这些项目，能够将这些经验技巧从现有设计中提取出来并通过新的工具应用到新的设计中，从而节省项目交接带来的人力成本。”

这一点来说，还需要进一步研究来证实其可行性。但至少目前来看，有足够的预算支撑对于开源EDA工具的探索。
       责任编辑:tzh