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    Google上線芯片設(shè)計(jì)網(wǎng)站,邁出半導(dǎo)體開源的一大步?

    2022年06月20日 20:39:01   來(lái)源:微信公眾號(hào):半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

      6月Google開發(fā)者上線了一個(gè)芯片設(shè)計(jì)的網(wǎng)站,網(wǎng)站的宣傳語(yǔ)表示該網(wǎng)站會(huì)讓每個(gè)人更容易大規(guī)模地構(gòu)建定制芯片。

      據(jù)Google介紹Google與SkyWater Technology代工廠和Efabless合作,提供完全開源的工藝設(shè)計(jì)套件 (PDK) 和相關(guān)工具,以便任何開發(fā)人員都可以創(chuàng)建可制造的硅設(shè)計(jì)。每隔一個(gè)月,用戶可以提交開源設(shè)計(jì)以進(jìn)入Open MPW穿梭計(jì)劃并免費(fèi)制造自己設(shè)計(jì)的芯片。

      Google與Skywater efabless的合作從2020年開始,作為 RISC-V 基金會(huì)和 Linux 基金會(huì) CHIPS 聯(lián)盟項(xiàng)目的創(chuàng)始成員,谷歌其實(shí)一直在支持開源芯片相關(guān)領(lǐng)域,包括為 lowRISC 在內(nèi)的關(guān)鍵開放硬件工作提供資金、戰(zhàn)略和法律支持。

      清華大學(xué)資深教授評(píng)價(jià),Google 抓住了集成電路產(chǎn)業(yè)去中心化的關(guān)鍵點(diǎn)。本次Google的項(xiàng)目會(huì)帶來(lái)什么樣的不同,開源會(huì)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)怎樣的改變呢?

      01、人人都能設(shè)計(jì)芯片的時(shí)代來(lái)了?

      Google的這一網(wǎng)站并不是從0到1建立起來(lái)的,而是與其他公司共同合作以實(shí)現(xiàn)用戶的需求。

      其中,提供設(shè)計(jì)IP的公司為Efabless。Efabless是一個(gè)面向“智能”產(chǎn)品的開放式創(chuàng)新、硬件創(chuàng)建平臺(tái)。通過(guò)提供半導(dǎo)體和硬件系統(tǒng)創(chuàng)新者所需的定制集成電子產(chǎn)品,以將他們的產(chǎn)品愿景變?yōu)榭射N售的產(chǎn)品。Efabless 專注于按需和定制 IP。芯片公司從Efabless 獲取IP的方法有兩種:一種是可以在不斷增長(zhǎng)的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)庫(kù)中搜索現(xiàn)有 IP,第二種則是委托 Efabless 社區(qū)設(shè)計(jì)新的 IP 和衍生產(chǎn)品。

      Efabless Caravel是一種即用型測(cè)試工具,用于使用 Google/Skywater 130nm Open PDK 創(chuàng)建設(shè)計(jì)。Caravel 線束包括支持 IO、電源和配置的基本功能以及用于管理 SoC 內(nèi)核的插入模塊,以及用于放置用戶 IP 塊的大約 3000 微米 x 3600 微米的開放項(xiàng)目區(qū)域。

      除了工具,Google還給使用者提供了學(xué)習(xí)的教程,理論上來(lái)說(shuō),這一舉動(dòng)為所有人提供了設(shè)計(jì)芯片的舞臺(tái)。這一網(wǎng)站推出后,有評(píng)論稱這正是半導(dǎo)體從業(yè)者期待教育系統(tǒng)能為相關(guān)專業(yè)學(xué)生提供的實(shí)踐項(xiàng)目。

      目前這一計(jì)劃已經(jīng)有了76個(gè)教程,話題領(lǐng)域包括ASIC、eFPGA、CMOS芯片、測(cè)試流片等。

      雖然在理論上可以實(shí)現(xiàn)人人都能造芯片,不過(guò)距離這一現(xiàn)實(shí)顯然時(shí)間很長(zhǎng)。雖然Google提供了教程,但能夠通過(guò)自學(xué)學(xué)會(huì)相關(guān)課程對(duì)用戶本身的知識(shí)體系就有很大的挑戰(zhàn),總體而言這個(gè)網(wǎng)站的意義更大的點(diǎn)在于為集成電路專業(yè)的學(xué)生以及創(chuàng)業(yè)者提供設(shè)計(jì)芯片樣品的機(jī)會(huì)。

      據(jù)在代工廠的相關(guān)人士介紹,即使是使用40nm制程的流片,一次成本也在30萬(wàn)-50萬(wàn)美元左右,這樣的數(shù)字對(duì)于于個(gè)人來(lái)說(shuō),很難承受。但是這樣的平臺(tái)對(duì)于芯片行業(yè)的創(chuàng)新力一定會(huì)有正向的激勵(lì)。

      從芯片產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),Google并不算產(chǎn)業(yè)上的主要玩家。不過(guò)Google silicon團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有產(chǎn)品問(wèn)世。2021年10月Google silicon團(tuán)隊(duì)宣布了其首款自研芯片Tensor。Tensor 芯片采用 5nm制程,CPU 為八核設(shè)計(jì),分為大中小三核——兩個(gè)以 2.8GHz 運(yùn)行的 ARM Cortex-X1 內(nèi)核、兩個(gè)以 2.25GHz 運(yùn)行的 Cortex A76 內(nèi)核,以及四個(gè) 1.8GHz A55 內(nèi)核。GPU 為 20 核設(shè)計(jì)。據(jù)悉這款設(shè)計(jì)耗費(fèi)了Google silicon團(tuán)隊(duì)四年的時(shí)間,那么深知芯片從設(shè)計(jì)到成品之中的艱辛的Google 為何要推出這一網(wǎng)站呢?

      02、Google的芯片網(wǎng)站是芯片界的Github?

      Google的這一次操作更深層的關(guān)鍵在于搭建一個(gè)開源的社區(qū)。

      開源,在Google更加熟悉的軟件領(lǐng)域已經(jīng)形成了成熟的生態(tài)氛圍。開源已成為一種超越軟件生產(chǎn)界限的運(yùn)動(dòng)和工作方式。開源運(yùn)動(dòng)旨在利用開源軟件的價(jià)值和分散的生產(chǎn)模型,為其社區(qū)和行業(yè)的問(wèn)題尋找新的解決方法。

      在開源的環(huán)境下,互聯(lián)網(wǎng)團(tuán)結(jié)了同一社區(qū)的所有成員。協(xié)作、開放讓效率變得更高,也讓創(chuàng)新性想法被快速了解,星星之火,得以燎原。

      在開源的生態(tài)下,也誕生了如Github這樣的在線源代碼托管服務(wù)平臺(tái)。

      而谷歌本次建立的網(wǎng)站,與Github就有許多相似之處。而隨著Github在軟件行業(yè)的重要性越來(lái)越高,開源的價(jià)值被再次證明。

      眾所周知芯片設(shè)計(jì)制造是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的流程,而隨著芯片設(shè)計(jì)正在逼近極限,芯片公司們似乎都迎來(lái)的自己的瓶頸期。芯片研發(fā)門檻高客觀上阻礙了創(chuàng)新,而降低門檻激發(fā)了創(chuàng)新活力、繁榮了芯片產(chǎn)業(yè);芯片架構(gòu)人才緊缺,而降低門檻有助于快速和大規(guī)模培養(yǎng)高水平芯片設(shè)計(jì)人才。當(dāng)“擠牙膏”成為各家大廠的下下策,如何打破設(shè)計(jì)的困局已經(jīng)亟待解決。

      Google的這次嘗試或許能夠?yàn)樾酒O(shè)計(jì)界帶來(lái)新的可能。

      03、半導(dǎo)體的開源時(shí)代

      Google并不是第一家嘗試在芯片領(lǐng)域開源的公司。

      RISC-V是半導(dǎo)體開源的代表性成果。截至2021年9月,RISC-Ⅴ國(guó)際基金會(huì)的會(huì)員已覆蓋70多個(gè)國(guó)家,總數(shù)已超過(guò)2300個(gè),其中企業(yè)和機(jī)構(gòu)超500家。RISC-Ⅴ物聯(lián)網(wǎng)處理器芯片已大規(guī)模商用,僅國(guó)內(nèi)就有超5億顆RISC-Ⅴ核心芯片投放市場(chǎng)。華米科技等可穿戴設(shè)備廠商一直采用這種RISC-V架構(gòu)。阿里巴巴集團(tuán)以RISC-V為基礎(chǔ)開發(fā)出了用于物聯(lián)網(wǎng)的AI芯片,并將其IP公開。此前有消息稱,華為也推出了基于RISC-V架構(gòu)的Hi3861芯片。

      開源的RISC-V也成功孵化出了商業(yè)化案例,SiFive基于RISC-V開發(fā)了完整的處理器核和開發(fā)板,已可以完整地運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。作為當(dāng)前炙手可熱的SoC領(lǐng)導(dǎo)廠商,SiFive設(shè)計(jì)了SiFive Core Designer工具,參數(shù)化核設(shè)計(jì),用戶可以自定義模式和指令集,片上存儲(chǔ),調(diào)試單元,接口選擇,保密控制,中斷設(shè)置,是否插入DFT,功耗管理和預(yù)測(cè)指令(根據(jù)性能或面積)等選項(xiàng),大大提高了SoC設(shè)計(jì)的多樣性和減小了SoC的設(shè)計(jì)難度。用戶可選擇的核目前有E2/E3/E7/S2/S5/S7/U5/U7。最新消息,SiFive設(shè)計(jì)了最新的U8處理器,擁有可擴(kuò)展的亂序執(zhí)行的RISC-V CPU核心,與Arm Cortex A72相比,U8系列的目標(biāo)在性能上具有可比性,面積只有A72一半。

      SiFive目前的融資金額已超過(guò) 3.5 億美元的資金,現(xiàn)有投資者包括Coatue、AMD(通過(guò) Xilinx Ventures)、Ibex Investors、英特爾、Osage University Partners、Prosperity7 Ventures、高通、三星、SK 海力士、Spark Capital、Sutter Hill Ventures 和西部數(shù)據(jù)。

      2022年3月16日,SiFive在 F 輪融資中籌集了 1.75 億美元,公司估值超過(guò) 25 億美元。這再一次展現(xiàn)了市場(chǎng)對(duì)于開源RISC-V的信心。此外SiFive也與intel形成了合作,英特爾方面表示,公司對(duì)RISC-V基金會(huì)的投資就包括與 RISC-V 領(lǐng)導(dǎo)者 SiFive 合作構(gòu)建基于英特爾 4 工藝技術(shù)的 Horse Creek 開發(fā)者平臺(tái),該平臺(tái)將于 2022 年底廣泛使用。

      眾多公司對(duì)SiFive的投資除了證明SiFive的商業(yè)價(jià)值也展現(xiàn)了基于開源架構(gòu)商業(yè)化的可行性。

      04、開源路漫漫,希望常相伴

      開源在半導(dǎo)體領(lǐng)域并不是新興概念。

      在1999年就有一個(gè)本著自由和開源協(xié)作精神共享和推廣開源IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))核的社區(qū)OpenCores成立。OpenCores 門戶托管不同數(shù)字網(wǎng)關(guān)項(xiàng)目的源代碼,并支持用戶社區(qū),提供一個(gè)用于列出、展示和管理此類的平臺(tái)項(xiàng)目;以及用于資源管理的版本控制系統(tǒng)。

      目前該網(wǎng)站的開源項(xiàng)目包括:算術(shù)內(nèi)核、原型板、通信控制器、協(xié)處理器、加密內(nèi)核、DSP內(nèi)核、ECC內(nèi)核、庫(kù)、內(nèi)存內(nèi)核、處理器、片上系統(tǒng)、模塊上系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器、測(cè)試/驗(yàn)證、視頻控制器等。

      不過(guò)值得注意的是雖然Opencores已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)20年,但目前的項(xiàng)目?jī)H有1000個(gè),網(wǎng)站的上次更新也停留在2021年。

      這在一定程度上說(shuō)明了半導(dǎo)體開源體系存在的局限。包云崗教授將問(wèn)題歸結(jié)為生態(tài)不成熟且碎片化嚴(yán)重。缺少技術(shù)主線和主導(dǎo)力量,尚不能真正有效匯聚全球研發(fā)力量,這阻礙了技術(shù)的持續(xù)迭代和應(yīng)用拓展。此外,一些開源的聯(lián)盟僅承擔(dān)了有限的職能,組織松散且力度不足,無(wú)法形成對(duì)生態(tài)的系統(tǒng)性支持和引導(dǎo)。相關(guān)科研院校、龍頭企業(yè)未能形成合力,諸多共性技術(shù)未能有序布局、合作攻關(guān)。

      對(duì)于半導(dǎo)體來(lái)說(shuō),技術(shù)的獨(dú)特性是第一競(jìng)爭(zhēng)力。但放大去看,其實(shí)半導(dǎo)體行業(yè)一直存在著共同合作。Wi-Fi、USB、DDR等等都是行業(yè)共同合作形成的產(chǎn)物,最近的UCIe聯(lián)盟更是打破了工藝與晶圓廠的界限。

      對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō),開源是發(fā)展的必經(jīng)之路。目前也有國(guó)內(nèi)的EDA公司參與了開源,并表示在開源的平臺(tái)上,EDA使用和創(chuàng)新門檻都被降低,同時(shí)也切實(shí)地提高了推進(jìn)的效率。

      國(guó)產(chǎn)化并不是國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體公司應(yīng)該追求的終點(diǎn),未來(lái)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體廠商要在全球產(chǎn)業(yè)中,擁有自己的主動(dòng)權(quán)。那么以開源為核心,以合作共贏為思想的行業(yè)氛圍,對(duì)于國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)必不可少。

      閉源意味著封閉,而開源則意味著開放,封閉很難進(jìn)步,開放才會(huì)進(jìn)步。開放讓人類的智慧有聚集的可能,人類的智慧聚集起來(lái)不再是1+1=2,這是開源的力量。

      Google的嘗試會(huì)給半導(dǎo)體技術(shù)帶來(lái)怎樣的火花,開源的力量會(huì)給中國(guó)半導(dǎo)體帶來(lái)什么,我們共同期待。

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