西门子EDA副总裁：技术扩展、设计缩放以及系统扩展是IC设计三大趋势

日前，西门子EDA在圣克拉拉举办了名为 User2User 的年度用户大会。周二，西门子 EDA 的 IC 部门执行副总裁 Joseph Sawicki发表了演讲。

以下编译自SemiWiki：

主持人 Harry Foster 说每个主题演讲都像是一场 Ted，他们确实做到了这一点。 Joseph 的主题是，从 IC 到系统——半导体行业的新机遇。

数字化正在推动所有行业：航空航天、汽车、消费、电子和半导体、能源、重型、医疗、海洋、工业。

现在有一个普遍认知是人工智能无处不在：传感器、边缘计算、5G/无线通信、云和数据中心。从 1992 年到 2014 年，半导体在电子系统中的份额为 16%，但现在已增长到 24% 左右，并且他预测显示，到 2025 年，电子系统的收入将达到 3.2万亿美元，因此是一个相当庞大的市场规模。

系统公司正在成为 IC 设计的主力军，例子不胜枚举：苹果、亚马逊、谷歌、中兴、特斯拉、博世、华为、Facebook。代工厂已经看到系统公司从 2011 年仅占收入的 1% 增长到 2021 年的 21%，这是一个巨大的增长潜力，苹果已成为台积电的第一大客户。在 2006 年的 Hot Chips 会议上，只有 16% 的被接受论文来自系统公司，而到 2021 年，这一数字已增长到33%。可以说，系统公司正在推动芯片层面的创新。

考虑一下 Apple 的历史，他们的第一个 64 位应用处理器是在 2013 年推出的，但为什么要这样做呢？即使在 2022 年，RAM 地址空间仍然不需要 64 位。答案是性能，ARM 内核可以在 32 位或 64 位模式下运行，而在 64 位模式下运行的性能提高了 31%。

汽车领域出现了一些新趋势——汽车即服务，沃尔沃计划到 2025 年通过服务实现 50% 的收入。特斯拉提供 OTA (Over The Air) 更新服务和新功能升级，在初始销售后增加收入。 Gartner 报告称，到 2025 年，前 10 名汽车 OEM 中的一半将设计自己的芯片，实际上到 2021 年，10 家中就已经有 7 家宣布要开发自己的芯片。福特和 Globalfoundries 将在 IC 设计方面合作，以解决供应链问题。自 2020 年新冠疫情开始以来，汽车行业受到了伤害。

汽车逐渐电气化是新 IC 设计开始的主要驱动力，到 2028 年，每辆汽车的半导体需求应达到500 美元，因此这是一个 240亿美元的市场。 5G 通信对于汽车的 OTA 更新和服务非常重要，并且每年增长 3 倍。

2015 年连接到互联网的传感器总节点为16亿个，到 2025 年爆发式增长至300亿，因此视频、数据和数据中心的增长非常大。

根据 IBS 2021年9月预计，，数据中心内的半导体含量到2030年将增长到2420亿美元，复合年增长率为 14%。

鉴于增长市场对半导体的需求，我们的行业将如何满足这些需求？ Joseph总结出满足需求的三大趋势：

技术扩展——新节点和 3D IC

设计缩放——硅集成

系统扩展——数字孪生，根据规范验证设备以及带有应用的完整软件堆栈

对于技术扩展，我们可以看看摩尔定律，它并没有完全死掉。看看苹果的 A 系列处理器，从 2013 年到 2021 年，我们看到晶体管数量从 10 亿个增长到 150 亿个，因此它仍然以 15 倍的速度扩展，但是Dennard定律已经死了。所以时钟频率在 8 年的时间框架内并没有提高 16 倍。从单核 CPU 性能来看，Geekbench 的分数从 269 到 1734 不等，所以这似乎也在飞速增长。正是因为摩尔定律还在生效，代工厂在最近8年的工艺也得到了不断发展。

单片集成正在增长，是的，但 3D IC设计也随之而来，并结合了创新的封装。SIP是一种新趋势。系统和设计技术的协同优化是成功的必要条件。

在设计缩放方面，有报告声称 7nm 设计成本为 2.8 亿美元，但这是真的吗？这个数字听起来太大了，但趋势线是真实的，因为小节点推高了设计和验证成本。应对成本增加的一种方法是从 RTL 转向系统级C语音设计。以 NVIDIA 为例，正如 2019 年 8 月在 Hot Chips 上报道的那样，一个只有 10 名工程师的小团队在 6 个月内通过使用 C++ 和 HLS（高级综合）方法，为深度学习推理加速器开发了一种新芯片。谷歌是另一家使用 HLS 来帮助管理 SoC 设计成本的系统公司。

对于系统扩展我们的想法是创建一个真正的数字孪生。数字孪生的一个例子是 PAVE360——它是一种通过交通、人员和车辆验证汽车模型的方法。您可以运行此数字孪生以验证虚拟模型，或为您的 ADAS 系统运行软件，以模拟动力、车辆建模（动力传动系统、底盘、座椅、道路对乘员的影响）。这是一种在生产开始前进行安全验证的方法。

最后一个主题是生命周期管理，考虑一个拥有数十万刀片服务器的数据中心，您可以在其中实时监控所有刀片服务器，调试该数据中心的任何可靠性问题，并且您可以分析所有嵌入式传感器数据，从字面上跟踪数据中心的健康状况。

总结

一个万亿美元的半导体产业正在向我们靠近，所以这是一个激动人心的时刻，成为 EDA 产业的一部分，这使得所有这些增长成为可能，因为系统设计师正在开始新的设计，人工智能无处不在，车辆电气化仍在继续，以及数字孪生正在被广泛采用。