芯片设计公司的“四层境界”
最新更新时间：2021-03-07
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来源：内容转载自公众号【歪睿老哥】，作者歪睿老哥，谢谢。
在武侠的江湖中，剑法的境界被分为四层；
第一层：“心中有剑，手中无剑”
这是入门者状态，心中有剑法，尚未纯数，不能随意挥洒；
第二层：“心中有剑，手中也有剑”
剑法招式纯数，如手使指，收放自如，眼到手到，纵横天下；
第三层：“心中无剑，手中有剑“
剑法内化于心，外化于行，不拘泥于剑法招式，无招胜有招；
第四层：“心中无剑，手中也无剑”
不滞於物，草木竹石均可为剑，达到了人剑合一的境界；
剑法修炼是这样进阶，芯片设计公司也是如此；
第一层：“心中有芯，手中无芯”
贾老板是一个土豪，看到芯片行业如此火热，不错过任何风口的贾老板决定踏入这个行业；贾老板不但是土豪，还是有很多关系；贾老板的关系深不可测，据贾老板说，他有个AI芯片项目，需要把摄像头中的图像中识别出犯罪分子然后传输到后台报警，原来贾老板的公司买别的厂家的芯片来搞这个，又贵又拿不到货，贾老板每年通过各种渠道，完全可以出几千万颗，贾老板掐指一算，还是自己做芯片划算；于是招了一批人，成立了一个芯片公司；
贾老板目前就是处于“心中有芯，手中无芯”的状态，处于这个层次的公司，主要精力都是放在PPT变成芯片的过程；这个入门看似简单，实际上非常复杂，贾老板要开发这款AI芯片，其核心应用核心应用是MIPI采集来的图像，缓存到DDR中，通过AI处理器识别成犯罪分子，然后图像由CPU控制通过WIFI网络上传云端，当团队开工时，他发现面临两大问题：
第一个问题：IP的选择:SOC里面CPU,DDR,总线，AI处理器，MIPI，WIFI这些IP都有IP vendor，但是选哪家就是学问？除了价格，这些IP有没有成功应用的案例，速度能不能满足要求；特别是AI处理器，是选vendor的IP，还是自己的团队自研，如何取舍？
第二个问题：工艺的选择：工艺的选择是考虑芯片预期的数量，一次投入NRE成本，工艺能不能满足性能需求，以及模拟ip该工艺下是否有可选择的选项，功耗如何，这是一个综合方程求解；
贾老板的公司搞定了这个两个问题；下面就开始了设计阶段，贾老板挖来的团队主要做SOC的集成和验证，这一类芯片公司对设计的要求不是很大，但是对验证的需求极大，所谓"设计性不强，验证性极大"；后端可以依赖后端设计服务；从而可以较快的交付市场；芯片团队主要完成完成RTL-to-netlist的部分，剩下的交付给后端设计服务公司完成netlist-to-gds部分，后端设计服务公司去找台积电/中芯国际流片，然后找长电/日月光封测；不出意外，设计完成3个月后，贾老板就拿到了芯片；
贾老板的芯片公司一般修炼此层，平均需要18个月的时间，天资聪慧之人，一般也需要12个月时间；
如果经历九九八十一难，终于拿到了芯片；能够bringup（芯片点亮），说明此层心法有所小成，可以进行下一层的修炼；
如果历经九九八十一难，拿到芯片是一块石头，就需要从头开始重新修炼此层，直到成功为止；
此层修炼成功，根据芯片的大小，难度不同，修炼时间也不同，一般经历过几次流片都是较为正常的事情；
第二层：“心中有芯，手中也有芯”
如果玩游戏时，让你在会六脉神剑的段誉和降龙十八掌的乔峰之间选一个和丁春秋单挑，正常人肯定选乔峰，因为选乔峰稳赢，选段誉有风险，段誉的六脉神剑，天下无敌，极其精妙，但是输出极其不稳定，时有时无，容易关键时候，让人崩溃。
如果研发一款芯片，也是希望最终的结果是乔峰的“降龙十八掌”，而不是段誉的“六脉神剑”，18个月过去，如果发现芯片最终能不能工作是“薛定谔的猫”，上电的一刻，也可能能工作，也可能不工作；这个时候贾老板是什么反应，贾老板会崩溃；为了贾老板不崩溃，必须有个方法让芯片设计公司稳定可靠的输出芯片产品；
芯片设计本身是一个标准工业化的流程，有一整套流程控制，通过这一套流程控制，可以保证两点：
1：所想即所得：芯片按照产品定义能够顺利的研发设计出来，并且肯定可以工作；
2：所得即合格；芯片的合格是通过测试（DFT，BIST，功能pattern）后，保证芯片能够100%的合格。
完成了这个阶段阶段，达到比较好的良率，例如95%，才算是完成了从入门到精通的一步；
所想即所得，就需要研发的流程控制，例如IPD，一整套的研发管理的流程，包括从市场调研的输入，产品定义的输入，架构设计，IP选型，编码规范，验证规范，综合及后端的signoff流程；这些规范，是无数流片BUG和失败的教训带来的，遵守这些流程，就会大大降低风险，否则就会掉到一个又一个的坑里；因为产品定义偏差，设计的冗余不够，验证不充分，后端signoff规范不标准导致失败的芯片，多如牛毛；
目前中国90%的芯片公司都小于100个人，并且研发人员就更少，基本上都是游击队的研发方式；主要依靠项目经理自身能力，项目经理的关注点一般是关注点在于RTL的质量，验证的质量(功能覆盖率，代码覆盖率等等)，网表的质量。后端流程控制基本上依赖后端公司的自己的流程，如果后端服务公司比较规范，成功把握较大，如果后端服务公司本身流程不规范，signoff的流程不完善，那么风险就很大。从依靠人到依靠流程，就是一个很大转变；
前面才是第一阶段，后面封测，产能，库存，整个供应链的管理，更折磨人，也更考验芯片公司在这个方面的积累；芯片设计是高端制造业，制造业的问题一个也跑不了。供应链做不好，就会出现一个现象，如果市场突飞猛进，没有预估协调好产能，则就错过了挣钱的机会，如果库存多了，而市场又没有起来，就会导致成本的积压；
经历第二层多次流片的锻炼，芯片设计公司通过流程不断磨合，把流程贯彻研发全过程，才能真正才能达到指哪打哪的境界，芯片团队能够有战斗力输出了；可以称之为一个可靠的芯片团队，而不是一个团伙，或者游击队；
本层修炼根据团队悟性不同，短则1-2年可成，长则需要几年可成，甚至永无可成之日，因为流片的钱花光，团队散了，例子也不鲜见；对于贾老板这种土豪，有充足的资金投入和挖牛人经验，也是可以能修炼成功，做到这一层，芯片公司可以在自己的主航道里面深耕，进行核心技术积累，更高的性能，更低的功耗，更少的成本，包括别人搞不定的技术，逐渐能够赢得市场，获得成长机会；
第三层：“心中无芯，手中有芯”
芯片公司本质上也是生意，提供客户稳定，可靠，有价格竞争力的芯片，从客户获得资金，这个是正常的商业逻辑；而采取更高级的手段获取客户就是第三层修炼了；
”心中无芯，手中有芯“，这个境界，国内公司少有练成，这个层次的厂商已经超脱了卖芯片的层次了，直接就是方案(solution),专利（patent），生态（ecology），简称SPE；
方案这一层，比较好学，例如中国台湾的联发科在山寨机时代，也是提供了一套整个的turnkey的解决方案，华强北的小厂根本不用操心如何设计电路，只是在联发科提供的方案上，加上屏幕和电池，用上联发科的手机芯片，就是一个完整的手机；这种方案降低了手机设计的门槛，奠定了山寨机的繁荣时代，也成就了联发科芯片的“山寨机之王“的美誉；
海思也是一样，在海思以前，有很多提供车牌识别的系统软件厂商，都活得不错，海思依据自身的IPC SOC做了智能停车系统，以SDK的形式免费开放，很快就有很多下游厂商跟进，能够一下降低整个行业的门槛，所以芯片就打败了TI等一系列对手，获得市场的认可，这种提供整套的免费的解决方案，一方面自己的方案成为业界主流，另一方面下游厂商降低门槛，又有利可图，那么芯片就是水到渠成的事情了；
比这个更高一个层级的是专利，高通在3G/4G/5G领域，部署了大量的专利，可以在每个芯片征收高通税；高通在2G的CDMA技术中有90%专利，在3G的WCDMA技术中有27%左右的专利，在4G的LTE中有16%左右专利，在5G中有8%左右专利。而一台智能手机，一定会涉及到这些技术中的专利，所以高通可以向所有的手机厂商收钱，手机厂商的骁龙的处理器，除了芯片的钱，还有交专利费，一头牛扒两次皮；高通这种就犹如丁春秋的“化功大法”，通过专利税就可以赚的盆满钵满；
如果说高通霸王硬上弓式的征税的这种让人非常不爽，那么通过做生态来取得市场的领导地位就是另一种更高明的方式了；
第一个成功的例子是intel，英特尔是最著名的开源软件Linux基金会的白金会员，最成功的云计算开源项目OpenStack基金会的白金会员，同时也是Apache基金会、GNOME基金会、Eclipse基金会以及开放数据中心联盟、开放结构联盟、开放虚拟化联盟等开源组织的重要成员，同时也是Linux、ChromiumOS、OpenStack等众多开源项目的最大的贡献者之一；有人说，Intel就是一个软件公司，而不是一个芯片公司；英特尔在linux内核上总体贡献占到了10.5%。intel做这些开源的工作，其初衷肯定不是就是为了更好的为他人谋福利，而是如围棋高手一般，来谋势，这个大势就在在云计算时代，通过更便宜的开源软件，让云计算厂商从UINX+POWER的IBM的迁移到更具备成本优势的intel+linux的体系上来，现在intel占据了服务器市场的95%，intel的至强处理器和谷歌云，亚马逊云，阿里云等云厂通过这些开源软件血脉交融在了一起，现在的云厂都想要撇开intel（因为降低成本的需求），但是intel布局这么多年的软件生态，想是一会事，真要更换各个云厂还是要耗费很多的力气的；
另一个例子是NVIDIA，NVIDIA向业界开源CUDA编译器，CUDA工具包，使用C/C++编程语言的开发环境。使用此工具包，可以在GPU上开发、优化和部署应用程序。还包括支持第三方工具链（PyCUDA, Altime Hybridizer,OpenACC, OpenCL, Alea-GPU），同时，CUDA生态还包括很多库、工具和技术的集合。CUDA库支持如线性代数、图像和视频处理、深度学习和图形分析的多种领域的应用。
CUDA开源也使各个用户都绑定了NVDIA的GPU的应用，用户很容易就可以在这里获得自己想要的东西。而不用从头开发”轮子“，省时省力省心,通过现成的库或者现成的应用案例，加速了用户的部署；凭借强大的生态和芯片算力，NVIDIA占据了95%以上的数据中心加速卡市场；NVIDIA正是通过在AI领域的表项，在2021年股价达到3184亿美元，超过intel，登顶IC产业第一宝座；
第四层：“心中无芯，手中也无芯”
如果前三个层次，还在最终都要通过卖芯片来实现自身价值的话，那么“心中无芯，手中也无芯”的境界就完全超脱了这个层次，而这个层次集大成者，就是苹果；
苹果自己也研发芯片，但是苹果并不是为了卖芯片而研发芯片，而是为了构筑一个别人难以企及的门槛，通过芯片赋予产品与其他产品不一样的独特性和特殊性；也构成的“果粉”的信仰；达到“我就是我，不一样的烟火”的效果；
苹果做芯片和苹果在IOS上开发的一个feature特性，其效果别无二至，客户关注的是产品最终使用体验，芯片是整个体系的一环而已，而且是别人难以模仿的一环；通过上下游垂直整合，独特的产品逻辑和产品形态，提供给用户超出心里预期的东西，用户对苹果的心理依赖油然而生；全球的拥趸“果粉”和“拜苹果教”就此诞生。这一刻，苹果自研的芯片，就是“果教”祭坛上的“圣杯”。
苹果的芯片研发好比剑魔“独孤求败”，不出手则已，一出鬼神惊；去年自研处理器M1登场。5nm工艺，160亿个晶体管。全新的统一架构，囊括了内存，CPU，GPU，NPU。M1芯片中的GPU图形处理器，这次可以提供4K视频的编辑能力；M1不论从性能还是续航都超过了INTEL一大截，让江湖老大的INTEL情何以堪。M1芯片另一个巨大的好处是，兼容IOS App。iPhone，iPad，MAC从此架构归一，一统天下！
此外，还有苹果的手机处理器A系列A14 Bionic，是当今世界上最强大的手机处理器；强悍的性能保证了在产品周期内你的iPhone与 iPad都能流畅运行，几乎不用考虑什么变卡之类的问题，也是苹果软硬结合的基石；
苹果的另一个别人都望之莫及是其强大自研能力，CPU，GPU，NPU，ISP，全部是自研，自研带来了更强的性能和更优的功耗；这个就是壁垒；正是独有的芯片赋予苹果超脱的境界，也托起了苹果2万亿美元的市值；
如果说苹果就是芯片行业的独孤求败，睥睨天下，难求一败；唯一在芯片研制层次上，有希望达到苹果境界的就是google，google不但请来了Hennessy和Patterson大神助阵，做了一些惊艳的芯片，例如TPU等，可以和google主推的tensorflow结合来用，但目前还没有办法和NVIDIA一较高下，也达不到苹果的那种芯片和软件垂直整合，浑然天成的产业影响力；
写在最后
贾老板说芯片研发这一层一层修炼太难了，对于贾老板这种土豪有没有什么捷径？钱不是问题！
这个真是有的？设计服务公司（design service）的turnkey芯片解决方案。
spec to chip；就是贾老板告诉设计服务公司，想要个什么芯片，交完钱，设计服务公司就可以把定制的芯片交付给贾老板了，就是这么简单。设计服务公司（design service），负责买ip，攒架构, 前端设计，后端设计，流片(找TSMC/SMIC)，封测(找日月光/长电)，最终提供给贾老板，芯片都是贾老板的。设计服务公司就收个辛苦钱；
贾老板大惊，这个不就是芯片“代孕”吗？
贾老板告诉设计服务公司想要什么孩子（芯片），贾老板只需要把“男孩/女孩，长什么样，眼睛，鼻子，嘴巴，耳朵的样子”这个需求描述清楚（芯片SPEC），设计服务公司帮你生处理来；不过芯片设计行业的代孕比目前娱乐圈前几天沸沸扬扬的花边要靠谱；功能，性能，功耗，成本指标只要贾老板描述清楚了，设计服务公司就可以给贾老板合格的孩子（芯片），童叟无欺，包你满意。
贾老板问，这么好的服务，怎么不多用啊？
因为一般这种代孕（芯片设计服务）都比较贵，贵到什么程度？
男人听了沉默，女人听了流泪。贾老板听了，表示无所谓；
贾老板是土豪，可以花钱请芯原，请GUC，甚至请MTK给他做芯片定制，但贾老板的能量和咖位也就仅此而已；如果是微软CEO萨提亚·纳德拉，他可以直接给在圣克拉拉AMD总部办公的“苏妈”打个电话，告诉她微软XBOX需要一颗强大SOC芯片，一定要把索尼的PS5干掉。苏妈接了电话，表示“小事一桩”，直接把AMD看家本领ZEN2和RDNA2的GPU拿出来，给微软定制一颗芯片，就是现在的XBOX SERIES X SOC芯片；
这个境界，土豪贾老板是望尘莫及的；有钱人的快乐，就是这么朴实无华，且枯燥；
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