全定制方法学 延续了摩尔定律的重要推手?

发布者:温柔的心情最新更新时间:2020-08-12 来源: 爱集微关键字:摩尔定律 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

集微网报道,自戈登•摩尔提出芯片集成的晶体管每18个月最小尺度线宽缩小至0.7倍,面积缩小至0.49倍以来,50多年间这一著名的摩尔定律,一直指引着工艺、封测、设计方法学和EDA工具等相关技术保持着快速发展并不断的“自我实现”。集成电路从1965年到2019年的发展史,同时也看到摩尔定律和集成电路相互“竞速飞奔”的55年。

然而,任何事物的发展都是曲折前进的,进入7nm节点之后,新制程的研发成本呈指数级增长,晶体管体积越来越小遭受种种物理极限的制约,工艺提升越来越困难,摩尔定律俨然进入“深水区”,该如何寻求破解之道?

变革之路

在经过50多年的洗礼之后,半导体业界在全产业链的进阶远胜于昨,自然也在群策群力,衍生出了推进摩尔定律前进的多种路径,如晶体管结构由平面型向3D演进,2.5D和3D等先进制造和封装技术,异构集成突破和软硬结合等,从中亦可看出这依然需要仰仗EDA、制造、封装的全产业链“协作”。

正所谓万变不离其宗,总结起来,以上方式都是朝着更高计算密度、更大的存储密度和更紧的连接密度三个维度持续推进,最终都是为了实现“单位面积芯片在每瓦每单位成本的基础上实现更高计算能力”这一终极目标。

而“单位面积芯片在每瓦每单位成本的基础上实现更高计算能力”的最佳代表,非挖矿芯片莫属。而正是借助于挖矿芯片而风生水起的全定制方法学,是否也能“以正合,以奇胜”?

深圳比特微电子科技有限公司董事长兼总经理杨作兴笃定提到,突破摩尔定律的极限本质是芯片性能的改善,这主要从两个方面进行,一是工艺上的改进,二是设计方法学上的演进。但从工艺上看,按照目前的进度至少还可以走5-10年,走到1nm之际可能难以维系了。但全定制方法学则将两者共同作用,实现1+1﹥2的效果,将推动摩尔定律持续演进。

问题来了,全定制方法学会产生这样的奇效吗?

步步为营

毕竟,全定制方法与传统的设计方法背道而驰。

传统芯片设计流程即用高级语言写一个代码,综合成一个门级网表,再产生时钟,再布线形成GDS(版图文件)。众所周知,当前无论是设计还是代工,在芯片设计上基本都是依赖EDA工具进行电路设计与仿真、自动布局布线、网表文件自动生成等等。

看样子像是“逆潮流”而动的全定制方法,能成为推进摩尔定律向前的历史选择吗?或许从它的“演进”历程来看或可一窥究竟。

从时间点来看,全定制方法学虽然发端于偶然,却在矿机芯片大放异彩之后成为必然,在形成体系的道路上正步步为营。

从2008年起,因工作单位项目开发需要,杨作兴开始关注全定制方法学对芯片设计的意义和价值,并克服世俗的“打压”,不断投入和尝试,不仅验证了全定制方法学在设计中对降低成本和功耗的意义,而且在全定制方法学的第一阶段手写门级网表迈出了关键的一步。

正所谓“时势造英雄”,当时间来到2009年,区块链产业风起云涌之际,杨作兴率先发现了挖矿芯片对算力和功耗特殊要求的不断提升,并断定全定制芯片设计方法学可以再试身手,由此,杨作兴携全定制方法学开始了持续的分阶段、分步骤、分层次地优化芯片设计的里程。

首先为比特泉设计了芯片BE300,就已经彰显了全定制方法学的价值。进而为比特大陆设计了芯片1385和1387,更进一步验证了全定制方法学在矿机芯片设计领域中的成功。在市场真枪实战演练的过程中,除采用手写门级网表外,杨作兴也从中发现EDA工具自动摆放的逻辑单元存在面积利用率低、运算逻辑速度不够、毛刺功耗占比很大的问题,于是更进一步将全定制方法锁定在手动摆放逻辑单元层面,进而将利用率做到了接近 90%,由此亦将全定制方法学推向了一个新的阶段:手动摆放逻辑单元。

如果说在前十年的时光中,全定制方法学才完成了手写门级网表、手动摆放逻辑单元的起步阶段,那在2016年杨作兴组建自己的公司比特微以来则开始进入“加速度”。

为进一步提高芯片性能,杨作兴找到业界顶级的模拟设计专家和数字建库专家,深度定制了若干关键逻辑单元。而进展也有如神助,从2018年BT1800芯片的十几种定制逻辑单元,到2019年1月BT1920芯片的30 多种定制逻辑单元,接着又到7月流片的BT1930的100多种定制逻辑单元,到最新即将量产芯片中的逻辑单元全部定制。

此际,定制优化逻辑单元的“全胜”凸显的价值和意义在于,不仅为芯片的低功耗和低成本实现了大概1/3的贡献,也标志着全定制方法学跃进到了第三阶段——定制优化逻辑单元。

不止如此,比特微的矿机芯片制造在从台积电到三星的迁移工艺中,在不断迭代的实战中,大幅改进了以往三极管阈值大范围变动的问题,不仅实现了高算力和低功耗的平衡,更标志着全定制方法学迈入又一个新的阶段:定制工艺。而这一步将承前启后,将为之后全定制方法学定制半导体工艺设备、定制半导体材料打开新的大门,一条全定制方法学的全工具链也将彻底贯穿走通。

数字为证,比特微在2020 年上半年,在疫情和市场行情极其不利的情况下,依然依靠全定制方法学开发的矿机芯片实现10多亿元的销售收入。而国内矿机芯片龙头嘉楠耘智、芯动科技等等,无一不采用全定制方法来驰骋江湖。

仅从直观的性能功耗比对比,与同样制程工艺但采用传统APR方法设计的矿机芯片相比,采用全定制方法学设计的芯片在功耗成本优化比例上都提升了4倍以上。而更具特殊意义的是,全定制方法通过在门级网表、逻辑单元定制、手动布局和工艺定制方面的优化,在同样工艺下可以实现1个数量级性能的提升。这意味着采用全定制方法学,可在14nm工艺上实现普通方法学在7nm上的性能,从而延续摩尔定律5-10年。

精雕细刻

这不止是全定制方法学的胜利,更是为摩尔定律的延续开创了新思维。

但全定制方法学在过往矿机芯片史上的辉煌战绩能普惠全行业吗?如何推而广之,让其他领域的芯片设计厂商奉行“拿来主义”呢?这显然殊为易事。

一方面,全定制方法学要全面走通,还要向定制半导体设备和定制半导体材料的第五和第六阶段进军,直到最后形成全定制方法的IDM模式,这是一个宏大的愿景,需要庞大的投入和相当长的时间周期。另一方面,还要加快横向拓展,以杨作兴的判断,全定制方法学会首先在对功耗和成本有极致需求的AI领域应用,然后逐步扩展到手机、PC、服务器和IoT领域,但要这些厂商采用全定制方法进行设计,还需攻克更多的挑战。

毕竟,定制方法学设计复杂芯片周期长,如何解决这一问题呢?杨作兴提到,定制其实就是因地制宜、量体裁衣、因材施教,设计厂商需要针对芯片应用范围和场景,优化设计自己的单元库,手动设计门级网表以及手动布局逻辑单元;然后进行层次化设计,从底层的三极管到加法器乘法器;再到功能单元如编码解码等逐步定制化,以实现面积、功耗、速度的最优解。全定制方法目前虽然是手动,但业已进入到模块化的概念,通过层次化设计,就可在相对短的时间内完成复杂芯片的设计,像搭积木一样解决复杂芯片的设计规模问题。

用通俗易懂的话来说,全定制芯片设计方法学就是根据芯片的具体应用领域和需求,在各方面都进行定制化的设计,使得芯片内部的每一个晶体管都能够发挥出最优的效果。全定制设计主要是在单元库、网表生成和单元布局三个设计环节采用定制化、人工化设计,从而使功耗降低、面积减小和速度提高。

“以往芯片设计基本都依靠EDA软件,但之后的芯片设计更要精雕细刻,每个逻辑都要恰到好处。采用全定制方法学,不仅比传统APR方法学设计出来的芯片性能可提升约一个数量级,更将有望延续摩尔定律走出深水区。”杨作兴乐观判断。

在十多年来砥砺前行的生涯中,杨作兴单枪匹马,生生将全定制方法学“满血复活”,并在战场上连续攻克路上的重重碉堡,离最终的攻坚战已然愈行愈近。那些孤军奋战的片段,也正是踏上那条梦寐以求的全定制方法之路难以磨灭的写照。

全定制方法学是否如杨作兴所愿,对芯片设计、工艺和设备以及材料产生深远的影响,成为摩尔定制重要的推手之一,相信时间会给出最好的证明。


关键字:摩尔定律 引用地址:全定制方法学 延续了摩尔定律的重要推手?

上一篇:木林森Q3净利润预计达到5亿元 同比增69.28%
下一篇:GfK:中国手机市场没出现显著消费降级现象

推荐阅读最新更新时间:2024-11-18 15:04

葛群:在储能领域也有一个关键的“摩尔定律
  胡润百富邀请包括独角兽企业创始人、CEO、独角兽投资机构投资人以及百富榜企业家等500 多位嘉宾参会。大会围绕人工智能与新质生产力、平台经济与品牌出海、生命科学与大健康、新能源与双碳转型等四个主题进行讨论。   4月9日举办的全球独角兽企业颁奖晚宴,为优秀的独角兽企业及独角兽投资机构颁奖。《2024全球独角兽榜》齐聚了全球范围内自2000年后成立,估值超过10亿美元的非上市企业。其中,纬景储能凭借在长时储能电池研发和智能制造领域的卓越表现,荣耀上榜,彰显了行业领导者的地位。   葛群:在储能领域也有一个关键的“摩尔定律”   凭借卓越的技术创新能力、智能制造实力以及行业影响力,纬
[新能源]
AI、深度学习狂潮来袭 台积电肩负延续摩尔定律使命
半导体应用不断地进化和拓展,为产业上下游打开新市场、新应用,我们更会驱动摩尔定律继续前进,去支持所有产业出现的新应用,并且和各个领域进行策略合作,以期能发挥创新因子,彼此同心同力的成长茁壮。 台积电对于延续半导体产业的摩尔定律持续前进,是非常乐观的。我们在四大应用领域上,已经看到了高度成长,包括移动运算、车用电子、物联网(IoT)、高效运算(HPC)。 第一个是移动运算领域,我们相信在未来几年中,移动运算仍是驱动半导体产业成长的重要驱动力,尤其是使用者的新体验包括扩增实境(AR)/虚拟实境(VR)、情境感知(context-aware)、人工智能(AI)介面的深度学习(deep learning)技术,上述这些新创新领域,都脱不了
[手机便携]
摩尔定律终结:英特尔宣布延长CPU发布周期
       大约十年前,英特尔宣布了著名的“嘀嗒”(Tick-Tock)战略模式。“嘀嗒”意为钟摆的一个周期,“嘀”代表芯片工艺提升、晶体管变小,而“嗒”代表工艺不变,芯片核心架构的升级。一个“嘀嗒”代表完整的芯片发展周期,耗时两年。   但是英特尔最近在公司文档中废止了“嘀嗒”的芯片发展周期,第三代Skylake架构处理器“Kaby Lake”CPU将在今年第三季度发布,彻底打破了“制程-架构”的钟摆节奏。从下一代10纳米制程CPU开始,英特尔会采用“制程-架构-优化”(PAO)的三步走战略。   由于受到CPU线程不断缩小的问题,英特尔从22纳米到14纳米都采用两步走,即所谓的“嘀嗒”战略。在“嗒”这一步,受限于工艺
[手机便携]
摩尔定律还可走下去?张忠谋谈半导体未来10年
晶圆龙头厂台积电30周年庆今日下午登场,全球科技龙头CEO参与今年半导体界的最大盛会,聚焦于论坛中台积董事长张忠谋与科技业执行长畅谈「半导体之未来十年」,被视为晶圆教父退休前对摩尔定律未来发展重要注解。 台积电30周年庆下午于君悦饭店举行,全球科技业贵宾齐聚一堂,压轴于科技论坛由张忠谋主持,将与辉达执行长黄仁勋、高通执行长Steve Mollenkopf、亚德诺半导体执行长Vincent Roche、安谋执行长Simon Segars、博通执行长Hock Tan、艾司摩尔执行长Peter Wennink及苹果营运长Jeff Williams同台。 1988年张忠谋预估摩尔定律尽头约在15年后,到了2014年张忠谋出席台湾半
[半导体设计/制造]
莫大康:摩尔定律与半导体业的未来
业界把摩尔定律奉为“圣典”,或者“指路明灯”,那是因为定律暗示着企业要义无反顾地去跟踪它,否则将出局。每两年一个工艺台阶的进步,由250纳米、180纳米、130纳米、一直到45纳米、32纳米及22纳米与14纳米,如今台积电、三星等都声称己开始10纳米的量产,明年跨入7纳米。 但是现阶段半导体业的现实己经发生了改变,表现在两个方面: 一个是定律从尺寸缩小技术上越来越接近物理的极限,许多人说大约还有十年的时间,至2025年左右,或者到5纳米,甚至3纳米,而从经济角度,由于投资巨大,导致只有少数fabless仍充满期望。 另一个不可否认的事实,追赶或者跟踪定律仅是少数巨头的目标,而绝大部分的企业己经对之失去兴趣,定律与它们的
[半导体设计/制造]
达摩院发布2022十大科技趋势:硅光芯片将突破摩尔定律限制
12月28日,阿里巴巴达摩院公布2022十大科技趋势,这是达摩院连续第四年发布前沿科技趋势预测。 通过“定量发散”与“定性收敛”结合的研究方法,达摩院分析了159个领域近三年770万篇公开论文、8.5万份专利,挖掘其中热点领域及重点技术突破,深度访谈近100位科学家,提出了2022年可能照进现实的十大科技趋势,覆盖人工智能、机器人、芯片、计算和通信、XR互联网等领域。 趋势一 AI for Science 人工智能成为科学家的新生产工具,催生科研新范式。 数百年来科学研究主要使用实验科学和理论科学两大基础范式,如今可能迎来全新范式:AI for Science。机器学习能够处理多维、多模态的海量数
[半导体设计/制造]
达摩院发布2022十大科技趋势:硅光芯片将突破<font color='red'>摩尔定律</font>限制
3D NAND延续摩尔定律 电容耦合效应及可靠度仍为技术关键
  DIGITIMES Research观察,2D NANDFlash制程在物理限制下难度加剧,透过3DNAND Flash制程,无论是效能及储存容量提升上都有突破性的改善。  3D NAND  Flash可谓为 摩尔定律 在半导体内存领域延伸的一项重要技术。下面就随网络通信小编一起来了解一些相关内容吧。    3D NAND  Flash依存储元件储存机制可分浮动闸极(Floating Gate;FG)及电荷缺陷储存(Charge Trap;CT);依不同堆栈结构技术又可分为BiCS、P-BiCS、TCAT、VG-NAND Flash、DC-SF、S-SCG等。   在三星(Samsung)、东芝(Toshiba)、美光(Mi
[网络通信]
泛林中国CTO:半导体应在摩尔定律和市场需求中取得平衡
  请回溯到上世纪80年代,想象这么一个场景:一位西装笔挺的中年男士驻足街角,正在用着一部“大哥大”同客户谈论业务。即使这部“大哥大”形制如半块砖头而又极不便携,也依然为它的所有者引来了不少艳羡的目光。这是当时一位典型的成功人士的形象。下面就随半导体小编一起来了解一下相关内容吧。     回到今天,现在的智能手机不仅外观小巧,功能也比过去多出许多,相对低的价格也让“昔日王谢堂前燕,飞入平常百姓家。”回顾历史,以手机为代表的电子设备经历了几十年的发展,已经逐步实现了小型化、便携化和平民化。这背后的发展其实也得益于 半导体 行业的飞速进步。现在 半导体 已经和人们的生活紧密结合,但凡只要插电的产品和器件,里面几乎一定会有 半导体 的
[半导体设计/制造]
小广播
最新手机便携文章
换一换 更多 相关热搜器件

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved