为何半导体业的设计不断加快

　　那么，这些钱投到哪些方向了?如图7，最多的是面部识别，是基于图形/图像识别的。第二名是数据中心、云AI和高性能高性能计算。第三名是边缘计算，例如手机上也可以装AI算法，然后让手机上的应用程序跑得更快，使手机可以进行面部识别解锁，最新的应用是识别更多的环境景象参数。第四名汽车电子，包括汽车的自动驾驶和辅助驾驶，全球EV(电动汽车)的初创公司大概是三百多家，其中中国有一百多家，所以一半在中国。第五名是语音。

　　现在的AI已经发展到什么程度?人们正在开发情感处理器单元(EPU)，不仅能特定地采集数据，甚至还有表情，例如你到底是在哭还是笑，还是在奸笑、傻笑?这提高了处理器的识别难度。EPU已经达到感知层，就不再是0和1了，是模糊数学，例如56%在笑，30%是在哭，是哭笑不得等。因此到了感知层面，很难言表，需要有更多的参数描述。

　　不仅小公司在做AI的数据采集及分析应用，微软也在做。微软开发的Hololens是混合现实(MR)设备，包括定制全息处理单元(HPU)，定制AI处理器，定制飞行时间(FoT)深度相机，4灰度相机，IMU(惯性测量单元)、其他传感器和红外摄像机。

特定领域体系结构需要新的设计方法和工具

　　AI/机器学习需要更高级的设计抽象和功耗分析，即HLS。仅用过去的硬件表述语言(HDL)是很难去描述一个复杂项目的，必然把抽象层推到用更高级的语言。

　　到目前为止，做芯片设计的人追求的是PPA(性能，功耗，面积)，在规范化总设计和验证时间比较方面，用HLS来写的时间只有Hard- RTL的1/10;在不同的模块中实施下来，平均好四倍(如图8)。因此，HLS方法论非常好，它可以更简短、快速地去把想要达到的目的写下来，之后生成的机器语言质量也更高。更好的是，用高阶语言写的任务，可以从定向到各种不同的方案里去。另外，可以更快地切换工艺，所定义的参数不用重写Code。

　　例如英伟达的Tegra X1的千万门视频解码器采用了HLS，将验证成本降低80%。

半导体市场成熟了吗?

　　半导体市场2017年突然井喷式发展，到底是成熟了?还是回光返照?

　　姜氏曲线(Gompertz Curve) [1]可以代表其规律。该曲线的特点是初期增长缓慢，以后逐渐加快，当达到一定程度后，增长率又逐渐下降，最后接近一条水平线。其最大增长率的点大概在整个曲线的36.8%之处(如图9)。

　　该曲线是1825年数学家Benjamin Gompertz提出的，用以预测所有事物的生长周期，无论是肿瘤的生长过程、人口增长，还是手机的上升过程，就算在金融界，这也是一个非常好的模型。它本质上是一个指数的指数，以时间为序列。

　　从总晶体管数量拟合的姜氏曲线可见，把从2005年到2017年这段挖出来，耦合出一根曲线，发现我们现在处在非常婴儿的阶段——量还没有真正起来(如图10)。

　　那么什么时候是终点呢?如图11，大概到36.8%这个最大切线角度的时候是2038年，所以还有20年的增速发展。每一年的速率应该是增加的，一直到2055年以后，才会放缓，渐渐倾向于收敛。

　　我们那时要有新材料、新的特别技术才能维持增速。虽然这个增速不会再保持更高。所以用传统的目前可预见的硅晶体管，大概是这样一个曲线。所以半导体业至少还有20年在这里好好享受它的增长。

小结

　　IC设计正在迅速增加。2017年半导体收入增长突然加速，2018年下半年存储器价格会出现负增长。持续强劲的非存储器市场的增长是由于：1.IC设计业有新参与者，2.中国对半导体的投资。3.初创企业活动的加速，4.引入“特定域处理器”。特定域架构和学习曲线将实现下一波增长，带来低功耗、高性能、低成本，同时减少设计时间和设计成本。

补充问答

为何一些代工厂放弃先进制程的研发?

　　格芯(GLOBALFOUNDRIES)和联电(UMC)分别宣布放弃了7nm和12 nm及以下的制程研发。现在剩下的代工企业不多了，有台积电，三星，英特尔。因为逻辑CMOS越做越贵，很多来源于它的机台和硬件成本非常高昂。

　　Mentor公司中国区总经理凌琳先生称，首先，从代工厂来看到，不仅有尖端的Node(节点)在做，还有很多特殊工艺，例如High-V、RF等。所以虽然7 nm、12 nm的代工厂变少了，但或许会推动设计者去做More than Moore(超越摩尔定律)的产品，例如，以前很少有人做40 nm的嵌入式Memory，现在有很多公司在做这方面的方案，甚至推向28nm NVM平台都会有的[2]。因此，会很多人在14 nm做更多More than Moore选择，例如做特殊工艺的平台。

　　EDA公司也在向宽度扩展，在既有的node(节点)扩展offer。因此用Mentor公司的Licence(授权许可)并不会减少，因为每做一个芯片设计，最后都要sign off(签核)，事实上绝大部分企业是用calibre来做最后sign off的。

Mentor的EDA4.0战略

　　Mentor提出了EDA4.0口号，体现在两点。第一是Mentor与西门子合并，成为西门子工业软件的一部分之后的理想愿景，由EDA4.0可以联想到 “工业4.0”、智能制造、西门子的“Vision 2020+”等。展望未来，Mentor加上西门子的工业软件，无疑是一个更强的组合。因为两家的业务加起来，营收已经接近40亿美元，这是传统EDA公司达不到的;而且Mentor/西门子工业软件走向了更广阔的客户群，从原有的IC设计、PCB(印刷电路板)业务，面向更广阔的智能制造，即Mentor的E-CAD是EDA工具，西门子有很多M-CAD机械的仿真软件，如果把这两者有机结合起来，会使系统级设计受益。所以把EDA扩展到4.0，Mentor进入到新的更高的层次。

　　参考文献：

　　[1]王莹.预测半导体的下一波浪潮.电子产品世界,2016(9):3

　　[2]迎九. 本土部分存储器及存储控制器厂商的发展策略.电子产品世界,2018(8): 14-20

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第10期第3页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。