《電子技術(shù)應(yīng)用》
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AI時(shí)代來臨,,EDA的變革與發(fā)展

——專訪Mentor IC EDA執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki
2019-09-18
作者:畢曉東
關(guān)鍵詞: EDA HLS AI ML Mentor

      

        對(duì)于電子工程師來說,,EDA(Electronics Design Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)軟件,,是不可或缺的工具。優(yōu)秀的EDA工具能夠大大提高工作效率,,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,,降低成本。EDA行業(yè)高度集中,,全球領(lǐng)先的三家廠商占據(jù)了全球逾60%的市場(chǎng)份額,,Mentor Graphics(簡(jiǎn)稱Mentor)就是其中之一。

       2019年9月5日,,2019 Mentor論壇在北京舉辦,,Mentor IC EDA執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki先生作了主題演講,他表示,,人工智能(AI)將對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)帶來劃時(shí)代的影響,,并推動(dòng)EDA技術(shù)發(fā)生巨大的創(chuàng)新和變革。

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Mentor IC EDA執(zhí)行副總裁 Joseph Sawicki


人工智能將成為未來十年半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力

        近幾年,,人工智能的熱度不言而喻,。而人工智能將為半導(dǎo)體行業(yè)帶來怎樣的影響?Joseph援引了近期知名分析機(jī)構(gòu)對(duì)此的分析:麥肯錫咨詢認(rèn)為,,人工智能正在為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開啟數(shù)十年來的最佳商機(jī),,而且半導(dǎo)體公司有望從人工智能技術(shù)堆棧當(dāng)中獲得高達(dá)40%~50%的產(chǎn)值。普華永道的調(diào)研顯示,,人工智能很可能成為半導(dǎo)體行業(yè)下一個(gè)十年發(fā)展周期的催化劑,,能夠很好地利用這種長期的趨勢(shì)發(fā)揮市場(chǎng)潛力的公司正是那些能夠因?yàn)槿斯ぶ悄苁芑莸墓尽?/p>

        Joseph表示,人工智能能夠成為半導(dǎo)體行業(yè)未來發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力,,重要因素在于近年來爆炸式增長的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)?,F(xiàn)在有越來越多海量的數(shù)據(jù)被移動(dòng)到了網(wǎng)絡(luò)上面,無論是車與車之間的智能網(wǎng)聯(lián),,或者是智慧城市,、工業(yè)化IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及消費(fèi)者層面等等,未來十年當(dāng)中這些高速數(shù)據(jù)將在網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)數(shù)十倍的增長,。

數(shù)據(jù)增長.png


        海量的數(shù)據(jù)將為行業(yè)帶來哪些變化,?孕育著哪些機(jī)遇?Joseph表示,,除了數(shù)據(jù)中心聚合之外,,現(xiàn)在越來越多的處理和運(yùn)算被移動(dòng)到了邊緣進(jìn)行,,邊緣計(jì)算應(yīng)用不管是在云的平臺(tái)還是在其他系統(tǒng)當(dāng)中都可以大大提高系統(tǒng)的效率。來自第三方調(diào)研機(jī)構(gòu)的分析認(rèn)為,,未來六年,,邊緣計(jì)算市場(chǎng)將達(dá)到年均190%的復(fù)合增長率。這種高速增長的數(shù)據(jù)一定會(huì)轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的CPU或者數(shù)據(jù)中心由云進(jìn)行管理的架構(gòu),,這也成為人工智能,、機(jī)器學(xué)習(xí)帶來的機(jī)遇。

邊緣計(jì)算增長.png



AI將對(duì)目前IC設(shè)計(jì)方法論帶來顛覆性變革

        面向邊緣計(jì)算應(yīng)用的芯片設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)有哪些差異,?又對(duì)EDA軟件提出了哪些挑戰(zhàn)?

        Joseph表示,,人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用更加面向特定的應(yīng)用領(lǐng)域,,具有與眾不同的特點(diǎn)。AI帶來的絕大多數(shù)機(jī)遇都會(huì)發(fā)生在邊緣,,而邊緣計(jì)算應(yīng)用需求的實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片設(shè)計(jì)提出了許多新的挑戰(zhàn),。目前對(duì)于人工智能領(lǐng)域芯片設(shè)計(jì)的公司來說,傳統(tǒng)的計(jì)算架構(gòu)都體現(xiàn)出不足之處,。有的時(shí)候是CPU太慢,,有的時(shí)候是GPU功耗太高。對(duì)于芯片設(shè)計(jì)公司來說,,必須定制出一些架構(gòu)來滿足用戶的體驗(yàn),,未來設(shè)計(jì)方法論會(huì)有一個(gè)顛覆性的改變。

        Joseph表示,,之前提到SOC集成電路芯片的時(shí)候更多的是說它的規(guī)格,,如內(nèi)存大小,這個(gè)時(shí)代我們說的方法論更多的是RTL,,然后才在芯片上面進(jìn)行驗(yàn)證,。當(dāng)然,這種驗(yàn)證是為了讓芯片的性能更強(qiáng),。但是在人工智能時(shí)代需要定制架構(gòu)滿足消費(fèi)者的用戶體驗(yàn),,這樣的原生環(huán)境就是人工智能的開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)語言可以是C語言或者C++語言,。具體應(yīng)該怎么做呢,?需要找到一個(gè)很好的路徑,在原生設(shè)計(jì)環(huán)境當(dāng)中最好地運(yùn)用人工智能,,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的用戶體驗(yàn),。

        Mentor的Catapult? High-Level Synthesis(HLS)(高階綜合)工具可以作為連接AI原生環(huán)境和芯片的橋梁。它可以幫助客戶更好地設(shè)計(jì)架構(gòu),,管理內(nèi)存的分配,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的寬度和縱深,,以及決定在里面設(shè)計(jì)多少管道等等。管理好這些因素,,才能為垂直應(yīng)用提供經(jīng)過優(yōu)化的IC軟件體驗(yàn),。Joseph介紹,Mentor已經(jīng)針對(duì)人工智能領(lǐng)域應(yīng)用開發(fā)出了工具箱,,其中四種不同的設(shè)計(jì)都是可選的,,Joseph表示,我們最終想要做出的IP不是要在消費(fèi)者芯片上直接進(jìn)行應(yīng)用,,而是更多地幫助消費(fèi)者有這樣的能力駕馭最新的設(shè)計(jì)方法論,。

         Joseph表示,現(xiàn)在已經(jīng)有許多客戶都是在用高階綜合的方式來設(shè)計(jì)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的芯片,,比如NVIDIA,,他們利用Mentor的HLS設(shè)計(jì)Tegra X1,生產(chǎn)率已經(jīng)提高了50%,,驗(yàn)證成本降低了80%,。


垂直化應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)仿真驗(yàn)證提出更高要求

        人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)將推動(dòng)更多邊緣端計(jì)算需求,對(duì)于芯片設(shè)計(jì)者來說,,不但設(shè)計(jì)過程面臨挑戰(zhàn),,在驗(yàn)證環(huán)節(jié)同樣衍生了更多的需求。在EDA領(lǐng)域具有強(qiáng)大實(shí)力的Mentor,,結(jié)合母公司Siemens的相關(guān)技術(shù),,更是如虎添翼,在仿真驗(yàn)證領(lǐng)域?qū)嵙Τ骸?/p>

        Joseph表示,,設(shè)計(jì)方法論需要發(fā)生轉(zhuǎn)變,,驗(yàn)證也需要在方法論上面改變,傳統(tǒng)的集成電路芯片驗(yàn)證的測(cè)試方法就是要測(cè)試規(guī)則,、架構(gòu)和規(guī)范等等,,而在AI時(shí)代更多的是垂直應(yīng)用。需要進(jìn)行的驗(yàn)證是在應(yīng)用層面,,也就是說需要一些技術(shù)仿真出來一個(gè)AI引擎,,然后在CPU系統(tǒng)上面可以把這些數(shù)據(jù)推送到AI引擎上面,這樣就會(huì)生成一個(gè)界面,,可以產(chǎn)生一個(gè)虛擬的PCI,,也可以執(zhí)行用戶想要執(zhí)行的應(yīng)用,包括整個(gè)代碼的處理等等,,性能,、耗能以及數(shù)據(jù)都可以反饋給設(shè)計(jì)者,就是說沒到芯片層面就可以理解整個(gè)過程的性能表現(xiàn)如何,。

        Joseph介紹,,西門子近年來在數(shù)字孿生方面進(jìn)行了許多研究,,用現(xiàn)在的虛擬驗(yàn)證方式可以仿真出一個(gè)產(chǎn)品的模型,也可以仿真這個(gè)產(chǎn)品制造的過程,,然后再把得到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)回傳給整個(gè)仿真系統(tǒng),。有了這樣的連接,最后的仿真和設(shè)計(jì)就可以達(dá)到非常高的性能和可靠性,,目前在電氣和機(jī)械方面的仿真都可以在設(shè)計(jì)上完成,。

        Joseph以自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用介紹了Mentor為設(shè)計(jì)者帶來的體驗(yàn):把Mentor的算法軟件和西門子本身的系統(tǒng)整合起來,目前Mentor已經(jīng)開發(fā)出了一個(gè)建模系統(tǒng),,可以讓自動(dòng)駕駛的車輛在虛擬的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行駕駛,。如下圖所示,左圖是西門子的Simcenter Prescan,,可以模擬道路環(huán)境,,包括行人和路況,這些數(shù)據(jù)都會(huì)輸送到系統(tǒng)上面,。右圖當(dāng)中的Simcenter Amesim可以讓一級(jí)供應(yīng)商了解車輛的動(dòng)力總成和底盤是怎樣的,剎車和行駛的時(shí)候傳動(dòng)是怎樣的,。中間的圖是芯片仿真,,這些都是虛擬數(shù)據(jù),可以很好地進(jìn)行數(shù)字孿生,,無論是汽車設(shè)計(jì)者還是芯片設(shè)計(jì)者都可以很清楚地知道最后的體驗(yàn),。

自動(dòng)駕駛仿真.png


 

        人工智能時(shí)代的到來,為半導(dǎo)體行業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇,,也對(duì)EDA供應(yīng)商提出了新的挑戰(zhàn),。設(shè)計(jì)方法走向更高層階,驗(yàn)證過程提供更加垂直化的仿真驗(yàn)證環(huán)境,,“Mentor, a Siemens Business”,,結(jié)合Siemens的技術(shù)及產(chǎn)品,我們有理由相信,,AI時(shí)代,,Mentor將更加強(qiáng)大。


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