IC設(shè)計(jì)工作的未來(lái)是什么,？AI會(huì)取代IC設(shè)計(jì)人員嗎,？這些是我最近參加的許多技術(shù)會(huì)議上反復(fù)提出的問(wèn)題。每個(gè)有效的AI算法的基礎(chǔ)都是由一群智能IC設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的電子芯片,。具有諷刺意味的是，IC設(shè)計(jì)人員可能正在設(shè)計(jì)可能替代其工作的技術(shù),。如果屬實(shí),，這是一個(gè)令人生畏的前景。但是,，通過(guò)檢查IC設(shè)計(jì)的過(guò)去和現(xiàn)在,，我們可以認(rèn)識(shí)到，今天的IC設(shè)計(jì)已經(jīng)不是過(guò)去。綜上所述,，我們還可以意識(shí)到IC設(shè)計(jì)工作不太可能消失,。但是，他們肯定會(huì)發(fā)生較大變化,。

　　自動(dòng)化,，效率低下和需求

　　首先，行業(yè)中需要識(shí)別三種模式：自動(dòng)化,，效率低下和需求,。首先，當(dāng)今的IC設(shè)計(jì)人員正在使用大量的自動(dòng)化技術(shù),。當(dāng)今機(jī)器的仿真能力直接繼承自昨天的競(jìng)爭(zhēng)性IC解決方案,。也就是說(shuō)，過(guò)去的IC設(shè)計(jì)工作現(xiàn)在是自動(dòng)化的,。自動(dòng)化的趨勢(shì)使IC設(shè)計(jì)人員能夠在綜合體系中向上發(fā)展?，F(xiàn)在，我們能夠提供非常復(fù)雜的解決方案,，因?yàn)槲覀冋诶脛?chuàng)新的自動(dòng)化技術(shù),。

　　其次，仍有許多IC效率低下問(wèn)題尚未解決,。例如,，在RF設(shè)計(jì)中，通信還不是全雙工的,，天線(xiàn)仍然不在芯片內(nèi),。如果這項(xiàng)技術(shù)得到發(fā)展，通信速度將提高一倍,，RF模塊將變得更小,。諸如此類(lèi)的技術(shù)問(wèn)題仍然需要不斷的創(chuàng)新和關(guān)注。

　　第三,，自動(dòng)化和低效率模式的結(jié)合產(chǎn)生了對(duì)聰明的IC設(shè)計(jì)人員解決未解決問(wèn)題的巨大需求,。我們已經(jīng)知道如何設(shè)計(jì)20dBm PA，那么為什么不讓機(jī)器為我們完成這項(xiàng)任務(wù)呢,？自動(dòng)化的過(guò)程為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)排查新問(wèn)題留下了更多的時(shí)間和資源,。對(duì)設(shè)計(jì)人員的需求將保持穩(wěn)定，直到不再存在RF和IC效率低下的情況為止,。此外,，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，由于消除了勞動(dòng)密集型的工作,，該領(lǐng)域的IC設(shè)計(jì)人員將擁有更多有趣的頭腦風(fēng)暴解決方案,。從本質(zhì)上講,，隨著突破的出現(xiàn)，IC設(shè)計(jì)工作將不斷被重新定義,，這種轉(zhuǎn)變也將延續(xù)到未來(lái),。

　　向過(guò)去學(xué)習(xí)

　　為了了解設(shè)計(jì)的發(fā)展軌跡，我采訪(fǎng)了Silicon Labs的兩位資深I(lǐng)C設(shè)計(jì)師,。我們談到了他們對(duì)IC設(shè)計(jì)的最早記憶,，并僅憑回憶和觀(guān)點(diǎn)而不是依靠隨附的文檔討論了他們對(duì)行業(yè)未來(lái)的看法。

　　我與之交談的第一位設(shè)計(jì)師是Silicon Labs的研究員,。他分享的第一個(gè)見(jiàn)解是他設(shè)計(jì)的第一個(gè)電路是差分運(yùn)算放大器和20階開(kāi)關(guān)電容濾波器,。整個(gè)模擬芯片大約為30 mm2，規(guī)模為5,000個(gè)晶體管,。相比之下,，當(dāng)今的芯片帶有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的運(yùn)算放大器和濾波器，晶體管的數(shù)量可能在數(shù)億個(gè)以上,。當(dāng)然,，僅幾十年來(lái)，我們就朝著更復(fù)雜的設(shè)計(jì)邁進(jìn)了一步,。我的同事還描述了設(shè)計(jì)師在剛開(kāi)始他的職業(yè)生涯時(shí)可以使用的技術(shù)，并說(shuō)了如何在帶有綠色屏幕的Tektronix圖形終端上完成布局,，這實(shí)際上是一個(gè)很大的存儲(chǔ)范圍,。終端沒(méi)有顏色，但是設(shè)計(jì)人員使用了一層金屬和一層多晶硅來(lái)進(jìn)行布線(xiàn),。今天,，設(shè)計(jì)人員可以訪(fǎng)問(wèn)許多層以進(jìn)行布線(xiàn)以創(chuàng)建設(shè)備。如今,，在布局中使用無(wú)色顯示器聽(tīng)起來(lái)像是種“自殺”行為,。

　　我聽(tīng)到另一位工程師的類(lèi)似觀(guān)點(diǎn)，他詳細(xì)介紹了他在Tektronix顯示器上的經(jīng)驗(yàn),，解釋了該顯示器如何消耗約1kW,，高約4‘，具有永久圖形的綠屏以及2個(gè)用于XY輸入的指輪,。指輪裝置工作得很好,，并且監(jiān)視器由一條140kbps電纜驅(qū)動(dòng)，該電纜被綁在地板上,，從計(jì)算機(jī)中心室穿過(guò)大廳,。他還告訴我，設(shè)計(jì)師過(guò)去常常在文本編輯器上鍵入網(wǎng)表,。他們將從白板設(shè)計(jì)開(kāi)始,，為節(jié)點(diǎn)編號(hào),，然后輸入網(wǎng)表進(jìn)行仿真。當(dāng)前,，我們只能設(shè)計(jì)片上系統(tǒng)（SoC）IC,，因?yàn)槲覀兙哂袌D形用戶(hù)界面，使我們能夠在模擬域中放置和檢查數(shù)千個(gè)晶體管,，而不必?fù)?dān)心節(jié)點(diǎn)號(hào)或網(wǎng)表輸入錯(cuò)誤,。

　　1980年代中期的另一個(gè)古老而有趣的IC傳統(tǒng)是在芯片級(jí)。由于設(shè)計(jì)人員沒(méi)有Layout vs Schematic Software（LVS）,，因此他們必須共同制作合理規(guī)模的紙張打印輸出來(lái)創(chuàng)建網(wǎng),。該紙模擬包括兩個(gè)或三個(gè)大約3’寬的打印輸出，這些打印輸出粘貼在地板或多個(gè)桌子上,，以覆蓋各個(gè)芯片的寬度,。他們會(huì)從頂級(jí)網(wǎng)表逐個(gè)驗(yàn)證到每個(gè)區(qū)塊網(wǎng)的每個(gè)引腳的連接性，然后用彩色鉛筆標(biāo)記每個(gè)網(wǎng)的“點(diǎn)亮”狀態(tài),。盡管在當(dāng)時(shí)的技術(shù)看來(lái),，這似乎是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，但它卻不必要地重復(fù)和累人,。

　　有趣的是,，自動(dòng)化和AI并不是IC設(shè)計(jì)的新知識(shí)，而是植根于過(guò)去,。正如我們所看到的,，IC設(shè)計(jì)人員一直依靠自動(dòng)化來(lái)使流程的任務(wù)強(qiáng)度降低，但是現(xiàn)在系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都更加復(fù)雜,。但是,，某些過(guò)程仍然只能由人的頭腦來(lái)完成，例如模擬設(shè)計(jì),。模擬設(shè)計(jì)是確定設(shè)備尺寸并使用特定設(shè)備配置實(shí)現(xiàn)模擬功能的直觀(guān)過(guò)程,。盡管計(jì)算機(jī)可以幫助您進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和估算電路的工作點(diǎn)，但人的思維卻更擅長(zhǎng)直觀(guān),，智能的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，人工智能的最新發(fā)展是否使機(jī)器足夠智能以取代IC設(shè)計(jì)人員,？

　　從這里,，我們可以推測(cè)出一些結(jié)果。首先,，這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)原則的自動(dòng)化應(yīng)該被視為一件好事,，而機(jī)器則應(yīng)被視為人類(lèi)思維的延伸。隨著計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越智能,，人類(lèi)有更多時(shí)間專(zhuān)注于新穎概念并達(dá)到新的里程碑,。此外,，自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程已經(jīng)發(fā)生了數(shù)十年。在1980年代,，我的一位長(zhǎng)期設(shè)計(jì)師同事介紹了Bell Labs的一些工程師如何成

　　功地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)放和開(kāi)關(guān)電容濾波器的自動(dòng)化設(shè)計(jì),。他們本質(zhì)上使用已知的拓?fù)洌缓笫褂脙?yōu)化方法來(lái)選擇組件大小,。作為一名IC設(shè)計(jì)師,，我喜歡這種選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)背后的批判性思維，而不是優(yōu)化組件所費(fèi)力的工作,，這使我感受到了自動(dòng)化的便利,。

　　人與機(jī)器：機(jī)器的可靠性如何？

　　我從同事那里學(xué)到的關(guān)于1980年代的故事表明,，真正需要IC設(shè)計(jì)中的人類(lèi)智能,。例如，其中一個(gè)故事描述了貝爾實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的一組數(shù)學(xué)專(zhuān)家如何進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)應(yīng)用約束并最大程度地減少進(jìn)行優(yōu)化所需的模擬軌跡的項(xiàng)目,。為此,，他們進(jìn)行了帶隙設(shè)計(jì)，目的是最大程度地減小PVT上輸出電壓的變化百分比和失配,，同時(shí)將PSRR和功率保持在一定范圍內(nèi),。他們決定將優(yōu)化的參數(shù)簡(jiǎn)化為mV變化，而不是百分比變化,。幾周后,，他們帶著演示文稿返回，并為他們將可變性降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)而感到自豪,，這在最初看起來(lái)非常美妙，有些難以置信,。

　　我們應(yīng)該將這次事件的結(jié)果歸因于機(jī)器還是人類(lèi),？人為制造的機(jī)器與人一樣會(huì)犯錯(cuò)。這就是為什么在任何自動(dòng)化過(guò)程的頂部始終需要人類(lèi)觀(guān)察者的原因,。例如,，當(dāng)今的計(jì)算速度以指數(shù)級(jí)提高，這使我們能夠運(yùn)行芯片的所有可能的變體來(lái)確定其是否可以工作,。盡管速度很快,，但在此過(guò)程中并入一個(gè)真正的人可以保證檢測(cè)到問(wèn)題的可能性更高，尤其是在模擬系統(tǒng)中,。因此,，我堅(jiān)信我們不能僅僅依靠機(jī)器來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)閱?wèn)題可能會(huì)在機(jī)器中永久存在,。我們必須接受人類(lèi)是不完美的,，而機(jī)器自然是不完美的,。

　　我從過(guò)去挑選的故事突出了人與機(jī)器之間的對(duì)比。但是,，隨著研究人員和企業(yè)家對(duì)設(shè)計(jì)流程的自動(dòng)化進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn),，類(lèi)似的情況繼續(xù)發(fā)生。與過(guò)去相比,，我推測(cè)未來(lái)自動(dòng)化的發(fā)展將集中在更棘手的問(wèn)題上,，而這些問(wèn)題甚至可能不在我們的視野中。

　　最初,，工程師構(gòu)建了更簡(jiǎn)單的系統(tǒng),，但承擔(dān)了所有分析負(fù)擔(dān)。提出新的設(shè)計(jì)并建立分析模型需要大量的精力,。由于無(wú)法使用模擬器和其他自動(dòng)化流程,，工程能力僅限于數(shù)千個(gè)晶體管。幸運(yùn)的是,，隨著技術(shù)的進(jìn)步,，我們可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)測(cè)試想法，而無(wú)需建立分析模型,。例如,，有更多的仿真帶寬可以驗(yàn)證十億個(gè)晶體管SoC的功能。

　　另一方面,，隨著復(fù)雜性的增加和芯片的體積越來(lái)越大,，驗(yàn)證和驗(yàn)證周期也變得更長(zhǎng)，因此更加費(fèi)力,。就像我的一位同事喜歡說(shuō)的那樣,，我們花了10％的時(shí)間來(lái)提出聰明的主意，但是我們90％的時(shí)間只是在驗(yàn)證所說(shuō)的主意,。

　　演變：我們對(duì)就業(yè)市場(chǎng)有何期待,？

　　回顧過(guò)去到現(xiàn)在的軌跡，可以為未來(lái)建立一個(gè)令人興奮的可能性,。更多的自動(dòng)化為創(chuàng)造性和批判性思維開(kāi)辟了時(shí)間,。也許很快，機(jī)器將能夠復(fù)制設(shè)計(jì),，甚至提出新的設(shè)計(jì)思路,。機(jī)器也將參與繁瑣的驗(yàn)證過(guò)程。這將為IC設(shè)計(jì)人員提供處理“有趣和令人興奮的問(wèn)題”的機(jī)會(huì),。盡管這些愿景是理想的,，但我們不應(yīng)該太渴望AI在不久的將來(lái)完全接管。第一步,，AI可以開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行平面規(guī)劃,，然后進(jìn)行布局,。然后，AI可以慢慢地爬向核心設(shè)計(jì)功能,，從而為設(shè)計(jì)師提供更多的思維空間,，讓他們專(zhuān)注于新問(wèn)題。

　　在IC設(shè)計(jì)工作方面,，團(tuán)隊(duì)合作和協(xié)調(diào)將變得更加重要,。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不斷壯大，以應(yīng)付龐大的現(xiàn)代IC規(guī)模,。工程師和工程職能部門(mén)之間的通信可能會(huì)占用更多帶寬,。如果我們要構(gòu)建我們今天夢(mèng)dream以求的大型系統(tǒng)，那么未來(lái)的IC設(shè)計(jì)人員將需要成為協(xié)作決策者,。解決合作問(wèn)題也將是一個(gè)教育和文化問(wèn)題,。STEM學(xué)生不僅需要技巧技能，還需要專(zhuān)注于軟性和人際關(guān)系技巧,，例如溝通,，創(chuàng)造力，想象力和團(tuán)隊(duì)合作精神,。當(dāng)人類(lèi)的思維在所有領(lǐng)域受到激發(fā)并與其他偉大的思維一起工作時(shí),，它就有能力產(chǎn)生強(qiáng)大的力量。

　　一位年輕的工程系學(xué)生曾經(jīng)問(wèn)我是否應(yīng)該轉(zhuǎn)行,，從硬件工程轉(zhuǎn)向軟件開(kāi)發(fā),。年輕工程師普遍關(guān)心的是市場(chǎng)上是否需要他們的研究領(lǐng)域。我對(duì)這個(gè)難題的回應(yīng)是,，始終鼓勵(lì)學(xué)生自己了解市場(chǎng),，并了解如何為成功做好準(zhǔn)備。因?yàn)榧で闆Q定職業(yè)滿(mǎn)意度,，所以我無(wú)法說(shuō)出哪個(gè)工作更好或者哪個(gè)工作的薪水更高,。這個(gè)旅程非常個(gè)人化。僅憑我的經(jīng)驗(yàn),，我可以向?qū)C設(shè)計(jì)感到好奇的學(xué)生保證，由于許多問(wèn)題需要解決,，因此對(duì)其技能的需求不會(huì)很快消失,。不同之處在于，由于AI和自動(dòng)化的加入,，未來(lái)的問(wèn)題類(lèi)型可能會(huì)根本不同,。但是，我非常希望我們進(jìn)入一個(gè)人類(lèi)與機(jī)器可以和諧協(xié)作的未來(lái),。