從IC到嵌入式系統(tǒng)

　　Mentor：不僅EDA，更提出嵌入式軟件自動(dòng)化(ESA)

　　Mentor Graphics公司最近有了新定位，不再是EDA廠商的代表了，而是EDA和嵌入式軟件廠商。

　　在9月2日北京舉行的Mentor年度大會(huì)——EDA Tech Forum2010上，該公司董事長(zhǎng)兼CEO Wally Rhines從IC設(shè)計(jì)業(yè)的狀況開始分析，帶我們一步步發(fā)現(xiàn)ESA的價(jià)值。

　　IC設(shè)計(jì)業(yè)的未來

　　預(yù)計(jì)IC業(yè)將有10倍設(shè)計(jì)增長(zhǎng)需求，8年后的2018年，一塊芯片中將有400億晶體管;12年后的2022年，一塊芯片中將有1000億個(gè)晶體管(圖1)。這1000億不涉及存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器現(xiàn)已達(dá)到1000億晶體管規(guī)模)，主要指邏輯+存儲(chǔ)等。

　　摩爾定律能否帶我們達(dá)到1000億晶體管目標(biāo)?業(yè)界普遍認(rèn)為不太可能，僅減小晶體管制造的特征尺寸已經(jīng)不夠了。我們必須要采用其他辦法，例如多層(2D)封裝、3D封裝等。如圖2所示摩爾定律的時(shí)代演變，是在同樣功能時(shí)將成本遞減的主要來源。半導(dǎo)體業(yè)與其他工業(yè)不同，從數(shù)量來看，半導(dǎo)體工業(yè)是持續(xù)增長(zhǎng)的一個(gè)行業(yè)，每年晶體管數(shù)量增49%，芯片數(shù)量增13%，但每個(gè)晶體管成本年降低35%左右。預(yù)計(jì)即使在摩爾定律過時(shí)多日之后，即超越摩爾時(shí)代，每年的晶體管數(shù)量仍將持續(xù)遞增，芯片每項(xiàng)功能的成本仍將持續(xù)降低。

　　近年來，半導(dǎo)體企業(yè)改組(重組、分化)現(xiàn)象也頻繁，可見半導(dǎo)體業(yè)的演變十分劇烈，但實(shí)際上大企業(yè)在整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)的市占率沒有變得更高，而是越來越低，即大公司變小了(表1)。如果觀察5年前、10年前、20年前、30年來第一名和前十大、二十大在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的比重，會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的趨勢(shì)，而且多年前的前十大有的已不是現(xiàn)在的前10名，一些企業(yè)甚至已消失了。

　　對(duì)中小企業(yè)而言，由于上億門設(shè)計(jì)不是每家設(shè)計(jì)公司可以負(fù)擔(dān)得起的。所以50%初創(chuàng)公司做數(shù)?；旌匣蛏漕l及純粹的模擬IC等，因?yàn)橥顿Y小，需要專門的技巧，只要找到模擬秘訣就可以做。而大型企業(yè)往往做復(fù)雜的大規(guī)模設(shè)計(jì)。

　　ESA(嵌入式軟件自動(dòng)化)將向EDA工具一樣普及

　　那我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)400億晶體管的芯片?好消息是盡管很難，但設(shè)計(jì)師門一直采用革命性的設(shè)計(jì)方法，從1988年開始EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)設(shè)計(jì)工具(圖3)，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了巨大的技術(shù)變革。當(dāng)前，400億晶體管IC所需要的EDA工具可能已經(jīng)存在了，但我們不能依靠目前的設(shè)計(jì)工具來設(shè)計(jì)1000億只晶體管。下一步，我們要靠四個(gè)方面的創(chuàng)新：系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、嵌入式軟件。

　　按照目前的設(shè)計(jì)模式，SoC設(shè)計(jì)成本預(yù)計(jì)在三年內(nèi)超過1億美元。但嵌入式軟件也很重要(圖4)，因?yàn)轭A(yù)計(jì)設(shè)計(jì)成本仍在持續(xù)增長(zhǎng)，其中大多數(shù)是用于軟件。今天超過一半的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中一半是軟件工程師。因此Mentor Graphics預(yù)測(cè)就像1980、1990年代做EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具一樣，嵌入式軟件自動(dòng)化(ESA)將會(huì)得到大力發(fā)展。ESA將使嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)和驗(yàn)證自動(dòng)化，就像EDA工具做IC設(shè)計(jì)一樣。其實(shí)，復(fù)雜IC今天需要系統(tǒng)軟件的支持，例如臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技和展訊不僅提供芯片，連軟件也一并提供，說明了ESA的重要性。

　　Mentor Graphics公司認(rèn)為ESA主要有三個(gè)方向：⒈增加設(shè)計(jì)復(fù)用，例如Mentor現(xiàn)在已經(jīng)有工具來允許你用標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式軟件，更快速地做嵌入式設(shè)計(jì)應(yīng)用;⒉生態(tài)環(huán)境和平臺(tái)，開發(fā)平臺(tái)像AutoSAR、Executable UML(xtUML)，Matlab可用于軟件開發(fā);⒊開放標(biāo)準(zhǔn)，像Linux和Android等，這些開放源碼為下一代產(chǎn)品作貢獻(xiàn)。