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半导体芯片设计——业内顶级专家如是说

时间:2022-5-13 11:04:00
摘要: 当下,半导体行业已经演变为各国的战略性行业。中国的半导体芯片初创设计公司正在艰难的国际环境中砥砺前行。本次精英访谈利用《电子工程专辑》的Nitin Dahad与Sondrel公司的首席执行官Graham Curren的访谈,介绍了Curren眼中20多年来半导体芯片设计的发展路径,以及对未来前
当下,半导体行业已经演变为各国的战略性行业。中国的半导体芯片初创设计公司正在艰难的国际环境中砥砺前行。本次精英访谈利用《电子工程专辑》的Nitin Dahad与Sondrel公司的首席执行官Graham Curren的访谈,介绍了Curren眼中20多年来半导体芯片设计的发展路径,以及对未来前景的展望,旨在为中国的芯片设计公司提供一些哪怕是些微的借鉴。



Cur r e n在近20年前创立了Sondrel芯片设计服务公司,该公司提供从设计系统到提供硅片的交钥匙式ASIC服务。Curren畅谈了他为什么创建公司,公司的第一个芯片设计,过去20年发生了什么变化以及未来芯片设计的前景等。他也谈到了20年走过的路,以及半导体行业未来的关键挑战。



Nitin Dahad: 让我们先了解一点有关Graham Curren和Sondrel公司的背景…



Graham Curren: Sondrel公司到明年夏天就满20年了,这是一段非常有趣的过程。在创办该公司之前,我在一家名为Avanti的EDA公司工作,当时我们主要专注于物理设计,抽取等业务。那时我就觉得小公司越来越难做自己的芯片设计,特别是在物理设计领域,因为它变得非常昂贵和非常专业。我所看到的是,很多公司特别是初创企业,先是决定他们要做一款芯片,然后花一年时间组建一个团队,再花一年时间弄清楚做什么以及如何走通整个流程直到成功流片,最后再花几年时间让团队坐等销售业绩。



这样的做法需要耗费大量的资金。如果将这类工作与我们在较大的半导体公司获得的规模经济进行比较,我似乎发现了这样一个很好的机会:有人进来说,嘿,让我们来为您设计芯片,我们已经掌握了全部所需的方法和工艺,并且知道我们在做什么。



遗憾的是,这与互联网泡沫破灭和风险资本从半导体中流失的情况有些相像,没有完全按照我的预期进行,但尽管如此,我们从第一天起就采取了一种国际化的方法,并在多个领域多个市场上灵活地开展工作,因此随着时间的推移我们获得了实质性的增长,我们的年平均增长率达到了20%。虽然遇到过几次低迷,甚至有时候我们认为已经低迷两年了,但随后又恢复了增长,所以结果还不错。



Nitin Dahad: 有什么能让你记起你的第一个设计,你的第一个客户吗?你还记得什么,或者你能说点什么吗?毕竟已经过去很长时间了。



Graham Curren: 鉴于足够遥远,我认为已经不用再保密了,我记得第一个客户是德国的英飞凌。最初我们三个人,至少我们中的两个人,每周都要来回飞慕尼黑,并在慕尼黑现场工作了整整六个月。我记得最清楚的是那是一个非常寒冷的冬天,每晚都要到好像零下16摄氏度。我是第一次暴露在这么寒冷的天气里,但实际上很有趣。在那之前,我在Avaniti公司担任经理很长一段时间,但我并没有真正接触过那些工具,所以开始实际接触工具并用它们做出真实的产品是一次很棒的经历,我真的很喜欢。



Nitin Dahad: 过去20年你发现有哪些变化吗?请告诉我们从那时到今天的主要变化和趋势好吗?



Graham Curren: 好的,我可以回溯到更早一些时候,但你知道,自从引入时序驱动设计,引入综合后,我认为没有任何重大变化,或者任何真正剧烈的变化。当然,会有一些较小的事情发生——时不时地发生改变,并且不断增加。



但是我今天看到的问题和挑战与我在25年,近30年前看到的并没有什么不同。因为年纪足够大的原因,我很早就接触cadence的早期工具了,当时Cadence还是首次进入市场。我这一代有很多人经历过这种情况。挑战非常相似,特别是当Avanti公司在综合中引入时序驱动设计和Synopsys的开发板时。从那以后我没有发现任何重大的革命性变化。



Nitin Dahad: 那倒很有意思,那接下来我们谈谈下一件事。从设计服务一直到开发ASICS和IP平台你都有涉足。请您透露下有关Sondrel公司的商业模式以及运营方式方面的更多信息好吗?



Graham Curren: 好的。从第一天起,就像许多创办自己公司的人一样我就有了个很棒的曲棍球棒商业计划,上面写着“我们将在两年内达到10亿美元”之类的东西。事实证明生活比这要艰难,但我们一直有做硅片供应和设计的理想。鉴于诸多方面的原因,一个决定需要一些时间才能取得成果,但我们几年前就决定了,现在正是合适的时间。



我们需要培养良好的能力来实际交付芯片,因为这些芯片是大而复杂的芯片,不是一个可以轻松处理的小器件。它们很昂贵,测试也非常困难和复杂。你需要具备很多能力,所以我们需要有一定的规模和基础设施来处理这些芯片。



我们几年前就推出了ASIC业务,到目前为止它已经显示出非常好的市场接受度。它具有很多设计服务没有的优势。这是更长期的项目,允许您长期参与,这确实是它的一大吸引力。



Nitin Dahad: 我想你就是在这个基础上推出了一些IP平台。



Graham Curren: 是的,所以这里的关键之一是如何让您在一个设计上完成工作后,能够在下一个设计上更有效率,同时当然要保持客户的机密性和不同产品之间的差异化。公司总是以各种不同的方式尝试这一点,无论是拥有IP块,软IP还是硬IP,无论是平台,子系统还是其他任何东西。因此,我们提出了这种我们称之为“ 构建未来”的方法,它能让我们应对四五个不同的市场,并且真正将工程工作重点放在如何有效地组装这些复杂的SoC上。



例如,虽然我们不设计自己的硬IP块,但我们会告诉客户,必须使用什么样的东西。我们要做的是研究如何真正有效地将其他人的IP集成到系统中,确保它们得到良好的表征和知名度,并且可以低风险,快速地完成这些事。



Nitin Dahad: 你有足够的人力把这一切放在一起吗?这种做法肯定还需要一定的人力,尽管我们已经有了能将人工智能和智慧用于设计过程中的EDA工具,但我猜你仍然需要一定的人力。



Graham Curren: 是的,今天设计芯片的背后仍需要大量的工作,必须弄清楚要使用什么样的工具以及使用它们的顺序。另外还必须训练工程师。虽然这些事情要花费大量时间,但还是需要做好所有这些研发工作才能去开发平台或完成将要做的其他任何事情。就像处于我们这种情况下的所有公司一样,除了从事客户关系工作外,还必须有很多人在后台默默的付出。开发自己IP的能力是业务中非常非常重要的一部分,是推动未来收入和未来增长的动力,也是能够说服客户并使他们的项目取得成功的基础。因此,我们每年将大量收入(数百万美元)用于内部研发。



Nitin Dahad: 那么,客户通常来找您是为了什么,来找您的客户类型是什么?是针对特定市场或特定应用程序的客户还是通用性客户?



Graham Curren: 它实际上可以是任何方向的。我们经常在这方面展开讨论和思考,是否应该专注于特定市场或其他什么,但我们的专长是交付采用新技术的复杂设计。所以通常不参与40纳米以上的设计。我们从事的几乎所有设计都是12,7,6,5纳米,甚至有一个是3纳米。这是我们的最佳定位,通常也表明了我们的市场方向。



因此,我们关注的往往是网络,图像处理,人工智能等这些类型的市场或应用领域。就公司而言,它可以是从大型半导体公司一直到初创企业的任何公司。



Nitin Dahad: 之前我说过,大芯片似乎是你们的专长,并且你们也服务于该市场,对吗?



Graham Curren: 不完全这样。虽然我们确实讨论过大芯片,而且我们谈论大芯片的原因之一是人们对它更感兴趣。您不希望发布新闻稿说我刚刚完成了一个小芯片,我想没有人愿意阅读这样的新闻。事实上我们的确做了一些非常大的芯片。我们已经流片了许多芯片,它们都超过了600平方毫米,而这个尺寸是7纳米的掩模版极限;我们有个5纳米的芯片也是那个大小,这些芯片里可是有数十亿个晶体管。

但我们也做一些更普通的尺寸,比如60-70平方毫米,甚至在某些情况下2,3,4,5平方毫米。但它们都有个共同点,即它们都有一些不寻常的地方。我的意思是,全球实际上只有大约四家公司可以采用这些技术进行设计。



所以这给了我们很强的差异化优势。当然,它也让我们的工程师非常感兴趣。他们喜欢用新技术做设计,而且我也是工程师出身,正如我已经说过的,在5纳米范围内进行复杂的分层异构设计比小型混合信号设计有趣得多,这点与10或20年前基本相同。



Nitin Dahad: 现在你们的注意力集中在ARM,因为您拥有这些专业知识。客户是持有他们自己的Arm许可证来找您,还是基于你们自己的Arm许可证销售产品?换句话说,客户如何与你们合作呢?



Graham Curren: 这是一个有趣的问题。为此我们已经争论了很多很多年了,当我们只是提供设计服务时,是只从我们这儿购买设计服务,再从其他人那儿购买实际产品更好,还是我们提供一条龙服务更好。



客户反复告诉我们,市场也反复告诉我们,客户想要一站式购物商店,所以今天我们也这样做了。客户来找我们,我们为他们做所有事情,包括某些情况下甚至为他们编写规范,做架构设计,从无论谁那里采购所需的所有IP。然后我们采购硅片,进行测试,然后交付合格的产品。所以整个流程我们都做,客户来到我们这里就像是来到一站式购物商店。



Nitin Dahad: 所以他们不必做那个许可或类似的事情?



Graham Curren: 是的,他们什么都不需要做。这又回到了我一开始所说的,即形成规模经济。如果你去一个IP供应商那里买东西,一次又一次地买与只是买一次相比,不仅价格不一样,你还会得到不一样的关系。我认为那些没有做过很多芯片的人,或者可能只是五六年前做过一个芯片的人,都会低估采购,认证,检查和集成第三方IP的复杂性。



东西从来都没有100%完美的,总会欠缺一些东西,总是需要检查,总是需要集成等等。因此这方面有很多工作要做,我们认为由一个人或一家公司完成所有的事情要好很多很多,这也是我们的客户喜欢的。



我再多说一句。这也是我们从未设计自己的IP的一个原因,因为当人们来找我们时,他们会说,你知道我想做一个架构,什么方案对我来说是最好的解决方案,我们需要独立的方案。



这时我们不会告诉客户:你必须使用我们已经设计好的DDR 5,或者你必须使用我们拥有IP的这款处理器,我们不会这样做。而是为他们找到最佳解决方案。



Nitin Dahad: 让我们谈谈当前的一些趋势吧。你知道,集成是现在最重要的事情,需要提供更多的参考解决方案,这也是许多芯片公司正在做的事情。在这方面你们公司是如何定位的?



Graham Curren: 同样,这在很大程度上是为了解决某个人的问题,在某种程度上我认为是这样的:我们了解硅片以及可以用它做什么,而我们的客户通常了解市场和他们的需求。通过将这两者放在一起,我们试图做的是对客户说“这就是你能做的”。他们会说这是我想做的事情,当然适当的时候我们会以某种方式引导他们,有时对他们来说会很有启发性。



举例来说,在iPhone上市之前,没有人知道我们需要iPhone,直到苹果或其他人向我们展示智能手机的样子,随后我们才会做出正确的决定。所以必须有人向客户展示什么是可能的,以及要做什么权衡。来找我们的许多客户已经有一段时间没有做设计了,我们都看到了成本指数曲线。他们常常有些出人意料。他们可不真想在项目中砸进1000万甚至2000万美元的IP成本,因此我们必须努力向他们展示什么是可能的,也要向他们展示如何重新定位产品或更改产品或更改架构,以便帮助他们获得他们所需的真实投资回报。



有很多方面需要考虑,无论是上市时间,还是功耗,无论是单位成本还是其他什么,我们都需要认真思考,所以了解客户的业务是我们真正尝试开始的地方。



Nitin Dahad: 您认为芯片行业面临的下一个重大挑战是什么,或者有哪些挑战?在接下来的3,5年中,您认为自己必须从哪些方面来着手提供解决方案?



Graham Curren: 这在很大程度上是我们过去20年来所做工作的演变,但这一切都与大小有关。对我来说,这完全取决于数据的大小和设计团队的大小。



再次回到我们前面看到的那些指数曲线,在观察这些曲线时人们很容易想,哦,是的,这是一条指数曲线。当您真正看清并看懂IBS数据时,他们会说(不论你同不同意)设计一个芯片可能会花费5亿,7亿甚至是10亿美元。换个角度看,那可是5000人年。而且你还得在18个月内把它弄出来,这可是涉及很多人力物力。



当然,可重用性和其他类似技术可以减轻这种情况。但两者之间的步伐并不是线性的,即使是一代又一代的百分比变化在不断上升。所以当你从两个人变成三个人时,这是可以管理的。当你从50人增加到100人时,突然间对许多公司来说就无法管理了。



因此我们正在研究大数据工场,大数量CPU,大数量磁盘,大量需要管理,控制和认证的数据以及大型团队。过去20年来,市场已经从“我需要设计专家”转变为“我需要能够控制一切,能够管理项目并将其整合在一起”。与20年前相比,它更像是一个大型工程项目。



Nitin Dahad: 那么Sondrel公司会继续成为您不需要雇用的大型工程团队吗?



Graham Curren: 没错,我们需要继续扩张,这对当今市场来说确实有很大的挑战。正如我们所知,当今市场面临着特殊的挑战。客户和媒体都在担心采购硅片和获得芯片的能力。在ASIC和设计服务领域同样如此:交货时间正在消逝(意指缩短),人们做出决策的时间正在消逝,甚至开始启动的时间也在悄悄溜走,却有一系列设计等待开始构建。在接下来的几个月中我们会看到这种情况如何发展,但能够做芯片的人是越来越少。



有很多人可以做40纳米芯片。但正如我所说的,世界上可能只有3,4家公司可以做5纳米芯片。



Nitin Dahad: 这就引出了一个我猜是技能的问题。我知道你正在世界各地部署团队,会在像印度这样的地方招聘工程师,那么在招聘工程师时技能是一个大问题吗?



Graham Curren: 技能是个大问题。招聘经理经常说我想要一个已经做过5纳米大型SoC的人。嗯,当然没有合格的人,你雇不到那样的人。所以最近我们花了很多精力,雇了更多的人来领导教学工作。我们过去与大学一道开过一些课程,几年前我们开始和诺丁汉大学一起做了很多工作。培训员工,教他们做什么是我们今天的业务中非常非常重要的一部分,因为我们需要能够接触到这些团队,需要能够扩大这些团队的规模。



处于领先地位的问题是你不能从其他人那里得到它们,你必须自己做。



Nitin Dahad: 我猜你正在从世界各地招聘人才,所以公司在世界各地有很多分支机构吗?



Graham Curren: 是的, 我们设立研发中心的宗旨是在成本,员工能力,雇用员工的能力及与客户的距离之间取得适当的平衡。我们不仅要满足客户的成本要求,还要满足他们的文化,语言和时区要求,因为我们必须与他们密切合作。所以我们在美国有员工,在英国,非洲,印度和中国也有员工。故我们的业务从不同的基地辐射,覆盖全球。

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