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2017年，圖靈獎(jiǎng)獲得者JohnHennessy與DavidPatterson在其“計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的黃金年代”主題演講中指出，由于目前通用計(jì)算的性能瓶頸，需要面向不同應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)針對(duì)性優(yōu)化的架構(gòu)，他們給出的解決方案是DSA。

所謂DSA（domainspecificarchitecture，特定領(lǐng)域架構(gòu)），是一種針對(duì)特定領(lǐng)域定制的可編程處理器，能夠用于加速某些應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)更好的性能和性價(jià)比。

尤其是在當(dāng)前摩爾定律放緩的趨勢(shì)下，DSA更是成為一種持續(xù)提升處理器性能的重要技術(shù)理念，即采用可編程的專用集成電路去加速特定的高強(qiáng)度的處理器負(fù)載，比如加速圖形渲染、加速AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前向推理計(jì)算、提高巨量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的吞吐等。

可以簡(jiǎn)單理解為，以CPU為代表的通用計(jì)算芯片架構(gòu)，已經(jīng)無(wú)法很好地匹配和滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求，所以在AI、云計(jì)算、自動(dòng)駕駛等各類新技術(shù)和應(yīng)用層出不窮的同時(shí)，“通不如精”成為處理器架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)，智能計(jì)算需求激增的背后，是從傳統(tǒng)的通用芯片向?qū)Ｓ妙I(lǐng)域處理器芯片的轉(zhuǎn)變。

基于這個(gè)趨勢(shì)，很多公司開啟了DSA的實(shí)踐，推出了針對(duì)特定領(lǐng)域應(yīng)用的DSA處理器，于是包括NPU、TPU、DPU、DSP等在內(nèi)的各種“XPU”應(yīng)運(yùn)而生，盡管這些芯片類別不同，適用領(lǐng)域有所差異，但其作為專門為AI任務(wù)和特定領(lǐng)域需求而生的新芯片，它們都有著比通用計(jì)算功耗低、計(jì)算性能高、成本更低等優(yōu)勢(shì)。

不難判斷，定制化和異構(gòu)化DSA作為整個(gè)系統(tǒng)的算力中堅(jiān)，將成為未來(lái)處理器架構(gòu)的趨勢(shì)，有望在下一代計(jì)算平臺(tái)中發(fā)揮更大的價(jià)值。

DSA大行其道，EDA亟待革新

不難理解，DSA的目標(biāo)就是提升計(jì)算的能效比，更好地滿足特定領(lǐng)域SoC設(shè)計(jì)的差異化、能效比以及推向市場(chǎng)的時(shí)效性。

然而，AI時(shí)代在為DSA處理器應(yīng)用場(chǎng)景提供了更多可能性的同時(shí)，也對(duì)芯片研發(fā)的效率提出了更高的挑戰(zhàn)。

在DSA芯片公司實(shí)際的開發(fā)過程中，傳統(tǒng)的EDA工具存在費(fèi)人、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢且風(fēng)險(xiǎn)大等問題。尤其在芯片行業(yè)如此“卷”的后摩爾時(shí)代，在專用處理器規(guī)模指數(shù)式上升和面市時(shí)間快速縮短的雙重壓力下，如何快速生成專用處理器，成倍提升處理器設(shè)計(jì)效率，加速產(chǎn)品迭代已然成為市場(chǎng)制勝的關(guān)鍵。

這也對(duì)EDA工具提出了新的要求。對(duì)此，芯易薈通過對(duì)行業(yè)需求的深刻理解以及專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)期累計(jì)，推出了一款賦能專用計(jì)算、具有顛覆性創(chuàng)新的EDA軟件工具——FARMStudio。

據(jù)芯易薈聯(lián)合創(chuàng)始人徐勇介紹，F(xiàn)ARMStudio是一款以C語(yǔ)言描述，基于RISC-V基礎(chǔ)指令集的專用處理器生成工具，針對(duì)密集計(jì)算和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用場(chǎng)景，賦能工程師自由探索計(jì)算架構(gòu)，優(yōu)化PPA，快速收斂至最佳設(shè)計(jì)。

該工具基于FARM設(shè)計(jì)方法學(xué)，參考DSA設(shè)計(jì)范式，可方便的針對(duì)不同應(yīng)用，進(jìn)行不同架構(gòu)下處理器的性能探索，用戶僅需在軟件中輸入基礎(chǔ)核、超級(jí)指令、預(yù)置模板三項(xiàng)數(shù)據(jù)，便可分鐘級(jí)自動(dòng)生成符合使用者功能、性能描述的處理器硬件及軟件工具鏈，并提供相關(guān)FPGA開發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)。RTOS、相關(guān)數(shù)學(xué)庫(kù)及應(yīng)用層軟件包也可一并交付，可最大程度縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

作為自動(dòng)生成專用處理器的EDA平臺(tái)，F(xiàn)ARMStudio擁有諸多優(yōu)勢(shì)：

加速進(jìn)程：分鐘級(jí)自動(dòng)生成DSA處理器和配套工具鏈，可最大程度縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，提高競(jìng)爭(zhēng)力；

FARM多層級(jí)驗(yàn)證：用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)快速芯片設(shè)計(jì)，并全方位保障CtoRTL的正確性和一致性；

靈活高效：探索“左移”、決策“右移”，讓架構(gòu)探索和硬件設(shè)計(jì)更靈活，獲取最符合特定需求的DSA處理器；

自主可控：FARMStudio擁有完整的技術(shù)儲(chǔ)備和開放的生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、自主可控。

資源復(fù)用：自定義指令和預(yù)制指令資源復(fù)用

如徐勇所言，隨著芯片規(guī)模和芯片制造成本的指數(shù)級(jí)上升，芯片項(xiàng)目的決策不能等到芯片開發(fā)生產(chǎn)完成后再去做，而是需要在預(yù)研階段就能根據(jù)應(yīng)用需求做好軟硬件劃分和驗(yàn)證，去實(shí)際評(píng)估最終能否達(dá)到性能需求。

相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的決策往往伴隨著較大的不確定性，芯易薈升級(jí)設(shè)計(jì)流程，基于FARMStudio的設(shè)計(jì)并行化，通過將“軟硬協(xié)同、設(shè)計(jì)優(yōu)化、驗(yàn)證”等流程左移，以及該工具分鐘級(jí)的快速響應(yīng)，以此來(lái)幫助客戶降低決策風(fēng)險(xiǎn)，加快客戶研發(fā)速度。

而之所以能夠取得上述顛覆性優(yōu)勢(shì)的原因，徐勇在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察采訪時(shí)表示，首先我們是以創(chuàng)新為出發(fā)點(diǎn)，迫切的想要進(jìn)行創(chuàng)新；此外，公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)力強(qiáng)，由40多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)家領(lǐng)頭，團(tuán)隊(duì)碩士及以上學(xué)歷人才占比達(dá)80%，且非常了解行業(yè)痛點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

在此基礎(chǔ)上，芯易薈通過思維方法的整合，進(jìn)行深度技術(shù)創(chuàng)新融合，實(shí)現(xiàn)了一系列技術(shù)的突破：

基于RISC-V基礎(chǔ)指令，無(wú)需微架構(gòu)知識(shí)，自主可控

基于C語(yǔ)言，軟硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言統(tǒng)一，全球首創(chuàng)

分鐘級(jí)自動(dòng)生成DSA處理器和配套工具鏈

高性能編譯器，支持自動(dòng)VLIW，自動(dòng)流水線排布

多層次驗(yàn)證環(huán)境，指令級(jí)別驗(yàn)證在X86平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，世界唯一

周期精確仿真器，仿真速度達(dá)到MHz級(jí)別，業(yè)界最快

FPGA云開發(fā)測(cè)試環(huán)境，即插即用

嵌入式OS，自動(dòng)配置

在諸多突破性技術(shù)和優(yōu)勢(shì)的加持下，F(xiàn)ARMStudio工具內(nèi)嵌面向豐富應(yīng)用場(chǎng)景的DSA設(shè)計(jì)范式，便于客戶快速集成、優(yōu)化和驗(yàn)證DSA處理器，可廣泛應(yīng)用于定制針對(duì)視覺、AI、通信、音頻、DPU、工業(yè)控制等領(lǐng)域的處理器解決方案，助力芯片設(shè)計(jì)公司突破傳統(tǒng)IP能效上限，并以更低的成本適應(yīng)算法與產(chǎn)品的持續(xù)迭代。

對(duì)此，芯易薈市場(chǎng)總監(jiān)徐明以DSP和NPU兩個(gè)典型應(yīng)用方向?yàn)槔?，展現(xiàn)了使用FARM方法學(xué)研發(fā)DSA處理器的優(yōu)勢(shì)和靈活性。

其中，DSP作為目前芯片市場(chǎng)比較典型的處理器，特別適合快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)的處理和運(yùn)算，己成為AI、計(jì)算機(jī)視覺、音頻等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心。在研發(fā)DSP方面，F(xiàn)ARM方法學(xué)具有較大優(yōu)勢(shì)，使用FARMStudio工具，通過非標(biāo)數(shù)據(jù)類型、個(gè)性化小數(shù)標(biāo)定以及提煉典型應(yīng)用場(chǎng)景的算法需求，聚焦不同應(yīng)用方向提供靈活的可選組件來(lái)加速DSP的設(shè)計(jì)、開發(fā)及驗(yàn)證流程。這其中也包括專用的加速指令，依托于強(qiáng)大的編譯器可以顯著提升性能和資源利用率。

徐明表示，相較于傳統(tǒng)的DSPIP，使用FARMStudio平臺(tái)能以更少的面積和功耗，更小的codesize，獲得更極致的性能，以滿足數(shù)字化時(shí)代處理密集型應(yīng)用的數(shù)據(jù)計(jì)算需求。

此外，通過FARM方法學(xué)研發(fā)NPU同樣存在諸多優(yōu)勢(shì)，包括應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng)NPU設(shè)計(jì)、不同架構(gòu)范式適配復(fù)雜應(yīng)用需求、支持非標(biāo)數(shù)據(jù)類型、支持內(nèi)存架構(gòu)定制等，進(jìn)而可以在幫助NPU芯片追求極致性能的同時(shí)，大幅縮減人力和時(shí)間成本。

“綜合來(lái)看，F(xiàn)ARM方法學(xué)靈活高效，降低數(shù)量級(jí)級(jí)別處理器開發(fā)成本；顛覆功能，突破傳統(tǒng)處理器IP能力邊界；自主可控，多種合作方式解決客戶處理器需求。”徐明總結(jié)道。

伴隨技術(shù)創(chuàng)新而來(lái)的，還有芯易薈對(duì)其商業(yè)模式的思考和重新定義。

據(jù)介紹，F(xiàn)ARMStudio工具分為企業(yè)版和個(gè)人版兩種類型，企業(yè)版支持軟件工具鏈、仿真器、SDK/OS、RTL下載、專家技術(shù)支持等功能；個(gè)人版則在企業(yè)版基礎(chǔ)上減少了RTL下載功能，專家技術(shù)支持調(diào)整為在線技術(shù)支持。

“相較于其他EDA/IP廠商動(dòng)輒幾百上千萬(wàn)的授權(quán)費(fèi)用以及1%-2%甚至更高比例的版稅，F(xiàn)ARMStudio企業(yè)版采用1+1的定價(jià)模式，即EDA授權(quán)費(fèi)100萬(wàn)人民幣每年+1%的ASP版稅；更是發(fā)布個(gè)人版，僅需每年299人民幣，但不可用于商業(yè)用途。”徐勇補(bǔ)充道。

對(duì)于推出個(gè)人版的原因，徐勇強(qiáng)調(diào)，EDA核心是用戶使用量，個(gè)人版一方面可以提高用戶使用量，解鎖個(gè)人對(duì)行業(yè)的了解，為生態(tài)培養(yǎng)貢獻(xiàn)力量；另一方面，可以借此來(lái)加速收集用戶反饋，為自身軟件的后續(xù)更新迭代做基礎(chǔ)。

綜合來(lái)看，作為一款以C語(yǔ)言描述，基于RISC-V基礎(chǔ)指令集的專用處理器生成工具，F(xiàn)ARMStudio知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主，助力客戶高效積累自研IP是其核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。借此優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)ARMStudio得以降低工程師使用門檻，提升工程師技能樹能級(jí)，自由探索架構(gòu)，分鐘級(jí)優(yōu)化硬件，進(jìn)而成倍提高芯片設(shè)計(jì)效率，為中國(guó)半導(dǎo)體事業(yè)添磚加瓦。

計(jì)算架構(gòu)黃金年代，國(guó)產(chǎn)EDA迎來(lái)拐點(diǎn)

眾所周知，隨著芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度不斷提升，EDA已經(jīng)滲透到芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，EDA與產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合愈加緊密，已經(jīng)成為提高設(shè)計(jì)效率、加速技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵推手。

同時(shí)EDA杠桿效應(yīng)顯著，根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2021年全球EDA市場(chǎng)規(guī)模僅為132億美元，卻撬動(dòng)著數(shù)千億美元的集成電路產(chǎn)業(yè)，以及背后數(shù)十萬(wàn)億規(guī)模的數(shù)字經(jīng)濟(jì)，其屬性和重要性可見一斑。

近年來(lái)，受地緣政治關(guān)系的影響，我國(guó)在包括EDA在內(nèi)的多個(gè)半導(dǎo)體領(lǐng)域面臨關(guān)鍵核心技術(shù)卡脖子的危機(jī)。因此，如何盡快打破壟斷，實(shí)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的“自主可控”成為全社會(huì)的廣泛共識(shí)。

2021年，工信部出臺(tái)的《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出要重點(diǎn)突破工業(yè)軟件，EDA作為工業(yè)軟件的皇冠明珠，是短板所在，也是未來(lái)重點(diǎn)發(fā)力方向。

在此背景下，國(guó)產(chǎn)EDA廠商正卯足力氣、加緊追趕，芯易薈也是在這個(gè)過程中成立并逐步壯大，在專用計(jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，解決了行業(yè)客戶在芯片實(shí)際開發(fā)過程中的一系列復(fù)雜挑戰(zhàn)和難題，顛覆了國(guó)外巨頭對(duì)EDA領(lǐng)域的長(zhǎng)期壟斷。

FARMStudio工具目前已由國(guó)內(nèi)外多家IC廠商進(jìn)行實(shí)踐測(cè)試及使用，應(yīng)用市場(chǎng)涵蓋手機(jī)、安防、汽車、通信、消費(fèi)電子、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，正在發(fā)展成為我國(guó)自主研發(fā)集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要部分。

徐勇表示，近年來(lái)，隨著更多政策加碼，相關(guān)技術(shù)正日益成熟，國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)正迎來(lái)發(fā)展的黃金期。我們也十分期待看到EDA產(chǎn)業(yè)日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，催生更多、更先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)EDA工具，共同助推中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

作為芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的賦能者，芯易薈自主研發(fā)專用處理器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證自動(dòng)化的前瞻性技術(shù)，提供處理器開發(fā)的一站式平臺(tái)，針對(duì)豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，自動(dòng)產(chǎn)生最佳匹配的軟硬件協(xié)同方案，為中國(guó)乃至全球范圍日益增長(zhǎng)的芯片設(shè)計(jì)需求提供新型設(shè)計(jì)方法學(xué)、工具軟件和最佳實(shí)踐。

正如在文章開頭JohnHennessy和DavidPatterson提到的，計(jì)算機(jī)架構(gòu)正在迎來(lái)一個(gè)新的黃金時(shí)代。

對(duì)于芯易薈來(lái)說，這也是他們的一個(gè)機(jī)會(huì)。