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Cadence 应对 AI 机遇与挑战，智能重塑芯片设计流程

11 月 2 日-3 日，2023 国际集成电路展览会暨研讨会（IIC Shenzhen）在深圳成功举行。会上，集成电路产业大咖聚集，共同洞见集成电路产业趋势的风向标。

在中国 2023 全球 CEO 峰会上，Cadence 副总裁兼亚太区技术运营总经理陈敏发表了题为《泛 AI 加速——新时代的 EDA 进化》的精彩演讲，向与会者介绍了 AI 技术的发展现状和未来趋势，并分享了 Cadence AI 解决方案的特点和优势。

在随后的 EDA/IP 与 IC 设计论坛上，Cadence 技术支持总监李志勇也做了题为《适用大模型 Al 芯片的接口 IP》的精彩演讲。

陈敏

泛 AI 加速——新时代的 EDA 进化

在 IIC Shenzhen 的全球 CEO 峰会上，陈敏分享了 AI 技术发展所必不可少的高算力、高带宽、低功耗半导体设计对 EDA 性能、效率的挑战，以及受益于 AI 技术的 EDA 在处理大数据量科学计算方面的机会，介绍了 Cadence 引领潮流的全栈 AI EDA 解决方案。

AI 技术的颠覆时刻已经到来

无处不在的 AI 正成为当今世界最引人注目的话题之一。人工智能（AI）的广泛应用正在改变各个行业的运作方式。EDA 行业也不例外，AI 的发展离不开高算力、高带宽、低功耗的芯片，而此类芯片的设计对 EDA 的性能和效率也提出了更高的挑战。反过来 EDA 作为处理大数据量的计算软件，也天然受益于 AI 技术。

陈敏表示，从 5G 到云计算，再到物联网的所有驱动力正在共同推动半导体行业的增长。预计在未来的 3 到 5 年，半导体市场规模将突破万亿美元，电子系统将达到 3 万亿美元。尽管短期的经济下行和地缘政治动荡正在影响 2023 年的短期收入，但设计活动依然强劲，前景依然积极。

消费者希望芯片具有更多的功能、更多的计算能力和更快的数据传输速度。这就使芯片复杂度越来越高，同时要设计的芯片种类也越来越多，这必将造成设计人员大量短缺。根据半导体行业协会数据，2030 年设计工程师缺口将达到 35%。要解决人才短缺的挑战，一方面当然是人才培养，另一方面则是提高生产力。

现在，全球每年制造数十亿台智能设备，预计到 2025 年，其潜在市场规模将达到 700 亿美元左右。根据半导体行业协会的数据，现代汽车可能拥有 8000 个或更多的半导体芯片和 100 多个电子控制单元，目前占车辆总成本的 35% 以上，预计 2025 年至 2030 年将超过 50%。

而设计这样的智能系统对 EDA 提出了巨大的挑战，只有不断提高生产力才能满足设计需求。EDA 通过提升抽象层次，从晶体管级到单元级，再到 IP 的设计复用，以及现在基于 AI 的 EDA 或基于 AI 的自动化来提高生产力，同时有助于延续摩尔定律。

他认为，工程师能够创造性地解决复杂问题，但人不善于处理海量数据。而 AI 可以在算法指引下并行处理海量数据，并在这个过程中找到规律。当通过新一代 EDA 算法把人工智能和优秀工程师的能力结合在一起时，就可以同时解决高复杂度和大数据量的设计难题，极大地提升智能系统的设计生产力。

Cadence AI 解决方案引领潮流

陈敏介绍说，Cadence 同时在两个方面实现了 EDA 的 AI 改造，一是通过 AI 技术提升 EDA 核心解算器的效率；二是通过 AI 处理大量的设计数据，提高人在环内的设计效率，目前多个产品线都有了相应的 AI 功能。

Cadence 全栈 AI 的 EDA 解决方案包括用于更快调试的 Verisium、用于更快更智能芯片设计的 Cerebrus、用于支持 AI 的多物理场系统分析优化且是业界首个提供机器学习（ML）驱动的完整 PCB 综合平台 Allegro X 和提供 AI 驱动的自定义布局解决方案 Virtuoso AI，以及支持 AI 的大数据分析平台——JedAI（联合企业数据和 AI 平台）。

Cadence 的领先技术有助于设计团队利用先进的 AI 驱动解决方案套件优化芯片性能，加速芯片设计并提高整个设计流程的效率，将更多时间用于创新，缩短进入市场的时间。

他还分享了 Cerebrus 工作流程让客户受益的案例——在台积电 N5 SoC 上使用 Cerebrus 的客户使用和不使用 ML 驱动优化的设计周期时间表。手动优化需要 18 天才能完成基线优化，而使用 Cerebrus 冷启动，优化流程在 11.5 天内完成，且 PPA 更好；使用ML模型，热启动仅在 8.3 天内就完成了设计收敛，优化周期时间缩短了 53%，功率、密度和 WNS 也得到了改善。

另外，作为 Cadence AI 战略的一部分，其最近推出的 JedAI 可以使设计数据和 AI 训练信息在设计流程的不同部分和不同产品之间轻松传输。这是一项跨 Cadence 的计划，随着时间的推移，越来越多的 Cadence 产品将与 JedAI 原生连接。

AI 将赋能 EDA 变革

陈敏指出，AI 将成为 EDA 的一项变革性技术。目前，每个区块都需要大量的人工工程来实现所有的流片目标。现在，设计师可以使用 Cerebrus AI 驱动的优化来提高区块收敛效率和 PPA 效果，不过每个区块仍是独立实施的。

未来，Cadence 的设计收敛将在子系统层面进行，工程师只需研究一个完整的区块子系统。为了实现这一点，Cadence 正在开发一个完整的多块设计中心。利用 AI 自动化，只需一个工程师就可以实现整个子系统，或同时处理多个设计的系统，实现单工程师、多设计、多运行的解决方案。这将是芯片设计的未来。

李志勇

适用大模型 AI 芯片的接口 IP

在 IIC Shenzhen 的 EDA/IP 与 IC 设计论坛上，李志勇分享了大语言模型巨大的应用市场对 AI 芯片架构设计提出的诸多挑战，介绍了 Cadence 提供的最先进的 LLM AI SoC 接口 IP 解决方案。

大模型对 AI 芯片设计要求更高

李志勇表示，两年来，以 ChatGPT 为代表的生成式 AI 呈现爆炸式增长，相关硬件需求迅速增加，据 Bloomberg Intelligence 预测，未来 10 年相关产值将从 370 亿美元增长到 6410 亿美元。无论是数据中心还是边缘侧，对 ASIC 的需求都将与日俱增。

大语言模型巨大的市场正在导致 AI 训练/推理芯片的变革，而 Transformer 网络模型需要大量的参数来支撑，对 AI 芯片架构设计提出了更高要求，其中高带宽存储接口、芯片互联、小芯片（Chiplet）都需要高速高带宽的接口 IP。

另外，不同 AI 应用场景对内存的要求不尽相同，如带宽、成本和功耗；HBM IO 速率也在发生变化，IO 带宽每三年将翻一番；PCIe 接口标准已演进到 PCIe7，CXL^™功能也已升级到 3.0，高速以太网在数据中心已大量使用。

芯片设计方面，在异构系统设计推动下，出现了一种新的设计范式——从 IP 复用到 Chiplet 复用。在 Chiplet 中，利用UCIe^™ 可以提高带宽密度和功率效率，进一步降低功耗。

李志勇认为，当前的挑战有三，一是传统芯片和封装设计 EDA 在尺寸/复杂性和先进工艺节点、3D-IC 和高速模拟信号设计；二是芯片以外的系统，包括外壳/PCB/封装/芯片电磁和热设计、安全软件的早期开发以及毫米波和微波射频；三是系统融入智能的需求越来越多，必须提高设计质量，使产品更具可扩展性。

为要求苛刻的应用

树立先进节点新标准

李志勇表示，Cadence 为要求苛刻应用的先进节点提供最先进的接口 HPC/AI LLM IP 解决方案，如 PCIe5/6 和 CXL2 经过硅验证的子系统；112G PHY IP 和 224G PHY IP；硅验证的 LP5x-8533、24G 的 GDDR6 IP 和业界最快的 HBM3 8.4G；以及大规模商用的 Ultralink PHY IP 和最新 UCIe IP。

他介绍说，Cadence HBM3 内存接口是具有 8.4Gbps 最高性能的 PHY IP 完整解决方案；中介层设计是 2.5D 系统设计的关键组件，可为所有 PHY 到 DRAM 连接提供相似的路由长度，以实现最高数据速率。

李志勇还展示了 Cadence 业界首个用于 PCIe^® 和CXL^™ 的硅 IP 子系统，以及 128G PCIe 7.0-ready SerDes IP，以及已在 Tier1 超标量处理器和前沿初创公司大规模商用的 40G UltraLink D2D PHY+链路层。

助客户成功一臂之力

李志勇强调，UCIe 可以支持标准封装和先进封装，Cadence 112G Serdes PHY 支持 1-112G 速率及以太网等多种协议。Cadence 在 CoWoS 方面的丰富经验也有助于大芯片设计一次成功。

他最后总结道，Cadence 提供完整的 HPC IP 设计套件，包括业界领先的 DDR/HBM/GDDR IP、PCIe/CXL IP 和 D2D 以及 PAM4 IP。这些丰富的 IP 组合可以为各个先进工艺节点提供更高性能的 IP。

来源：Cadence楷登

汽车安全合规是什么，它为何如此重要？

汽车安全合规是汽车制造商和零部件制造商必须完成的一项工作，以便开发对确保安全性来说至关重要的硬件和软件产品，并达到汽车行业标准所要求的功能安全目标。随着汽车行业迅速采用各种先进的电子技术，将互联汽车和自动驾驶汽车的想法变为现实，务必要确保这些新零部件的安全合规性。如今，这一点比以往任何时候都更加重要。越来越多的硬件零部件被替换成了标准化的嵌入式电子和软件零部件。虽然这些新系统让汽车制造商能够通过软件和固件空中（OTA）升级来提供新功能和修复错误，但这些软件定义的电子和电气（E/E）系统的广泛使用也伴随着潜在风险。一辆典型的汽车包含数百万行软件代码以及诸多电子和电气零部件，硬件或软件发生任何故障，都可能危及司机和乘客的生命安全。为了有效地解决安全问题，如今的汽车技术开发人员依赖于越来越多的标准。其中有一项关键的汽车功能安全标准——ISO 26262，它定义了汽车安全完整性等级（ASIL 等级）。这些不同的安全等级旨在减少由 E/E 系统故障引起的潜在危险，确保汽车部件按预期安全运行。为什么汽车安全合规非常重要？2016 年，美国的汽车制造商出于安全原因被迫召回超过 5300 万辆汽车，创下了历史纪录。近年来在中国，由于安全原因召回汽车的事件屡见不鲜。汽车事故是道路事故的主要原因之一，汽车安全合规成为一项必须满足的基本要求。如今的汽车都集成了复杂的安全和舒适解决方案，如防抱死制动系统（ABS）、安全气囊、高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶功能，使得今天的汽车堪称是一项伟大的技术创新成果。然而，随着车辆变得更加智能，自主程度变得更高，如果基础技术设计不当，可能会导致更多的安全问题。例如，用于控制车辆 ABS 或安全气囊的硬件发生故障，可能危及车内人员的生命安全。同样，在纯电动汽车中，如果没有按照标准进行适当的管理和设计，高压电源总线和电池组也会造成安全风险。随着汽车的自动驾驶水平进一步提高，我们也对未来的互联车辆充满期待，而控制这些部件的嵌入式电子和软件系统的功能安全将成为重中之重。幸运的是，目前业内已制定了一些汽车安全标准，其中最受关注的是 ISO 26262，它提供了一个框架，用于开发需要满足功能安全的电子硬件和软件系统，从而大大降低了相关的风险。汽车安全合规如何发挥作用？ISO 26262 面向努力确保车辆安全合规性的汽车供应商和技术开发人员，概述了技术安全要求（TSR）和规范。该准则必须贯穿车辆的整个生命周期—从车辆的设计、开发、生产、上路到报废，从而实现功能安全。ISO 26262 标准遵循基于风险的方法，以确定电气或电子元件在实际运行中遇到危险操作状况时的风险水平。在此过程中，每个汽车部件（硬件或软件）都会进行危险分析和风险评估（HARA），以确定所有的潜在危险，并根据三个变量划分风险水平：严重程度、暴露程度和可控程度。1严重程度：对司机和乘客的伤害程度2暴露程度：车辆暴露在危险中的频率如何3可控程度：驾驶员能在多大程度上控制车辆以防止受伤例如，假设我们要对电动助力转向（EPS）系统评估所有可能的故障行为。对 EPS 系统进行安全分析后，为分析得出的每个危险事件分别分配相应的严重程度、暴露程度和可控程度等级。严重程度有四个等级，从“无伤害”（S0）到“致命伤害”（S3）暴露程度有五个等级，E0 代表“几乎不可能”，E4 代表“非常可能”可控程度也有四个等级，从“一般可控”（C0）到“不可控”（C3）然后，将这三个变量与其各自的等级结合起来，以此确定 ASIL 等级。ASIL-A 代表潜在危险水平最低，而 ASIL-D 代表潜在危险水平最高。如果所有三个变量的潜在危险水平都是最高的（S3+E4+C3），即属于 ASIL-D 等级。EPS 系统就需要达到 ASIL-D 等级，因为如果该系统发生故障，所导致的相关风险是最高的。相比之下，如果某个部件对于确保车辆安全来说不太重要，它就只需达到 ASIL-A 等级。虽然 ISO 26262 标准提供了所有必要的指导方针，以解决汽车内每个硬件和软件零部件的功能安全问题，但它已无法跟上日益复杂的汽车嵌入式系统的步伐。因此，监管机构正在努力修订现有的标准并着手开发新的标准，以确保最新的汽车技术能够符合安全要求。ISO/SAE 21434 正是顺应了这种趋势，它是第一个旨在解决汽车网络安全问题的标准。通过 Cadence 实现汽车安全合规尽管未来可能会有更多的标准问世，目前的标准也会不断更新，但高瞻远瞩的汽车制造商和整车厂（OEM）必须实施相应的战略，开发质量和安全性能符合当前最高标准的汽车。这种方法将有助于汽车厂商推出面向未来的产品，确保它们符合仍在制定中的严格安全规范。Cadence 提供先进的汽车电子功能安全解决方案，帮助部件开发人员成功地为现代汽车打造安全产品。 Cadence Tensilica ConnX B10 和 ConnX B20 DSP 是业界率先针对汽车雷达、激光雷达和车联万物（V2X）经过优化的 DSP，助力开发人员更快获得 ASIL-B 随机故障和 ASIL-D 系统故障标准认证。带有 FlexLock 的 Cadence Tensilica Xtensa 处理器也通过了完全符合 ASIL-D 标准的认证，能够为功能安全（FuSa）应用提供 ASIL-D 系统性故障和 ASIL-D 随机故障保护。互联车辆软件开发人员还可以使用我们的 Midas Safety Platform，在早期阶段探索功能安全架构。该安全平台支持全自动执行故障注入和 IP、SoC 及系统设计的结果分析，使汽车技术开发人员能够验证其软件在故障注入硬件时能否安全运行。借助 FMEDA 和认证报告自动生成功能，开发人员可以加快安全合规评估流程，达到 ASIL 目标，快速完成 ISO 26262 验证。来源：Cadence楷登