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半導體芯片設計——業内頂級專家如是說

時間:2022-5-13 11:04:00
摘要: 當下,半導體行業已經演變為各國的戰略性行業。中國的半導體芯片初創設計公司正在艱難的國際環境中砥砺前行。本次精英訪談利用《電子工程專輯》的Nitin Dahad與Sondrel公司的首席執行官Graham Curren的訪談,介紹了Curren眼中20多年來半導體芯片設計的發展路徑,以及對未來前
當下,半導體行業已經演變為各國的戰略性行業。中國的半導體芯片初創設計公司正在艱難的國際環境中砥砺前行。本次精英訪談利用《電子工程專輯》的Nitin Dahad與Sondrel公司的首席執行官Graham Curren的訪談,介紹了Curren眼中20多年來半導體芯片設計的發展路徑,以及對未來前景的展望,旨在為中國的芯片設計公司提供一些哪怕是些微的借鑒。



Cur r e n在近20年前創立了Sondrel芯片設計服務公司,該公司提供從設計系統到提供矽片的交鑰匙式ASIC服務。Curren暢談了他為什麽創建公司、公司的第一個芯片設計、過去20年發生了什麽變化以及未來芯片設計的前景等。他也談到了20年走過的路,以及半導體行業未來的關鍵挑戰。



Nitin Dahad: 讓我們先了解一點有關Graham Curren和Sondrel公司的背景…



Graham Curren: Sondrel公司到明年夏天就滿20年了,這是一段非常有趣的過程。在創辦該公司之前,我在一家名為Avanti的EDA公司工作,當時我們主要專注于物理設計、抽取等業務。那時我就覺得小公司越來越難做自己的芯片設計,特別是在物理設計領域,因為它變得非常昂貴和非常專業。我所看到的是,很多公司特別是初創企業,先是決定他們要做一款芯片,然後花一年時間組建一個團隊,再花一年時間弄清楚做什麽以及如何走通整個流程直到成功流片,最後再花幾年時間讓團隊坐等銷售業績。



這樣的做法需要耗費大量的資金。如果将這類工作與我們在較大的半導體公司獲得的規模經濟進行比較,我似乎發現了這樣一個很好的機會:有人進來說,嘿,讓我們來為您設計芯片,我們已經掌握了全部所需的方法和工藝,并且知道我們在做什麽。



遺憾的是,這與互聯網泡沫破滅和風險資本從半導體中流失的情況有些相像,沒有完全按照我的預期進行,但盡管如此,我們從第一天起就采取了一種國際化的方法,并在多個領域多個市場上靈活地開展工作,因此随着時間的推移我們獲得了實質性的增長,我們的年平均增長率達到了20%。雖然遇到過幾次低迷,甚至有時候我們認為已經低迷兩年了,但随後又恢復了增長,所以結果還不錯。



Nitin Dahad: 有什麽能讓你記起你的第一個設計、你的第一個客戶嗎?你還記得什麽,或者你能說點什麽嗎?畢竟已經過去很長時間了。



Graham Curren: 鑒于足夠遙遠,我認為已經不用再保密了,我記得第一個客戶是德國的英飛淩。最初我們三個人,至少我們中的兩個人,每周都要來回飛慕尼黑,并在慕尼黑現場工作了整整六個月。我記得最清楚的是那是一個非常寒冷的冬天,每晚都要到好像零下16攝氏度。我是第一次暴露在這麽寒冷的天氣裏,但實際上很有趣。在那之前,我在Avaniti公司擔任經理很長一段時間,但我并沒有真正接觸過那些工具,所以開始實際接觸工具并用它們做出真實的產品是一次很棒的經歷,我真的很喜歡。



Nitin Dahad: 過去20年你發現有哪些變化嗎?請告訴我們從那時到今天的主要變化和趨勢好嗎?



Graham Curren: 好的,我可以回溯到更早一些時候,但你知道,自從引入時序驅動設計、引入綜合後,我認為沒有任何重大變化,或者任何真正劇烈的變化。當然,會有一些較小的事情發生——時不時地發生改變,并且不斷增加。



但是我今天看到的問題和挑戰與我在25年、近30年前看到的并沒有什麽不同。因為年紀足夠大的原因,我很早就接觸cadence的早期工具了,當時Cadence還是首次進入市場。我這一代有很多人經歷過這種情況。挑戰非常相似,特別是當Avanti公司在綜合中引入時序驅動設計和Synopsys的開發板時。從那以後我沒有發現任何重大的革命性變化。



Nitin Dahad: 那倒很有意思,那接下來我們談談下一件事。從設計服務一直到開發ASICS和IP平台你都有涉足。請您透露下有關Sondrel公司的商業模式以及運營方式方面的更多信息好嗎?



Graham Curren: 好的。從第一天起,就像許多創辦自己公司的人一樣我就有了個很棒的曲棍球棒商業計劃,上面寫着“我們将在兩年内達到10億美元”之類的東西。事實證明生活比這要艱難,但我們一直有做矽片供應和設計的理想。鑒于諸多方面的原因,一個決定需要一些時間才能取得成果,但我們幾年前就決定了,現在正是合适的時間。



我們需要培養良好的能力來實際交付芯片,因為這些芯片是大而復雜的芯片,不是一個可以輕松處理的小器件。它們很昂貴,測試也非常困難和復雜。你需要具備很多能力,所以我們需要有一定的規模和基礎設施來處理這些芯片。



我們幾年前就推出了ASIC業務,到目前為止它已經顯示出非常好的市場接受度。它具有很多設計服務沒有的優勢。這是更長期的項目,允許您長期參與,這确實是它的一大吸引力。



Nitin Dahad: 我想你就是在這個基礎上推出了一些IP平台。



Graham Curren: 是的,所以這裏的關鍵之一是如何讓您在一個設計上完成工作後,能夠在下一個設計上更有效率,同時當然要保持客戶的機密性和不同產品之間的差異化。公司總是以各種不同的方式嘗試這一點,無論是擁有IP塊、軟IP還是硬IP,無論是平台、子系統還是其他任何東西。因此,我們提出了這種我們稱之為“ 構建未來”的方法,它能讓我們應對四五個不同的市場,并且真正将工程工作重點放在如何有效地組裝這些復雜的SoC上。



例如,雖然我們不設計自己的硬IP塊,但我們會告訴客戶,必須使用什麽樣的東西。我們要做的是研究如何真正有效地将其他人的IP集成到系統中,确保它們得到良好的表征和知名度,并且可以低風險、快速地完成這些事。



Nitin Dahad: 你有足夠的人力把這一切放在一起嗎?這種做法肯定還需要一定的人力,盡管我們已經有了能将人工智能和智慧用于設計過程中的EDA工具,但我猜你仍然需要一定的人力。



Graham Curren: 是的,今天設計芯片的背後仍需要大量的工作,必須弄清楚要使用什麽樣的工具以及使用它們的順序。另外還必須訓練工程師。雖然這些事情要花費大量時間,但還是需要做好所有這些研發工作才能去開發平台或完成将要做的其他任何事情。就像處于我們這種情況下的所有公司一樣,除了從事客戶關系工作外,還必須有很多人在後台默默的付出。開發自己IP的能力是業務中非常非常重要的一部分,是推動未來收入和未來增長的動力,也是能夠說服客戶并使他們的項目取得成功的基礎。因此,我們每年将大量收入(數百萬美元)用于内部研發。



Nitin Dahad: 那麽,客戶通常來找您是為了什麽,來找您的客戶類型是什麽?是針對特定市場或特定應用程序的客戶還是通用性客戶?



Graham Curren: 它實際上可以是任何方向的。我們經常在這方面展開讨論和思考,是否應該專注于特定市場或其他什麽,但我們的專長是交付采用新技術的復雜設計。所以通常不參與40納米以上的設計。我們從事的幾乎所有設計都是12、7、6、5納米,甚至有一個是3納米。這是我們的最佳定位,通常也表明了我們的市場方向。



因此,我們關注的往往是網絡、圖像處理、人工智能等這些類型的市場或應用領域。就公司而言,它可以是從大型半導體公司一直到初創企業的任何公司。



Nitin Dahad: 之前我說過,大芯片似乎是你們的專長,并且你們也服務于該市場,對嗎?



Graham Curren: 不完全這樣。雖然我們确實讨論過大芯片,而且我們談論大芯片的原因之一是人們對它更感興趣。您不希望發布新聞稿說我剛剛完成了一個小芯片,我想沒有人願意閱讀這樣的新聞。事實上我們的确做了一些非常大的芯片。我們已經流片了許多芯片,它們都超過了600平方毫米,而這個尺寸是7納米的掩模版極限;我們有個5納米的芯片也是那個大小,這些芯片裏可是有數十億個晶體管。

但我們也做一些更普通的尺寸,比如60-70平方毫米,甚至在某些情況下2、3、4、5平方毫米。但它們都有個共同點,即它們都有一些不尋常的地方。我的意思是,全球實際上只有大約四家公司可以采用這些技術進行設計。



所以這給了我們很強的差異化優勢。當然,它也讓我們的工程師非常感興趣。他們喜歡用新技術做設計,而且我也是工程師出身,正如我已經說過的,在5納米範圍内進行復雜的分層異構設計比小型混合信号設計有趣得多,這點與10或20年前基本相同。



Nitin Dahad: 現在你們的注意力集中在ARM,因為您擁有這些專業知識。客戶是持有他們自己的Arm許可證來找您,還是基于你們自己的Arm許可證銷售產品?換句話說,客戶如何與你們合作呢?



Graham Curren: 這是一個有趣的問題。為此我們已經争論了很多很多年了,當我們只是提供設計服務時,是只從我們這兒購買設計服務、再從其他人那兒購買實際產品更好,還是我們提供一條龍服務更好。



客戶反復告訴我們,市場也反復告訴我們,客戶想要一站式購物商店,所以今天我們也這樣做了。客戶來找我們,我們為他們做所有事情,包括某些情況下甚至為他們編寫規範、做架構設計、從無論誰那裏采購所需的所有IP。然後我們采購矽片,進行測試,然後交付合格的產品。所以整個流程我們都做,客戶來到我們這裏就像是來到一站式購物商店。



Nitin Dahad: 所以他們不必做那個許可或類似的事情?



Graham Curren: 是的,他們什麽都不需要做。這又回到了我一開始所說的,即形成規模經濟。如果你去一個IP供應商那裏買東西,一次又一次地買與只是買一次相比,不僅價格不一樣,你還會得到不一樣的關系。我認為那些沒有做過很多芯片的人,或者可能只是五六年前做過一個芯片的人,都會低估采購、認證、檢查和集成第三方IP的復雜性。



東西從來都沒有100%完美的,總會欠缺一些東西,總是需要檢查,總是需要集成等等。因此這方面有很多工作要做,我們認為由一個人或一家公司完成所有的事情要好很多很多,這也是我們的客戶喜歡的。



我再多說一句。這也是我們從未設計自己的IP的一個原因,因為當人們來找我們時,他們會說,你知道我想做一個架構,什麽方案對我來說是最好的解決方案,我們需要獨立的方案。



這時我們不會告訴客戶:你必須使用我們已經設計好的DDR 5,或者你必須使用我們擁有IP的這款處理器,我們不會這樣做。而是為他們找到最佳解決方案。



Nitin Dahad: 讓我們談談當前的一些趨勢吧。你知道,集成是現在最重要的事情,需要提供更多的參考解決方案,這也是許多芯片公司正在做的事情。在這方面你們公司是如何定位的?



Graham Curren: 同樣,這在很大程度上是為了解決某個人的問題,在某種程度上我認為是這樣的:我們了解矽片以及可以用它做什麽,而我們的客戶通常了解市場和他們的需求。通過将這兩者放在一起,我們試圖做的是對客戶說“這就是你能做的”。他們會說這是我想做的事情,當然适當的時候我們會以某種方式引導他們,有時對他們來說會很有啟發性。



舉例來說,在iPhone上市之前,沒有人知道我們需要iPhone,直到蘋果或其他人向我們展示智能手機的樣子,随後我們才會做出正确的決定。所以必須有人向客戶展示什麽是可能的,以及要做什麽權衡。來找我們的許多客戶已經有一段時間沒有做設計了,我們都看到了成本指數曲線。他們常常有些出人意料。他們可不真想在項目中砸進1000萬甚至2000萬美元的IP成本,因此我們必須努力向他們展示什麽是可能的,也要向他們展示如何重新定位產品或更改產品或更改架構,以便幫助他們獲得他們所需的真實投資回報。



有很多方面需要考慮,無論是上市時間,還是功耗,無論是單位成本還是其他什麽,我們都需要認真思考,所以了解客戶的業務是我們真正嘗試開始的地方。



Nitin Dahad: 您認為芯片行業面臨的下一個重大挑戰是什麽,或者有哪些挑戰?在接下來的3、5年中,您認為自己必須從哪些方面來着手提供解決方案?



Graham Curren: 這在很大程度上是我們過去20年來所做工作的演變,但這一切都與大小有關。對我來說,這完全取決于數據的大小和設計團隊的大小。



再次回到我們前面看到的那些指數曲線,在觀察這些曲線時人們很容易想,哦,是的,這是一條指數曲線。當您真正看清并看懂IBS數據時,他們會說(不論你同不同意)設計一個芯片可能會花費5億、7億甚至是10億美元。換個角度看,那可是5000人年。而且你還得在18個月内把它弄出來,這可是涉及很多人力物力。



當然,可重用性和其他類似技術可以減輕這種情況。但兩者之間的步伐并不是線性的,即使是一代又一代的百分比變化在不斷上升。所以當你從兩個人變成三個人時,這是可以管理的。當你從50人增加到100人時,突然間對許多公司來說就無法管理了。



因此我們正在研究大數據工場、大數量CPU、大數量磁盤、大量需要管理、控制和認證的數據以及大型團隊。過去20年來,市場已經從“我需要設計專家”轉變為“我需要能夠控制一切、能夠管理項目并将其整合在一起”。與20年前相比,它更像是一個大型工程項目。



Nitin Dahad: 那麽Sondrel公司會繼續成為您不需要雇用的大型工程團隊嗎?



Graham Curren: 沒錯,我們需要繼續擴張,這對當今市場來說确實有很大的挑戰。正如我們所知,當今市場面臨着特殊的挑戰。客戶和媒體都在擔心采購矽片和獲得芯片的能力。在ASIC和設計服務領域同樣如此:交貨時間正在消逝(意指縮短),人們做出決策的時間正在消逝,甚至開始啟動的時間也在悄悄溜走,卻有一系列設計等待開始構建。在接下來的幾個月中我們會看到這種情況如何發展,但能夠做芯片的人是越來越少。



有很多人可以做40納米芯片。但正如我所說的,世界上可能只有3、4家公司可以做5納米芯片。



Nitin Dahad: 這就引出了一個我猜是技能的問題。我知道你正在世界各地部署團隊,會在像印度這樣的地方招聘工程師,那麽在招聘工程師時技能是一個大問題嗎?



Graham Curren: 技能是個大問題。招聘經理經常說我想要一個已經做過5納米大型SoC的人。嗯,當然沒有合格的人,你雇不到那樣的人。所以最近我們花了很多精力,雇了更多的人來領導教學工作。我們過去與大學一道開過一些課程,幾年前我們開始和諾丁漢大學一起做了很多工作。培訓員工、教他們做什麽是我們今天的業務中非常非常重要的一部分,因為我們需要能夠接觸到這些團隊,需要能夠擴大這些團隊的規模。



處于領先地位的問題是你不能從其他人那裏得到它們,你必須自己做。



Nitin Dahad: 我猜你正在從世界各地招聘人才,所以公司在世界各地有很多分支機構嗎?



Graham Curren: 是的, 我們設立研發中心的宗旨是在成本、員工能力、雇用員工的能力及與客戶的距離之間取得适當的平衡。我們不僅要滿足客戶的成本要求,還要滿足他們的文化、語言和時區要求,因為我們必須與他們密切合作。所以我們在美國有員工,在英國、非洲、印度和中國也有員工。故我們的業務從不同的基地輻射,覆蓋全球。

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