今天是什么让一个芯片设计成功的?

“晶体管自由”的口号是半导体产业在1990年代和2000年代早期。这不再是事实。

的结束Dennard扩展同时利用晶体管的麻烦,但晶体管仍有效地无限。这导致了一个时代,大量的灵活性可以植入芯片。它并不重要,如果所有被使用;更大的灵活性使整个市场机会更大。

快进另一个十年,未使用晶体管在某些情况下变得更更何况这样一个责任。

对许多公司扩展不再发生,竞争力来自更好的设计,更好的性能和更低的权力。更多的要求也放在每一个晶体管。他们需要实现的功能,是安全的,安全的,能够为更长时间保持服务,应对严酷的环境下,在许多情况下是可更新的。这意味着设备通常需要特定end-application调谐。

这样做特异性每个晶体管的设计,带来更大的成本验证,制造业和测试,导致许多商业决策得到重新考虑。

“建立一个产品,吸引了广泛的可能的观众,人们用于构建在一个很大的灵活性,”杰夫•米勒说,产品营销经理坦纳产品内导师,西门子业务。“我们希望每个人都会想要的所有功能。通过一定的开销。工程的一大挑战,尤其是工程与营销,是建立一个产品的特性集吸引足够的市场,它是一个成功的产品在不影响自身和崩溃在它自己的重量。”

产品必须平衡成本和灵活性。“虽然设计soc、灵活性支持大型的应用程序仍然是设计公司成功的关键很低,尤其是当卷”指出Ranjit Adhikary,负责营销的副总裁ClioSoft。“他们都很关注成本的硅和采取必要的措施,他们必须决定哪些特性保留以达到所需的价格,性能和地区。”

在最新的节点,方程是有点不同。说:“半导体的经济正在改变杰夫•泰特首席执行官和创始人之一Flex Logix。“有面具升级成本,死在数百平方毫米,设计团队的工程师和IP预算超过10美元。晶体管可能还便宜,但开发成本和时间,是日益严重的问题。当然,从头做一个设计,一个只包括需要精细,比一个臃肿。但是很少有公司可以做一切从头开始了,因为钱或者日历时间。”

图1:EDA未能跟上摩尔定律?资料来源:美国国防部高级研究计划局

选择IP
这个行业走到今天由于重用和供应的增长第三方知识产权。这显著减少投放市场的时间和工程团队的大小。相同的市场力量的发展影响IP-maximize特性集,这样会吸引最大可能的市场。

的引入RISC-V开源ISA就是智慧的质疑。“对于某些应用程序,成本是非常重要的,”说Krste Asanović,首席架构师SiFive。“是一个项目成本项目的决定。灵活性是一个C套件的决定。如果你要创新,要灵活性?这将花费你因为你必须安装工程。所以成本不是主要的问题,你解决市场不能做之前,你有竞争优势,也许你将收取更多的芯片,因为他们比别人更有能力。”

灵活性是关键。“设计的自由做你想做的事情没有锁定是一个有趣的商业命题,“马丁·斯科特说,首席技术官Rambus。“入学学术社区,以及商业行业,扩展添加到ISA固有的简化加密和安全是一个困难的问题,但它需要做。设计与安全专业知识和制作这些权衡架构上也很重要。这可能支持为什么我们看到最早在较小的设计和牵引物联网设计。它仅仅是容易完成的建筑控制这些设备而不是大型多线程处理器与大型应用程序进行交互。

但灵活性需求也取决于终端市场的成熟度。”设备和芯片开始作为一个新的技术往往是非常广泛的,”米勒说。“胚根端胚乳和工具有一个大成本参与为市场带来一个芯片,所以人们希望他们尽可能广泛。但是随着时间的推移,这些优化特定用例和环境。”

还有其他较小的固有优势,简单的产品。“简单的产品提供一个较小的攻击表面,从而提高安全,”塞吉奥Marchese指出,技术营销经理OneSpin。

从安全的角度来看,简单是很有吸引力的。“简单,起点简单验证和安全等问题更容易处理,“Asanović补充道。

这并不能消除需要验证不需要的部分,然而。

“这不是那么容易,”解释道Adnan哈米德的首席执行官Breker验证系统。“如果功能存在于设计,它必须得到证实,无论你使用它的应用程序。功能可以通过安全漏洞被激活,你可能需要确保所有条件下产品仍然是安全的。”

虽然标准持续增长和随着时间的推移变得越来越复杂,以满足新的要求一些设计的复杂性和需要更多的粒度远远超出这些标准。“我们不得不重新设计USB 2核心适合小面积在40 ulp类型的物联网设备,”解释Navraj Nandra,高级营销主任DesignWare模拟和MSIP解决方案组Synopsys对此。”到较小的区域和较低的权力,有一个权衡的一些特性。一些功能被删除,添加了电池充电等。对于物联网的边缘设备,他们仍然希望USB 2,但他们不需要480 mb / s的速度。他们关心的是最佳功率和面积所需的数据传输速度。”

新的优化挑战
汽车和物联网添加需求在过去已经不存在。这两个市场正在寻找产品部署时间远远超过商业产品,在这个领域,这使得产品更新必要的。

“你需要保持足够的灵活性,以便他们可以是有用的在未来,采用不同的任务简介随着工业的发展,”米勒解释道。“对物联网和企业的类型,它是关于你提供的服务和价值。它不再是单位成本的CPU或AI的处理器。它是关于最有效的方式提供服务,它提供了收入。这种挑战传统半导体看待事物的方式,如销售芯片。芯片设计出售服务。”

机器学习也创造了新的要求的灵活性。“人工智能算法是不断变化的,”迈克说Gianfagna,负责营销的副总裁eSilicon。“这导致硬件加速,通常与gpu或完成fpga随着算法的发展,允许对字段更新。然而,这种趋势有其局限性。自定义AI加速器的ASIC总是提供优越的能力,性能,所有权的总成本相比,更普遍的和可编程的方法。我们需要的是一个灵活的ASIC结构能够快速适应不断变化的算法。”

负责市场营销的副总裁马克•Naddell矛隼技术,对此表示赞同。“一个通用的实现将是一个昂贵的多余的芯片组与全面改造,以适应任何使用的软件。没有制造商想部署,因为这将是昂贵的,不节能。为边缘设备尤其如此。公司正在逐步引入有利的解决方案,以确保他们符合所有的核心需求,将使它成为一个成功的大众市场的产品。他们正在非常具体的好处他们试图兑现的边缘。他们必须确保设备仍然相对较小,因为希望小型设备。”

形成了一种与环境的平衡。“新算法和研究论文是经常出来,”马丁说Croome,业务发展副总裁GreenWaves技术。“我们不能优化专家最后几年的问题。我们需要一个可编程的元素。有些人采取的方法构建一个芯片为一个特定的主题。适用于类似关键字后,有足够的产品,它是有意义的。但更一般的传感器和边缘设备,市场有大量的分割。如果你建立一个特定的工作,你将没有足够的体积。”

同样的推理适用于安全。“成为连接,关注安全变得至关重要,”米勒解释道。“安全是一个不可思议的挑战来获得正确的第一次。大多数人依靠的是能够现场升级他们的设备来克服最新发现的威胁。安全方面的灵活性非常重要。如果你有你所有的固定在硬件功能,你将很难发送更新时发现安全漏洞,而拥有更多的嵌入式处理器,可以固件升级。”

嵌入式FPGA功能是一种新型的灵活性被添加到一些设备。“FPGA机载设备是一个非常有用的方式在这样的经济环境下物联网提供的灵活性,”戈登·艾伦说产品经理,在导师。“每个人都需要5克,每个人都需要无线网络,每个人都需要高清晰度视频、音频声音recognition-all的标准功能,以便在哪里有人区分他们的产品吗?它可以由可编程的软件或硬件如嵌入式FPGA块。”

降低设计成本
如果可以减少设计成本,这将产生重大影响的数量的产品,在市场上可能存在。这些产品的特异性将导致更少的浪费面积和权力和导致更多的优化产品。

作为未来制造业的竞争节点放缓,我们可以期待更多的成熟的节点优化工具吗?“最近的节点挑战双重和三重模式,不存在较大的特征尺寸,”米勒说。“所以有一些特性,不会受益的人使用尺寸更大一些。所面临的挑战是确保人们操作在180海里不补贴7海里的需要客户和支付工具,满足他们的需求速度相当。工具在许多方面是相似的。有能力设计的人更有意义传感器在较大的特征尺寸和功率芯片和有不同的功能,人在高级节点需要。”

工具可以帮助的更多关注。“什么是更重要的是技术关注的具体问题,“OneSpin的Marchese说。“如果你想创建一个模型,有利于许多不同的问题,这可能节省一些开发工作,但是可能不是针对任何特定的应用程序进行了优化。在正式的工具尤其如此小的变化的内部模型可能会对性能产生巨大影响。类似的争论可以为工具的易用性。这里的关键的用户只有选项和特性相关手头的任务。”

返工工具是有问题的。“这是EDA工具提供商很难移除特性在一个工具,”ClioSoft的Adhikary说。“工具已经被设计师使用很长一段时间,他们做任何更改的后果可能会影响很多设计。脚本曾经用来工作,可以打破如果支持它的功能是删除。也不是很容易确定哪些特性是使用专门的客户。”

结论
在高度竞争的领域,平衡设计成本、制造成本和灵活性是一个孤注一掷的决定产品的成功。超级柔韧芯片的日子已经不复存在,取代了在某些情况下,一种新的flexibility-field升级能力的要求。

新兴市场正在改变的重点从功能提供购买的时候,在产品的生命周期功能进化。此外,更要注意确保任何可用的灵活性是安全的。显著降低成本的设计可能需要帮助更多的优化产品是经济市场。