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如何助力开源EDA的繁荣?

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更多 发布于:2020-12-07 10:13

EDA/IC设计

EDA (Electronic Design Automation) 已经成为了集成电路产业中重要的一环,而目前全球EDA市场主要是被国际巨头所垄断。尤其是在贸易局势多变的情况下,EDA也被视为是我国集成电路产业发展过程当中的一个“卡脖子”环节。

但从我国EDA产业发展的现状上看,我国EDA市场还存在着产品覆盖不全、技术积累薄弱、人才缺口巨大等问题。为了改善这种现状,在2020集成电路EDA设计精英挑战赛的同期,南京集成电路设计服务产业创新中心有限公司( 简称:EDA创新中心 )举办了”开源EDA助力产学融合论坛”。

EDA创新中心行政副总经理李琳表示:“集成电路是高科技领域产品及应用的核心技术之一,EDA则是我国集成电路产业中仍显薄弱的一环。而开源作为一种创新的模式已经在软硬件方面取得了巨大的成功,如何将开源的成功复制到EDA领域,发掘出开源EDA的价值,也成为了业界的新课题。”

开源EDA的必要性

从全球EDA产业发展的情况来看,上个世纪九十年代,美国在支持超大规模集成电路发展的过程中,推动了一系列EDA工具的发展,奠定了其在全球EDA领域中的优势地位——据相关统计资料显示,目前,除了三大EDA巨头是美国企业,全球中小型EDA企业中的60%也是在美国建立。

多年来,这些美国企业主导着全球EDA市场。如今,EDA已经发展成为了集成电路的核心支柱产业,而我国在EDA领域还与世界先进水平具有一定的差距,因此,国外厂商的发展经历和技术发展方向也能为本土厂商提供思路。

东南大学国家专用集成电路系统工程技术中心教研室主任杨军博士指出,发展国产EDA的目的在于要对集成电路产业起到支撑的作用。从另外一方面看,集成电路发展的最大动力是创新,EDA则是创新的载体之一,所以,本土EDA的发展不仅要补短板,还需要创新来驱动这个产业的持续发展。

开源则是EDA实现创新发展的方向之一。从过去市场的经验中看,以Linux和安卓为代表的开源软件在商业上获得了巨大的成功,此外,还有一些开源软件已经逐渐成为主流工具之一,这说明了开源软件的价值已经被市场所认可。

开源在成本和灵活性上的优势,也同样吸引了很多集成电路企业的注意。尤其是在芯片设计越来越复杂的今天,芯片设计对EDA的要求与依赖也越来越高,这也就意味着,相关厂商要为更先进的EDA工具而负担更高额的成本。因而,EDA也开始向开源方向发展。

从另一个角度来看,开源硬件被越来越多地应用到集成电路领域中,以实现芯片设计重用和设计加速,并开始逐步落实。北京大学高能效计算与应用中心执行主任罗国杰博士曾在其发表的一篇文章中指出,开源EDA工具在开源硬件的设计中扮演着非常重要的角色。若没有开源EDA工具,开源硬件依然需要借助商业EDA软件进行后续设计,而这些商业软件很有可能无法高能效地完成开源硬件的后续开发。

因此,开发开源EDA不仅能够推动国产EDA产业的创新,在商业价值方面还有着很大的发展空间。

开源EDA的发展难点

虽然开源是EDA的一个创新方向,但开源EDA的发展依旧面临很多挑战。

中科院计算所助理研究员解壁伟博士在本次论坛中指出了开源EDA发展的三大难点,其一是开源EDA工具质量相比商业工具还存在着很大差距,这也使得用户数量非常有限;其二,Contributor同时需要具备计算机、数学和电子方面的知识,但这类人才的基数较少,导致了开源EDA的贡献者数量有限;其三,由于开源EDA框架结构不清晰,导致了代码不统一且复用率低,工具与算法绑定,设计新算法通常需要大量重写,使得开源EDA的推广和大规模使用受到了阻碍。

在EDA领域当中,FPGA EDA在开源方向上已经取得了一些进展。据安路科技软件Fellow刘建华博士介绍,由Jason Anderson教授领导开发的LegUp Computing是一款FPGA高层次综合工具,可以使硬件设计人员可以使用C对FPGA器件进行编程,以提高生产率并简化验证;在逻辑映射方面,伯克利实验室所推出的ABC也被多家FPGA企业采用;另外,由Vaughn Betz教授领导研发的FPGA布局布线工具VPR也受到了企业的欢迎。

作为支持国产开源FPGA EDA发展的企业之一,安路科技的刘建华博士指出了开源FPGA EDA的发展难点。他表示:“开源EDA工具社区通常以学校和极客为主,他们具有丰富的创造力但也存在着缺少工程经验和资金支持等问题;而纯商业的大型企业缺乏鼓励外部创新的动力,一旦内部技术达到先进水平,就转向专注于内部改进,而忽视对开源的贡献;另外,在商业工具已经具有竞争力的领域,开源EDA工具难以维持高质量。这都成为了开源FPGA EDA的瓶颈。”

如何助力开源EDA的繁荣

为了突破开源EDA的发展瓶颈,我国在近两年中也涌现了一批致力于此的企业。在2019年6月成立的EDA创新中心便是其中之一。据其官网介绍显示,开源EDA平台、EDA产业标准、EDA云平台服务以及先导性技术研究是公司聚焦的四个板块。

针对开源EDA平台方面,EDA创新中心研发副总经理陈刚博士表示:“开源EDA对基础组件的需求在于点工具各自独立,需要统一的底层平台,整合成套的工具链。实际上,开源组件是一个开放的科研平台、教育平台,也是一个开放的创新平台。”

为此,EDA创新中心研发了一款OpenEDA.com开源平台。今年11月,该开源平台正式上线, 该平台首个项目——开源EDA基础构件OpenEDI也于同期正式发布。根据陈刚博士介绍,OpenEDI的建设思路是从数据库入手,聚焦通用、有共性的组件(包括parsers、通用算法以及通用计算架构),再交付到产业当中应用于具体工具产品。

据悉,OpenEDI将围绕着超大规模集成电路设计、制造、封装测试等领域所需EDA技术进行开发与发展,旨在促进EDA领域的开源开放协同创新,构建EDA的技术链、创新链和生态链,推动EDA开源软件技术和产业发展。

从学术角度上看,罗国杰博士认为,打造开源EDA算法平台是发展开源EDA的突破口之一。“开源支撑EDA算法开发,使其成为芯片设计者可掌握的技能”,他指出:“通过层次化和功能重用能够解决软件复杂度的问题。”

从流程上,EDA大致可分为应用层、接口层、数据层、算法层和求解器层。通过拆解,框架开发者可专注于增强EDA算法的性能,EDA算法开发者专注于算法设计而不需要过多地考虑性能,而芯片设计者则可以根据自己的需求来实现快速定制。在这其中,开源EDA组件就有机会赋能,实现AI驱动的自动设计流程。

顺应EDA智能化发展趋势,与AI人工智能学院互相合作,不仅是行业趋势,这也是行业专家所提倡的。

这也意味着,开源EDA的发展离不开人才,因此,培养EDA人才也成为了业界专家关注的重点。杨军博士指出,集成电路一级学科的建立,如果就此促成EDA二级学科的建立,将会为培养EDA人才提供了机会。在这个过程中,师资力量和课程的设置则是需要考虑的重点。此外,校企合作培养,产、学、研精准协同也在其中发挥着重要的作用。杨军博士表示:“EDA英雄不问出处,以赛代练,也可以吸引更多的EDA人才。”

而集成电路EDA设计精英挑战赛便提供了这样一个机会。

作为为本次大赛提供特别赞助的EDA创新中心也十分注重EDA人才的培养。据了解,EDA创新中心将大力引进海内外优秀的集成电路人才,同时通过完善的内部培训机制,培养出年轻的后备力量,搭建起完整的人才梯队,并为员工创建完善的职业发展通道。在未来的5至10年,创新中心将打造成为我国乃至全球EDA前沿技术研究中心、技术储备中心、人才培养与集聚中心。

为了落实人才培养计划,今年11月,EDA创新中心还联合了东南大学和华大九共同打造了联合实验室,旨在加快EDA技术研发和人才培养,推动国内EDA产业整体提升。

结语

开源EDA的发展已经受到了业界的关注,EDA创新中心立足于南京,拥有非常丰富的高校资源,同时,在南京江北新区国家级新区和自贸区双区联动,及“芯片之城”两城一中心的带动下,此地所集聚的大量集成电路企业,也为EDA创新中心的开源项目发展提供了契机。

在政、企、学、研的共同努力下,我们或许可以期待,开源EDA能够为本土EDA产业链的发展打开新的大门。

                                                                                                                      责任编辑:tzh

本文源自电子发烧友,转载目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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