MentorCEO：IC设计产业新创风潮再现

明导国际(Mentor, A Siemens Business)总裁暨CEOWally Rhines剖析IC设计产业最新发展态势。

在明导国际(Mentor, A Siemens Business)日前举行的Mentor Forum大会上，该公司总裁暨CEOWally Rhines剖析了目前IC设计产业的最新发展态势。他指出，在移动时代之后，由于高端制程太过昂贵以及缺乏新的杀手级应用，一度被视为创新动能趋缓的半导体产业，随着AI、IoT与5G技术的兴起与汇聚，又重新展现出蓬勃发展的样貌。而在新创公司数量大幅成长、更多系统业者进入IC设计领域、以及国内大笔投资半导体产业的多项趋势带动下，芯片市场未来将能享有强劲的持续成长。

锁定AI商机　IC设计新创公司纷纷成立

Rhines表示，从几个面向可以看出目前IC设计活动的热络荣景。首先，据统计，2017年，投入无晶圆半导体新创公司的创投资金总计为9.46亿美元，此金额今年预估将快速成长至18亿美元。与2009年至2012年平均每年为9.2亿美元，以及2013年至2016年大幅降至3.82亿美元相比，可以明显看出这是一个完全翻转的趋势。

与这股强劲的新创风潮相比，过去两年引人瞩目的市场整并议题，现已显得无足轻重。这些如雨后春笋般纷纷成立的新创公司，若以其投入的领域来看，其中绝大部分为AI与机器学习、其次是加密货币、5G、存储器、以及类比与电源。进一步分析，这些业者锁定了特定领域的AI／深度学习控制器开发，例如脸部/视觉/语音识别、自动驾驶、疾病诊断、气味识别、边缘运算、加密货币等，试图以创新设计来提升AI应用的执行效能。

事实上，AI已历经长期的发展，更曾在1980年代掀起过一波热潮。但由于受到缺乏大量数据、电脑运算能力有限、先进演算法尚未成熟、以及缺乏能够创造营收的杀手级应用等多项因素影响，使AI沉寂了好长一段时间。但现在来看，这些问题已不复存在，因而造就了AI旋风的再次扬起。

但是，特别值得注意的是，现在大陆IC设计新创业者筹得的资金已经超过美国，显示出大陆想在AI新时代中占得一席之地的强烈企图。

另一方面，大陆的IC设计产业也正逐渐壮大中。据统计，大陆IC设计业者的家数已从2015年的715家，到2017年快速增加至1380家。而且，大陆IC设计公司的规模也早已不可同日而语，据2015年的数据，员工介于100~500人的比例已占43%，而2006年时，此比例仅为9.8%。大陆政府投入大笔资金扶持半导体产业，且其目标已从晶圆制造移转至设计领域，长期来看，对市场竞争态势必定会带来深远的影响。

与此同时，更多生力军加入半导体产业，也是造就IC设计市场荣景的一大因素。除了亚马逊、Facebook和Google等网络巨擘开始自行开发芯片之外，汽车业者也加入此一行列。例如，TeslaCEOElon Musk日前公开表示，将投资并扩编芯片设计团队自行开发专用的自驾车芯片来取代通用型GPU，目标是达到现行技术的10倍效能。汽车零件供应商Bosch也自行设立了一座晶圆厂。

「特定领域」架构设计将带动下一波的成长

显然，要有效实现各种AI应用诉求的美好愿景，以及把AI带到各式各样的边缘装置，现有的芯片硬件架构是无法满足的。Rhines表示，神经型态(neuromorphic)芯片的发展，将能突破目前Von Neumann电脑架构的瓶颈，运用与人脑类似的基于存储器的处理模式，将能带来数个数量级的效能提升与功耗降低，是业界积极努力的方向。

他引述知名电脑科学家，现为Alphabet公司董事长的John Hennessy的看法，当摩尔定律趋近终点时，一直以来追求速度更快的通用型处理器的时代已经结束，未来芯片设计将朝「特定领域(domain-specific)」架构移转，能以极佳的效能执行特定的应用任务。

从目前纷纷成立的IC设计新创公司来看，主要都是从事特定领域架构的芯片开发，未来我们将能看到各种创新架构的出现。Rhines指出，许多新创团队都是集结了不同领域的人才，为了解决特定的问题来开发芯片。例如，Emoshape公司正在开发能够感知情绪的情感处理器(EPU)，可为电玩、虚拟实境等应用带来极大的改变。这与过去IC设计业者主要投入通用型芯片的新创型态有很大的差异。

当然，这麽多的新创芯片公司之中，必定会有许多业者会无法通过市场的竞争而遭到淘汰。但是，他强调，由于未来有无限的可能性，新创业者没有包袱、移动敏捷，未必无法与既有的大型芯片业者和系统业者竞争，仍有机会大显身手。

另一方面，对EDA业者来说，特定领域架构设计将带来对设计方法论与工具的新需求。Rhines解释说，为了加速设计，萃取与功率分析需要移转至新的层次，这已带动了高端合成(HLS)的需求，能直接从高端语言进行设计与分析，以显着减少验证与除错的时间及成本，可实现比现行RTL设计方式更佳的生产力。

此外，HLS可提升功率预估与最佳化设计，在HLS开发阶段就准确预估功率，平均能减少10~30%的功率。例如，Google利用HLS方法论设计VP9编解码器，除了大幅加速模拟与验证的时间之外，超过99%的错误能在C模拟阶段就被发现。其他的成功案例还包括NVIDIA、Bosch等领先业者。

Mentor投入HLS领域已有五年多的时间，现在随着技术成熟，将逐渐获得更广泛的采用。Rhines强调，这对芯片设计来说，是一项革命性的进展。另外，针对导入AI来提升EDA工具效能，西门子已于去年收购Solido设计自动化公司，取得其基于机器学习的变异感知与特徵化软件，来提升模拟分析的准确度与效率。这也显示出西门子购并Mentor的成效，能以更丰富的资源强化对IC市场的承诺。

最后，Rhines引用Gompertz曲线的成长模式，这是一种时间序列的数学模式，来预测未来半导体产业的发展，并不会因为摩尔定律的趋缓而受到影响。

他认为，摩尔定律是两个条件成立下的一种学习曲线，而其条件包括累计的晶体管生产数量会随着时间成指数成长，以及成本减缩是来自于特徵结构尺寸的微缩。若把历年来晶体管生产的总量来套用在Gompertz曲线中会发现，现在半导体产业才处于晶体管数量的起涨点，他乐观预期，成长率的高峰为2038年，之后才会逐渐趋缓。而这段期间，多种先进技术的研发，包括DNA储存、纳米碳管等，将能为传统的矽晶晶体管找到替代方案，以维持产业的长期荣景，也唯有勇于投入研发的公司，才能因应这一波变革下造就的半导体产业全新格局。