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2manbet ICCAD 2019 张竞扬:1/10资金、1/10时间、1/10团队,如何高效设计芯片?

发布时间:2020-01-10  来源:互联网    编辑:匿名  

2manbet ICCAD 2019 张竞扬:1/10资金、1/10时间、1/10团队,如何高效设计芯片?

2manbet,在11月21日于南京举办的中国集成电路设计业2019年会(iccad 2019)高峰论坛上,摩尔精英董事长兼ceo张竞扬发表了“1/10资金、1/10时间、1/10团队,如何高效设计芯片?”的专题演讲。

今天我要跟大家分享的是一个梦想和一个现实,梦想就是怎么用1/10资金、1/10时间、1/10团队,高效设计出更好的芯片。现实是摩尔精英在向这个目标前进的道路上取得的一点小进展。

各方面的付出都砍到了1/10,还想有更好的产出?可能吗?可能我们的第一直觉是不行,但实际上,效率10倍提升的事在半导体行业过去发生过好几次。

1. “历史上两次成功的10倍效率提升案例:专业分工和晶圆代工”

在电子产业高度垂直整合的60年代,ibm为开发system-360,在3年多时间里投入了52.5亿美元,超过造出原子弹的曼哈顿计划。实力雄厚如ibm也差点被这个项目搞得资金链断裂,其他小厂家更是被完全挡在了电子产业的门外。

1958年,第一次10倍效率提升的革命开始,仙童ti发明集成电路,摩尔定律初现端倪,18个月性能翻倍的魔法给行业发展注入强大动力,新的产业节奏,专业分工造就了独立的半导体公司,以英特尔,德州仪器,美光为代表的idm企业引领行业。创立一家芯片公司需要的资金在当时大概是5000万美金,因为所有的芯片公司基本都需要自己建晶圆生产工厂,自己去研发生产工艺,自己招生产工人,然后才能自己做设计,需要的时间,钱和人都非常的多,5000万美金是很大一笔钱,但是和之前几十亿美金相比,已经提升了很多效率。

1987年,第二次10倍的效率革命开始,由台积电和arm共同开启,晶圆代工和ip授权模式的诞生,极大的提升了芯片设计公司的效率。因为有了台积电提供工艺制造,有了arm提供ip,相当于一头一尾做了很多工作,特别是有台积电投资建工厂,芯片公司创业需要的资金一下子就降低了一个数量级,大概500万美金就够了,验证过的ip又降低了设计的风险,芯片公司增加到了大概一千多家,芯片产业的规模也从80年代不到1000亿美金成长到今天接近5000亿美金。foundry和ip授权的出现,是偶然中的必然,从垂直整合到垂直分工,各环节越来越专业,大大降低了半导体产业的准入门槛。

把芯片公司需要的资金降低50万美金有没有可能?如果能做到这样,很多新的终端市场就能够被覆盖到,会大幅度提升各个行业运转效率,增加市场的规模,我认为这个目标是可能的,而且更大几率会在中国实现。

2.“摩尔定律速度放缓,芯片产业进入成熟期,仍有10倍以上增长”

创新的第一步是我们要愿意去改变,去创新,相信半导体仍然是值得我们奋斗终身的行业,之前也有一些朋友调侃的说“硅谷已无硅”“半导体是夕阳产业了”,实际上,集成电路经过60年的发展,2018年全球产值也只占全球gdp的0.6%左右。特别是中国的芯片行业产值年度复合增长率在25%左右,十倍于全球gdp的平均增长速度,未来还会保持高速增长。

我认为芯片行业才刚刚进入壮年,未来的20年,半导体仍将是全球科技进步的主要推动力。不管是全球的半导体产业,还是中国的半导体产业,都还有巨大的发展空间,今天我们在这个行业的人是幸福的。世界需要的更多的芯片,不管是品类,还是数量,都会大幅度增加,这一点相信大家都会认同。

过去的50多年,半导体产业一直按照摩尔定律,每18个月翻倍,大家习以为常,今天我们同样的钱可以买到40万倍的运算能力,但是到了2015年以后,发生了变化,现在性能翻倍,需要十年以上,每年只能增长大概3.5%,底层规则的变化,将倒逼产业格局的重构。

未来的芯片也许名字和外表没有变化,但是内在逻辑的变化会是巨大的,就如同当年“功能手机”和今天“智能手机”的巨大差别,虽然都叫手机,但已是不同物种。技术停滞是后进者追赶的机会,规则变化是新公司崛起的摇篮,摩尔定律的放缓停滞,为中国半导体产业带来了一个难得的机遇期。

3.“芯片是中国制造业的钉子,科技升级的关键 ”

对中国而言,芯片有着更为重要的地位。中国是全球的制造业大国,我们的制造业有个特点,叫两头在外,核心零部件在外,很大市场需求在外,一旦过重的关税加到中国身上,国内的制造业将会很快发生转移,25%的关税可以把你所有的成本优势,所有的效率优势全部抹平。

而一旦有20%的企业转移走,代表的什么?今天从事制造业的5亿人口里面会有1亿人很难就业,再加上他们的家庭,这个是一个非常可怕的未来,今天中国的高速发展,繁荣富强让一些国家不平衡,但是如果14亿中国人穷困潦倒,吃不饱饭,对世界意味着什么,可能更需要仔细想想。芯片是中国制造业科技升级的关键,也是能够把制造业钉在中国不流失的钉子。

目前我国芯片自给率非常低,十年内要让本土芯片产业取得近十倍的增长,一代人,必将走过千山万水。这既是所有中国半导体人的机会,也是其义不容辞的责任。不管一个新的城市想发展半导体产业,还是一个新的公司创业,都仍然有非常好的机会。

4.芯片需要从“标准产品”转变成“定制服务”

和过去相比,今天的芯片产业有3个显著的变化:

第一是低毛利,技术更新速度放缓,芯片行业的野蛮增长结束,当大部分人都会做7nm的时候,自然无法维持高毛利,技术的普及带来行业平均毛利率的下降,需要更高效的协作,提升生产效率才能维持今天的盈利水平。过去芯片行业大家习惯50%以上的毛利率,但在其他的大部分行业,50%的毛利就是暴利了。

第二是碎片化,市场在发生变化,过去芯片主要服务电脑和智能手机市场,特点是单品类,单款每年上亿出货,全球前十大公司垄断。今天物联网的需求表现出前所未有的多样性,单品的出货很小,聚沙成塔,才是一个大的市场。物联网芯片,特别是早期阶段,单款年出货可能只有几十上百万,终端市场碎片化,系统客户希望芯片可以做到“多,快,好,省”,芯片公司要如何应对?

第三是定制化,客户不会体谅摩尔定律放缓,消费者也不会降低对更多,更快,更好产品的需求,同等工艺条件下,要想变出花来,只能靠设计的优化,靠量身定制提升性能,市场需要的芯片不再是一个标准化的产品,规格不再由设计驱动,客户需要的是定制的芯片服务,规格定义更多是系统驱动,特定场景下的定制芯片才能满足性能要求;芯片需要跟终端应用紧密结合,站在欧美总部拍脑袋定产品,卖到全世界的时代已经过去了。

系统和定制芯片协同的好处,用华为手机举例,很多人感觉华为手机拍出来的照片特别好,原因是华为通过手机处理器对拍的照片进行了实时的处理,自动识别场景,自动ps美化,给了你一张更符合公众审美的照片。如果用标准芯片方案,传感器照回来的照片就直接显示,差距就非常的明显。华为并没有用更好的工艺,只是通过定制实现了差异化的体验,带来了销售和市场份额的大幅提升。

5.“制程工艺升级放缓,性能提升需要定制芯片设计”

在性能-灵活度的折中上,通用处理器享有最大的可编程性和灵活度,但同等功能性、能下,功耗最大; asic(application specific integrated circuit 专用集成电路)等于将使用场景固化,灵活度最小,但效率更优。

今天的大多数芯片,即使是许多所谓的asic,本质上仍然是多用途的。我们直接使用商业ip和晶圆代工厂的标准单元库,尝试在一款芯片中尽可能多地组合功能,通过一次流片覆盖更多市场。所有这些捷径,都以降低芯片性能为代价。

如果我们把asic设计推向单一化的极致(domain specific, dedicated asic),结果令人震惊。以加密货币挖矿计算为例,benchmark的结果,同样成本下的专用asic效率,可以达到cpu的数十万倍。这些设计者们采用全定制基本单元库,手工来优化布局布线,挑战晶圆代工厂drc极限,用设计sram基本单元的方式设计整块芯片,进行了极致优化。

6.“设计成本快速攀升,芯片行业需要工业革命”

我们看到定制芯片设计的潜能是巨大的,今天之所以没有太多的定制化极致的芯片,原因在哪里? 研发成本!

过去,设计一款28纳米芯片的研发成本约为5000万美元,7纳米上涨到3亿美元,而预测3纳米将达到15亿美元之多。先进工艺的芯片研发成本不断攀升,已经很少有芯片产品,能够承受得起这么昂贵的前期投入了。

在过去的30年,全球半导体研发支出比例基本保持在14%左右,物联网需要更多品类的芯片,每颗芯片的研发成本又在不断上升,如果按照这个趋势继续下去,不做任何改变,芯片的研发费用可能就吃掉所有的利润。

如何在一个碎片化市场里面,高效的定制开发芯片,维持相对合理的毛利率,这是个价值巨大的问题。芯片行业需要再一次的工业革命10倍提升生产效率。

7.“芯片巨头并购整合,规模经济提升25%效率”

行业在行动,通过并购整合提升效率。2015年之后全球发生了90起以上并购,总金额超过2500亿美金。感谢mentor董事长wally的数据追踪,我们看到,整合后,平均的效率提升大概是25%左右,按照全球646亿美金的研发支出,25%的提升意味着160亿美金的额外利润,虽然达不到期望的10倍提升。我们先看看25%的提升是怎么发生的,或者说为什么小公司的研发效率比不上规模化企业。

第一,公司规模降低新项目研发首付款;

借助公司已有的ip和eda环境,新项目的启动成本几乎为零,而初创公司早期采购ip和eda可能要花掉100万美金,不管是股权还是债权融资,资金的年回报率期望至少是15%,巨大的财务压力,逼迫初创芯片公司只能选择全民有共识的大市场,比如人工智能,自动驾驶,图像识别,只有这样的市场才能得到投资人,母基金,供应商,员工的一致认可,才有更大机会拿到融资,全球最好的团队在一片巨大的红海厮杀,细分芯片市场迟迟无人问津,更麻烦的是,即使成功,公司上市,早期购买ip和eda的100万美金,也许花掉你5%股权,代价不菲。

第二,公司规模降低产品研发失败风险;

今天的商业ip产值约36亿美金,占研发646亿美金的5.5%,大量ip需公司自己研发,规模化公司重复使用内部验证过的ip,一方面避免反复发明轮子,提升效率;另一方面也降低风险,初创公司难以找到,也难以负担全顶级团队设计芯片各个ip模块,被迫取舍,降低了芯片性能,提升失败的不确定型。

第三,历史上所有产品分担研发运营团队投入;

全球过去60年有3亿多历史芯片型号,在售活跃的型号大概4000万,他们都在帮规模公司分担研发运营成本,中国芯片公司大概占8000款左右,万分之二,平均每公司只有不到4个型号,研发成本无法充分摊销。如果7nm芯片开发需要3亿美金由100款7nm的芯片来分担,平均也就是300万美金一款,这是规模带来的成本结构优势。

中国的情况如何呢?根据中半协统计,2018年中国芯片设计公司,208家超过1亿人民币营收,165家超过100人规模,占比不到10%。中国的2000家芯片公司(去掉前十大公司),加起来只有200多亿美金的营收,平均一家不到1000万美金,而国际上成熟芯片公司的体量大概是这些初创公司的一百倍,从产品线和营收体量的对比来看,差距是悬殊的。

为什么?因为国内近一半的芯片设计公司是近三年内成立的,团队规模较小,产品线相对单一,更像一个“产品部门”。这些芯片创业的科学家,更像一个大厨,有一身高超的技艺,但让大厨出来创业开餐馆,浪费了很多精力,也并不擅长。

芯片公司要完成设计,需要和产业链十几个环节的供应商打交道,谈判交易成本很高,初创公司没有经验,没有时间,也没有订单规模(成熟公司规模的1/100),来克服环节间的交易成本,这2000多家公司也不可能一夜之间整合成为一两家公司,和国外的规模化芯片对手方竞争,中国的“芯片产品部门”想要突围,迫切需要找到一种新的模式,来提升效率,提升竞争力。

这正是摩尔精英在努力探索的方向。经过多年的商业实践,领先的、规模化的大公司已经演化出一套高效的内部协作机制,用集团层面的后勤保障、供应链、设计实现能力,支持数百个研发部门,同时用统一的渠道和品牌来销售所有产品。每个研发部门都像特种部队,快速移动,共享资源,从整合的后台得到及时的支持,快速发展。这样的大公司可以支持几十到几百个部门,几千到几万人的高效协作。

摩尔精英希望通过生态链平台整合,共享ip资源,共享销售渠道,调用整合的芯片工程能力、供应链生产能力和公司运营后台资源,并用这样的体系去支持上千家公司、几十万人,实现各自的芯片研发和销售。从“公司内部协作”到“全行业生态协作”,帮助芯片创业团队专注在他们的核心设计上,把原来跟十个供应商打交道才能完成的芯片,在同一个生态平台上就能高效闭环,这就是我们理想中的 powered by mooreelite生态。

这样的生态体系就如同中国制造供应链,可以同时解决效率和弹性这两个相互矛盾的指标。让每一个小公司变得极度的高效,在他的领域都是世界级,然后整个这些小公司组成的生态链体系变得有弹性。当市场发生变化的时候,能够更好地应对。

10.“摩尔芯片云:ip托管交易,设计加速,sip验证整合”

我们搭建了一个芯片设计云平台,基于现在的主流的公有云的架构,主要做下面3件事:

第一,ip的托管,交易,追踪;

过去ip为什么要在开始就收那么多钱?原因是没有办法保证ip的安全性,一旦给了你,你到底给了几个项目用?用到什么地方?都无法控制。所以ip厂商选择先收钱,落袋为安。但是如果在云端,能精确地控制每一个ip有多少项目使用,用在了什么地方,ip公司可以选择零首付,量产以后按出货计费,整体的收费从原来的一次性变成延迟一两年以后的分批。芯片设计企业有更多的时间可以多融资几次,融到的钱再回来买ip,或者客户的订单拿到再买ip,付费能力也会更强。云平台提供了一个安全的、可控可追溯的、多租户的共享平台,ip 厂家可以各自成“云”,使得数据“安全上传,永不落地”,杜绝ip泄露风险。

同时因为在云端是全行业都可以共享,你设计的ip能够被快速评估功效,历史数据也都在云端无法篡改,小ip团队也能获得客户信任。重复发明轮子的事情可以大幅度避免,一个好的ip团队,做出来的核心的模块可以被多个公司共享,ip研发费可以被多个公司分担,提前成本计提,每个公司只做自己最擅长的。通过这样的变化,希望能够帮助芯片设计公司用1/10的投入完成设计,而这些设计出来的芯片级ip,又会是下一代产品的基础。

第二,芯片设计流程的加速和自动化;

今天之所以芯片公司对设计上云不积极,很大一个原因是设计流程的自动化程度不够高,需要大量人工,限制了云端无限弹性算例发挥的空间。我们针对芯片设计需求搭建的软硬件、文件、工具的平台支撑层,这一层里面包括了cad flow, reference design, eda, pdk等。以cad flow为例 ,通过明确定义数据输入输出和设计流程优化,可以帮助芯片公司用初级工程师干高难度的活,从而提升效率。

“像amd、英特尔这样的大公司,可能它百分之六七十的芯片设计是设计流程完成的,cad flow 团队里面,集中了大量的资深专家,甚至是顶尖科学家、院士(fellow)。”

eda在云平台上也可以借鉴互联网的共享逻辑,提供“分时租赁”的方式来降低用户使用成本从而吸引更多的用户,推动行业发展,降低创新门槛。

第三,sip封装的验证,整合,量产出货;

对于很多出货量不大的物联网产品,很多时候sip的封装整合是比开一颗soc芯片更合适的方式,因为有大量芯片开发者能够在一起协作,就会诞生大量的裸片资源,通过云端自动化的仿真和验证可以快速提供合适sip方案,这些裸片销售也进一步帮助芯片公司,ip公司分摊了研发成本,减少了重复开发浪费。

同时这些裸片对应的ip也保留在云端,就像实体书和电子书一一对应,一旦出货量能支撑soc的研发投入,可以在几个月内完成芯片替换。

不少人知道一个软件行业代码托管平台叫github,全球4000万程序员在上面托管自己开发的代码。软件行业发展很快的一个原因,是因为每个人都是站在别人的肩膀上在创新。

摩尔芯片云就像是一个芯片ip领域的“github”,希望未来可以聚合100万芯片开发者在云端协作,全行业的芯片工程师可以在一起研发,站在别人的肩膀上,做自己最擅长的事情,也帮助最好的ip在全球找到最多客户付费,提升芯片工程师的收入。

芯片设计上云不是一蹴而就的,今天我们还做不到刚才说的最终的状态,设计云的1.0,是帮助初创芯片设计公司搭建整个的混合的it和cad的架构。摩尔精英用了1年时间帮助30多家芯片设计公司完成了设计环境的整体优化和提升。

这一套标准的it/cad架构具有很强的无缝扩展能力,可以很方便地接入云端,而不改变用户的使用习惯。云上和云下的资源构成了一个混合的、透明的设计环境,整个资源将根据用户的需求进行弹性分配,从而达到资源的高效使用和成本优化。也就是平时你可以用本地的服务器,但是当你需要更多算力的时候,或需要跟别人进行多方合作的时候,你不需要像以前那样频繁地拷贝设计数据,“混合云”形成了一个secure chamber,可以在安全级别定义框架下进行设计数据共享和设计协同。

详细方案信息,大家可以通过扫描这个二维码了解更多,下载摩尔精英基于亚马逊aws验证实践发布的《芯片设计云计算白皮书1.0》。

12.“摩尔供应链云:数据流,资金流,实物流 三流合一 ”

再聊聊供应链云做什么,芯片公司创始人大多是设计背景,往往容易忽略供应链的工作量和风险,摩尔精英有60多人的团队在支持我们的客户做在研发,工程,量产3个阶段的流片封测,生产管理,产品工程,质量工程需求,大多数芯片公司全公司可能还没有这么多人,期望找一两个人就解决自己公司的供应链生产是不现实的,特别是今天全行业有着2000多家公司在争抢优秀的供应链人才,即使你有足够的钱,也很难找到经验足够的团队。

实物流的问题解决,只是供应链的1/3,过去在芯片供应链中,数据流和资金流不被重视,原因主要是芯片公司规模足够大,靠自己的公司品牌,公司的资金积累,足够支持新产品的量产,赢得客户订单。但是今天的众多初创公司,第一款产品,没有品牌,没有资金,数据流和资金流的重要性会不断提升。

通过大数据增强信息透明,才能从“公司品牌背书”的传统供应链模式走到“第三方大数据背书”的新阶段,实现“数据流,资金流,实物流”的“三流合一”来提升芯片供应链生产效率。

摩尔供应链云 1.0,是为芯片设计客户提供运营托管ops服务。经过一年多的打磨和持续的数据信息化建设,已经上线服务众多客户,针对晶圆代工、专业封装、测试方案等全生产环节,打造了供应链项目管理、供应链erp系统和良率数据分析系统,提供基于数据信息化的运营服务。我们努力成为2000家芯片公司整合的供应链运营部门,提升供应链环节的效率与质量。

“摩尔精英,让中国没有难做的芯片”

总结一下,为了应对半导体行业的新的挑战和变化,云端的全行业生态协作将会成为新的趋势,能够聚集支撑几十万上百万的芯片从业者在一起协作,交换比较优势,可以同时去满足效率和弹性这2个看似互相矛盾的指标,摩尔芯片云和供应链云提供协作平台,帮助芯片公司提升研发效率。

希望通过这些努力,让一颗芯片的投入从“500万美金、36个月、100人”,能够降低到“50万美金、4月、10个人”。通过复用裸片,复用ip,复用经验,让更多的这个公司能够专注在自己最核心的领域,让终端客户可以买到多快好省的芯片。

如何用1/10的资金做到?答案在于充分复用芯片/裸片,一次芯片流片(full mask tapeout),可以在十个不同的产品中,通过系统级封装sip的方式,反复地利用这些裸片,提升芯片设计nre投入的产品化率。

如何用1/10的时间完成?那就必须要多用别人的ip,因为每个人都不比别人笨。如果想用10%的时间去做所有的事,世上没有这样的魔法;而如果90%的设计采用外部ip,自己的团队专注做10%的差异化部分,并且努力做到世界级的水平,最终的芯片性能反而可以胜出。

如何用1/10的团队实现?解决之道就是复用经验、复用研发资源。90%的设计用外脑,10%由自有团队设计。目前中国的芯片人才严重不足,我们应该鼓励一些优秀的人才,以芯片设计工作室的形态,凭借自己的经验和技术能力,赋能更多的公司和产品。

最后说一点心里话,我的同学、同事、朋友绝大部分都是半导体行业的,走到哪儿,我的标签都是半导体人,2019年芯片变成最热的行业,贸易战中芯片成为软肋,人人关心谈论,未来10年20年估计贸易摩擦都不会消停,不能每次一闹腾,就威胁不卖我们芯片吧,那我们半导体人多憋屈。10年后我们再聚到一起,希望那时候中国芯片不再受制于人,其他各行各业的同胞都不需要为我们操心,就像我们不操心粮食供给,不操心国防安全。

有人说,“使命”这两个字,就是你怎么使你这条命,摩尔精英的使命是,让中国没有难做的芯片,这也是我个人的使命,一往无前,永不回头,希望和在座各位精英一起,为之奋斗,早日实现。

演讲嘉宾:

张竞扬,摩尔精英创始人、董事长兼ceo

张竞扬,摩尔精英创始人,董事长兼ceo。创立摩尔精英前,曾在上海微技术工研院担任商务总监,负责政府、产业关系及战略合作。此前为semi(国际半导体产业协会)高级经理,负责半导体业务战略合作、标准、咨询服务。早前曾任职于ibm,担任过ibm微电子中国区业务拓展主管、ibm微电子亚洲技术支持中心负责人、ibm芯片研发中心高级工程师等职务。张竞扬于东南大学无线电系取得硕士学位,目前就读于清华大学经济管理emba,同时担任东南大学集成电路校友会副会长职务。

关于摩尔精英

摩尔精英公司是领先的芯片生态链平台,使命是“让中国没有难做的芯片”,提供一站式 “芯片设计服务、供应链管理、人才和企业服务”等专业服务,客户覆盖全球1500家芯片公司。我们致力于提升效率,赋能芯片公司用1/10资金、 1/10时间、 1/10团队完成芯片设计。

我们拥有从180nm到8nm的设计服务能力,支持turnkey、nre和驻场等灵活服务模式,提供从spec/fpga/算法到芯片交付,包括:架构规划、ip选型、前端设计、dft、验证、物理设计、版图、it/cad paas、流片、封装和测试等服务。产品涵盖:消费电子、物联网、高性能计算、汽车电子、工业等。

摩尔精英全球员工超过300人且快速增长中,总部位于上海,在合肥、北京、深圳、重庆、苏州、广州、成都、西安、南京、厦门、新竹和硅谷等地有分支机构。

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