始于积微成著,志在铸芯筑魂

  作者:郑小龙 (《电子产品世界》编委) 时间:2021-02-23来源:电子产品世界

编者按:国微集团作为老牌的国产芯片设计公司,对中国集成电路产业发展做出过贡献,并以国产化集成电路芯片在国际和国内专用市场获得成功。通过其所积累的丰富的半导体设计经验,结合国产芯片产业链中关键环节的需求,持续专注于芯片设计的全流程EDA系统开发与应用,具备产业化推广和应用能力。国微集团通过产学研合作促进技术发展和人才支撑,与多所知名大学通过建立联合实验室和项目合作,推进EDA教育体系完善。


1   先驱者的“芯”路历程

国微集团起源于1993 年,可谓是中国半导体的元老级企业,也是最早在深圳开半导体设计之先河的先行者,对行业发展具有深远意义。创建之初正值国家发起芯片产业的大规模冲击,便承接“908 工程”项目,几年后又承接“909 工程”,均做出突出贡献。经过二十多年来的稳步发展,国微集团成为半导体领域根深蒂固、枝叶丰茂,且名副其实的常青树,其母公司国微控股有限公司(简称“国微控股”)于2016 年在香港上市,孵化出多家优质微电子企业,其中不乏知名 A 股上市公司。在新形势下集成电路国产化的浪潮中,国微集团将扮演什么角色?会发挥什么作用?带着这样的问题,我在深圳的国实大厦拜访了黄国勇副总裁,通过交流沟通,对于国微集团发展规划有了较为全面的了解。

黄国勇谈到国微国产芯片发展一个重要里程,就是在2006 年成功推出第一代视密卡(CAM)芯片,次年成为DVB 国际组织成员,在2009 年又推出全球首款“CI+CAM”芯片,奠定在欧洲细分市场第一的地位。

视密卡是一种数字视频条件接收(CA)模块,连接电视机与外部信号源,可将数字压缩信号转成电视内容并显示,如图1 所示。将视密卡插入带有CI 接口的数字电视一体机,用户可直接观看所订付费数字电视内容而无需机顶盒,这就要求视密卡芯片具有很高的集成度和可靠性。国微的芯片不仅做到这些,还有成本的优势,和对客户支持很好的响应,所以占据全球视密卡市场份额半数以上(据Frost&Sullivan 统计)。

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图1 视密卡在高清数字电视业务中的应用

国微集成电路的开发覆盖颇广,囊括安全芯片、物联芯片、触控芯片等系列,还在加大图像AI 芯片、语音和声纹芯片、传感芯片的研发力度,这不仅发挥出其深厚的芯片开发积淀和能量,而且对于集成电路电子设计自动化(EDA)芯片设计工具有着超乎寻常的掌握,由此具备全面掌控的实力。

2   耕耘者的“芯”器历练

“工欲善其事,必先利其器”是一种共识。集成电路本土产业化的关键无外乎一硬和一软的两大利器,前者就是已被广泛关注的光刻机设备,后者则是EDA设计工具软件系统。黄国勇指出,当前国际三大巨头Synopsys、Cadence 和Mentor Graphics 公司垄断EDA市场,可为芯片企业提供全套开发工具软件系统。虽然二十世纪八十年代末国家投入完成“熊猫集成电路CAD 系统”,却没能产业化而停滞。之后陆续有EDA公司出现,但其工具软件基本停留在分散的点工具,全套工具链很不完全。作为完整产业链条的半导体需要长期的迭代过程来完善,而国内EDA 厂商参与晶圆厂合作研发的机会不多,使得推出的EDA 产品用户寥寥,就会因反馈不全面而难以改进,形成死循环。这就使得国产芯片没有国产EDA 软件系统支持,无形中存在“卡脖子”的危机。

如何使国内EDA 软件系统与集成电路产业链密切结合而成为良性循环?就成为中国EDA 企业所要面临的挑战。国微集团凭借2018 年承担“芯片设计全流程EDA 系统开发与应用”国家重大科技专项契机,勇于担当、锐意进取,下定决心在 EDA 技术领域一展身手。

纵观数字芯片设计全流程,如图2 所示的EDA 平台,首先要进行建模验证、逻辑综合,再要进行软件和硬件仿真,然后布局布线,后面就是时序分析等等一系列的验证。

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图2 数字全流程EDA平台

芯片设计的流程极为复杂,所涉及到的EDA 工具非常多,其中每种在设计流程中都举足轻重,只有在特定时间内保证所有设计实现和验证仿真的结果都满足设计需求,才能确保芯片顺利完成并投产。EDA 工具一般分为设计实现工具和验证仿真工具两类, 对应芯片开发的设计实现和验证测试两个并行流程,如图3 所示框图,关联且交互。设计实现从起始,RTL 文件经逻辑综合产生Netlist 表,然后先进行布图,再进行布局布线,输出GDS 文件结束设计。同步进行的验证测试分功能验证和逻辑验证,包括门级仿真、硬件加速器仿真、时序分析、功耗分析、形式验证、物理验证等等。所进行的测试流程包括可靠性设计和芯片测试,而上述过程都离不开时序库、功耗库、噪声库和物理库的支持。

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图3 EDA系统设计流程框图

鉴于与国际水平技术差距近二十年,唯有选择特殊途径才能减小时间差,为此国微建立国产EDA 平台时,选择引进设计思想先进、整体软件架构较好的布局布线关键技术,再将其中通用服务引擎如时序、功耗等工具分离出来形成独立工具。这就打造出数字芯片设计全流程 EDA 系统平台的关键一环,基于模块级布局布线系统,辅以布局、时钟树综合、布线、时序优化、功耗优化等内建工具,可以实现IC 设计的快速收敛。这些系统工具已得到国际先进工艺厂商40 nm、28 nm、16 nm、10 nm 的工艺认证,并得到更多工艺厂商不同程度的支持。

3   有志者的“芯”育情怀

黄国勇强调,EDA 作为半导体产业中不可或缺的关键环节,其国产化志在必得,这将直接促进芯片的国产化的综合能力。所以国微集团以之作为最重要的战略发展方向,其重大举措就是吸纳众多EDA 行业的顶尖人才。他在清华计算机系连获学士、硕士、博士学位,投身EDA 领域很早,曾有“熊猫系统研发”及海外工作经历,担任过多项国家EDA 攻关课题重任,并于2017年加入国微。他坦言,国内EDA 领域人才匮乏使得研究和开发力量远远不足,国微为此将EDA 人才培养放在重要的地位,促进微电子领域产学研的深层次结合。

国微集团和国内大学的合作已开始布局,与西安电子科技大学于2019 年初成立西电国微EDA 研究院,与东南大学2020 年中成立EDA 联合实验室,与国内多所高校建立研究生培养和实习基地。加强校企合作首先以EDA 企业具体需求为出发点,然后发挥各自特长。

专注于基础算法研究,而EDA 企业以工程项目攻关方式完成产业要求,教师和学生在实战中不断积累经验,这样的良性互动才能更好地使EDA 企业和高校受益,从而培植以国产化EDA 开发国产化芯片的新兴力量。

最近的经济热词是“内循环”,半导体行业同样需要内循环,通过政府、企业、学校、科研机构等把循环打通,保持解决问题的态度,整个产业链一起努力,相互促进,协同发展,形成完整的生态系统,才能不再受制约。黄国勇认为,只有潜下心来,把目光放长远,把内循环做好,为中国集成电路产业贡献成熟的数字芯片设计全流程EDA 系统的目标就完全可以达到。

(本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年2月期)

关键词: 视密卡 CAM CA EDA AI 仿真 全流程 验证1

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