開源EDA解決方案最近由于半導(dǎo)體業(yè)界對于開源硬件的興趣而被大家重新提上了議程。但是業(yè)界這次對開源EDA是否存在著足夠的動力推進(jìn)其成功或者能開發(fā)到何種規(guī)模，這些疑問目前還沒有確切的答案。
這次開源EDA的主要推進(jìn)者之一是美國國防部高級研究計劃局（簡稱DARPA），其領(lǐng)導(dǎo)了多個項目旨在降低芯片設(shè)計成本，其中一個項目是關(guān)于先進(jìn)封裝技術(shù)的研究，另一項則是關(guān)于芯片安全性。DARPA之所以在這些項目上的投入，就是希望通過對于現(xiàn)有上百萬套芯片設(shè)計方案的研究，總結(jié)出能夠使芯片制作更廉價風(fēng)險更低的辦法。
DARPA最終希望這些研究成果能夠讓美國軍方能夠得到合適的芯片以應(yīng)對日益復(fù)雜的通訊、偵查和武器系統(tǒng)。為了能夠達(dá)到這一目標(biāo)，他們也在積極的游說其他組織希望通過給他們帶來相同的好處而得到更多的支持。
DARPA相關(guān)項目經(jīng)理Andreas Olofsson曾經(jīng)提到：“現(xiàn)在設(shè)計生產(chǎn)一整套SoC需要花費(fèi)1億美元，這其中EDA工具不是推高成本的主要因素，也不是tape-out費(fèi)用。其實大部分是花在了工程開發(fā)上，比如芯片設(shè)計和相關(guān)軟件棧的組件開發(fā)。我們必須想辦法來減少工程復(fù)雜性和成本。如何做到這一點(diǎn)呢，我可以通過自動化和復(fù)用設(shè)計IP，不僅僅是組件上的復(fù)用，而是對于其整個子系統(tǒng)的復(fù)用，這可以讓設(shè)計過程變得更廉價和容易使用。”
Olofsson從2017年離開了其在Adapteva CEO的職位，來到DARPA領(lǐng)導(dǎo)這兩項影響EDA行業(yè)的兩個項目，Intelligent Design of Electronics Assets（簡稱IDEA）和 Posh Open Source Hardware（簡稱POSH）。其目標(biāo)是通過利用現(xiàn)有芯片設(shè)計作為數(shù)據(jù)源，來幫助我們訓(xùn)練由機(jī)器學(xué)習(xí)加速的應(yīng)用程序，從而能夠更好的進(jìn)行調(diào)試，驗證和布局布線自動化。這個IC數(shù)據(jù)庫將包括現(xiàn)在已流通的超過500萬個組件，能夠標(biāo)準(zhǔn)化模型名稱，以取代只存在于數(shù)據(jù)表中的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計描述，這樣我們就能將數(shù)據(jù)用到基于約束的優(yōu)化系統(tǒng)當(dāng)中。
Olofsson提到說，“美國國防部有很多工程師可以熟練寫出質(zhì)量很好的Verilog代碼，并在FPGA上運(yùn)行，但是他們并沒有內(nèi)部團(tuán)隊將其轉(zhuǎn)化成ASIC芯片。我們現(xiàn)在就是想把這個門檻降得越低越好。”
IDEA和POSH都是DARPA價值15億美金的Electronic Resurgence Initiative計劃（簡稱ERI）的一部分，ERI同樣也在推進(jìn)小芯片(Chiplet)以及致力于簡化封裝和芯片設(shè)計的項目，而這些項目的最終實現(xiàn)都要依賴于開源軟件。
“我們對開源帶來的影響需要額外清楚，因為開源意味著更多的溝通成本，”O(jiān)lofsson說到，“這是一個非常有挑戰(zhàn)性的問題，因為這意味著會有很多團(tuán)隊加入開發(fā)和大量的跨團(tuán)隊合作。但我們看到很多例子證明開源其實非常有效的，最新的例子就是其對于機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)的作用，是以數(shù)量級級別的影響，促進(jìn)到其中的創(chuàng)新和合作。同時，當(dāng)我們在進(jìn)行這種行業(yè)顛覆性的開發(fā)工作，需要多團(tuán)隊協(xié)作和生成新的組件時，開源也是在學(xué)術(shù)研究設(shè)定下唯一實際可行的方法。在這里我強(qiáng)烈主張使用一個寬容的開源許可證，這意味著任何人都可以使用這些代碼，并以此建立其專有的解決方案，同時只將他們的基本代碼回饋給社區(qū)，所以這會是一個非常溫和的開源許可證。“
開源EDA并不會立馬出現(xiàn)
開源帶來的價格和靈活性上的優(yōu)勢，吸引了很多的公司的注意力。即使他們當(dāng)中很多現(xiàn)在并沒有在使用開源解決方案，這些公司如今只選擇使用對其最佳的方案，不管開源與否，在背后有其充分的原因。
Linley Group的首席分析師Linley Gwenapp在采訪中說道，”EDA公司往往只會把工作重點(diǎn)放到他們的大客戶，例如博通、高通和英特爾。他們都有很大的市場份額，有很多不同的SoC設(shè)計方案，并且這些大公司本身也有動力去尋求最佳的設(shè)計方案和流程。如果不這么做，他們就可能因產(chǎn)品不工作或太過昂貴而輸給競爭對手，所以他們和EDA公司緊密合作也是情理之中的事情。他們當(dāng)然希望最大限度地減少工程投資，不過不能以劣質(zhì)產(chǎn)品作為代價。對于這些大公司來說，前期工程開發(fā)的投資，相比起他們之后在市場上銷售這些產(chǎn)品所帶來的回報而言，并不算什么特別大的金額。“
Oloffson認(rèn)為現(xiàn)狀就是整個行業(yè)的資源都在向這些屈指可數(shù)的大公司傾斜，以幫助他們構(gòu)建最為復(fù)雜的處理器，并以此期待高銷售額和極低的芯片錯誤率。可是隨著芯片進(jìn)入一些對安全需求高的市場，例如無人車領(lǐng)域，其對于可靠性要求也更高，讓EDA行業(yè)難以維系這種合作關(guān)系。而且盡管業(yè)界有批評商業(yè)EDA工具難以掌握的聲音，EDA公司一直都在積極努力為其客戶簡化設(shè)計流程和尋找縮短產(chǎn)品上市時間的方法。
此外，更多的廠商并不是在開發(fā)使用最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的芯片，這也就意味著他們并不需要最先進(jìn)的設(shè)計工具。FPGA供應(yīng)商多年來一直在提供自行開發(fā)的比較簡單的工具，由于AI/機(jī)器學(xué)習(xí)，越來愈多的人也開始使用GPU，這些工程師也一直在使用的是大家早已熟悉的解決方案。
圖1：DARPA開源項目，圖片來源：DARPA
行業(yè)劇變即將開始
業(yè)內(nèi)幾乎沒有人會不同意當(dāng)今芯片設(shè)計太過復(fù)雜和昂貴。現(xiàn)在的問題是我們將如何解決這一難題，尤其是當(dāng)市場變得越發(fā)細(xì)分和扁平，同時結(jié)構(gòu)性的格局改變也會沖擊甚至取代傳統(tǒng)模式的增長。
恩智浦半導(dǎo)體軟件研發(fā)部門VP Robert Oshana在采訪中說道，”開源對于硬件部門而言還是比較新的概念，但已經(jīng)在快速發(fā)展，我們能看到開源在軟件行業(yè)中的發(fā)展也在同時影響這硬件行業(yè)。
他指出開源并不僅僅意味著RISC-V。“這將對行業(yè)帶來顛覆性的影響，但我們很有可能發(fā)現(xiàn)就像開源對軟件行業(yè)一樣，它將會對硬件行業(yè)帶來很多的好處，所以（硬件行業(yè)）必須改變來適應(yīng)這一點(diǎn)。”
其他人則并沒有這么篤定。Mentor執(zhí)行副總裁Joe Sawicki說道，“如果我們知道開源將會給我們帶來什么樣的積極影響，那我們一定會在內(nèi)部投入更多資源在相關(guān)研發(fā)中。可以看出這樣的項目將會有令人激動的潛力，但是現(xiàn)狀是我們并沒有把握達(dá)到最終目標(biāo)，也不確定最終能夠得到什么好處。”
開源本身也會帶來一定的風(fēng)險。Synopsys資深安全信息專家Taylor Armerding，在今年早些時候發(fā)表了一篇文章在其公司博客上，就是有關(guān)與如何處理嚴(yán)重漏洞。“在將近十年的發(fā)展后，SPDX(Software Package Data Exchange)將增加處理開源漏洞數(shù)據(jù)的掛鉤（hooks）。”
所有的大型EDA公司，和業(yè)界領(lǐng)先的芯片公司，都是ERI項目的活躍貢獻(xiàn)者。事實上，Cadence、Synopsys、Mentor、恩智浦（NXP）、英特爾、IBM、高通、ARM、英偉達(dá)、Analog Photonics、SRI國際、Applied Materials等都為ERI項目提供演講專家、工程師亦或供應(yīng)相關(guān)材料，很多都出現(xiàn)在DARPA 2018 ERI峰會上。
圖2：ERI項目貢獻(xiàn)詳情示例，圖片來源：DARPA
很多公司不僅是簡單的參與，更是需要POSH和IDEA等需要大量開源開發(fā)資源的主要貢獻(xiàn)者。盡管如此，開源EDA能否被業(yè)界接受還是要取決于能否更加高效的處理設(shè)計流程，同時也不能破壞現(xiàn)有規(guī)則。另外也看它能不能很好的從其自身攜帶的百萬級的設(shè)計庫提取有效信息，并將其利用實時檢測和發(fā)掘現(xiàn)有設(shè)計的錯誤。
Olofsson補(bǔ)充道，“對于DARPA而言，我們所研究的問題是到底能夠處理多復(fù)雜的設(shè)計，以及其最終效果如何。聰明的芯片研發(fā)工程有各種各樣的設(shè)計技巧，他們將其運(yùn)用于公司的芯片產(chǎn)品中并最終流片。這些技巧只存在于工程師身上而不是EDA工具中。我們希望通過推進(jìn)DARPA的這些項目，能夠?qū)⑦@些經(jīng)驗技巧從現(xiàn)有設(shè)計中提取出來并通過新的工具應(yīng)用到新的設(shè)計中，從而節(jié)省項目交接帶來的人力成本。”
這一點(diǎn)來說，還需要進(jìn)一步研究來證實其可行性。但至少目前來看，有足夠的預(yù)算支撐對于開源EDA工具的探索。