智东西 文 | 心缘
芯潮8月15日上海报道，今天，全球 eda 巨头 cadence 举办一年一度的 cdnlive china 2019 全球巡回用户大会。
这是中国 ic 设计业覆盖技术领域最全面、规模最大的先进技术交流平台，其规模和参与度再次刷新行业记录，吸引了超过 130 家企业、 1300 位 ic 设计从业者。
在刚刚结束的大会中，cadence 公司总裁anirudh devgan，中国半导体行业协会ic设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军，依图科技联合创始人、ceo朱珑上台分享。
从本届大会的主题“智能系统设计”，到各位演讲嘉宾主要分享的智能设计系统、智能架构设计中心、以及智能基础设施提升的关键，我们可以直观的感受到，ai 已经影响到整个集成电路产业的各个环节，不仅驱动 ai 芯片应用和创新蓬勃发展，同时也开始深入芯片设计的各个环节，通过更加智能的设计工具，带来整个芯片设计流程效率的提升和 ppa 的节省。
此外，在本次活动期间，汽车自动驾驶、智能感知、语音交互、机器视觉和深度学习等创新应用已成为交流的热点话题。
01、cadence：智能化eda和ip双剑齐发cadence 中国区总经理徐昀在开场致辞中说，过去五年，不仅整个行业发展日新月异，cadence 同样在中国快速发展，今年其 q1 财报开始单独披露在中国的营收，占全球营收的10%以上。
▲cadence 中国区总经理徐昀
徐昀表示，中国已成为全球成第二大市场，也是 cadence 投入最大、最期待的市场。自1995年进入中国以来，cadence 陆续在中国成立亚太总部、ai研发中心等，走得每一步与中国用户密切相关。
今年对于 cadence 是特殊的一年，该公司宣布踏入系统分析市场，并推出 智能系统实际（intelligent system design） 战略，希望通过智能化系统设计在日常开发中为客户提供更多帮助。
紧接着，cadence 公司总裁 anirudh devga以“智能系统设计”为主题发表演讲。
▲cadence 公司总裁 anirudh devgan
过去系统公司专注于从软件到物理芯片设计的系统设计，移动和消费产品为整体系统设计优化开辟了道路。
在 ai、5g 和边缘计算等新兴技术的推动下，近年来，汽车、工业、医疗等各行业都在经历空前的数字化转型，并促进了针对其特定应用需求而优化的定制系统和soc的开发。我们已进入智能系统设计时代。
面向移动设备、云/数据中心、iot/工业、汽车、航空航天和医疗健康六大领域，cadence的智能系统设计战略，以技术（计算）软件为核心能力，包括引用ai和算法优化设计工具、扩展到新系统领域、以及执行核心 eda 和 ip。
借助机器学习、全局优化等技术，cadence可以切实提升 ppa 和周转时间，并提供完全整合和大量并行full flow。
随着数据速率的提高，精准的3d em仿真变得越来越重要。今年 cadence 推出系统级分析策略下推出的第一款产品 clarity 3d 场求解器，针对云九三和分布式计算的服务器做了优化，其电磁仿真性能相比传统产品有 5-10倍的提升。
面向数据中心，cadence还推出了企业级 fpga 原型平台 cadence protium x1，为早期软件开发、硬件和软件回归及完整系统验证提供数 mhz 级高速传输速率，适用于从数十亿门 ai 和 5g 芯片到单 fpga 物联网芯片和 ip 模块等多种设计尺寸和应用场景。
为了优化设计方案，cadence 提出了 machine learning 与 eda 相互融合的理念，并将机器学习的三驾马车战略带给中国 ic 产业。
（1）ml inside：通过最新的机器学习引擎，改善数字设计工具，带来更好的ppa。通过对过往的大数据分析和决策，来加速未来的智能版图设计。
（2）ml outside：自动化的设计流程，提升整个设计的生产效率。
（3）ml enablement：软件和硬件的协同设计，以及 cadence 独有的 tensilica 处理器 ip，应用机器学习为系统级的优化带来提升。
cadence 已推出针对 ai 芯片的全流程解决方案，包括 ai 芯片建模、ai 智能验证解决方案、大规模复杂ai芯片的全设计实现 flow、以及相关设计 ip 等。
在工具方面，cadence 的布局布线工具 innovus 里，已有内置的 ai 算法取代传统的算法。
今年 cadence 还发布了第三代 jaspergold 形式化验证平台，采用机器学习技术，将开箱即用的证明速度平均提高2倍，回归运行速度平均提高5倍，同时优化了rtl设计的编译能力，容量提高两倍，内存占用平均减少50%。
过去一年，cadence 持续全面强化各产品线。其首款深度神经网络加速器 dna 100 处理器 ip，小至 0.5 大至数百 teramac（tmac）均可实现高性能和高能效，适用于自动驾驶汽车、adas、机器人、监控、为人机、ar/vr等各种设备端神经网络推理应用。
ai 处理器在运行最新的神经网络模型时会使功耗预算严重缩紧，要满足不同设备的 ai 功能需求，需要更高效的架构，dna 100处理器利用创新的稀疏计算引擎解决了这些局限性。
此外，dna 100 还配备完整的 ai 软件平台，兼容最新版本的 tensilica 神经网络编译器，能在所有神经网络层运行，对于视觉、语音、雷达、激光雷达和通信应用设备端推理都适用。
02、魏少军：智能芯片的八大特征中国半导体行业协会 ic 设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军演讲的主题是智能计算架构创新。
▲中国半导体行业协会 ic 设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军
魏少军教授谈到，算法是实现智能的核心，而计算是实现的智能的唯一途径，软件是实现智能的关键，而芯片是不可或缺的执行者。
尽管现有芯片可以为智能应用提供必要的算力，但他们并非为智能而生，在计算效率、能耗和灵活度上存在明显的缺陷。而架构创新或许是实现芯片智能化的唯一途径。
智能芯片被期望具备以下八点特征：
（1）可编程性：能适应快速演进的算法和不同类型的应用。
（2）动态可重构的架构：适应不同算法并达到
（3）好的架构变化能力：小于10 clock cycle，低延时。
（4）很高的计算效率。
（5）很高的能量效率：最好达到 100 tops/w，且对于一些应用能耗低于 1mw。
（6）低成本：被用于电子应用和消费电子。
（7）体积小：可以嵌入移动设备。
（8）简单发展方法：无需芯片设计知识。
魏少军表示，现在 cpu+sw、cpu+gpu、cpu+fpga、cpu+asic 等尝试都不是理想的架构。
对于终极ai芯片来说，人们希望它既具备高能量效率、同时也具备很好的可编程性，比如图中红色圈的位置，也就是“软件定义芯片”。
“软件定义芯片”顾名思义就是让芯片根据软件进行适应与调整，简单来说，就是将分块软件/程序不断送到数据通道，使芯片能实时地根据软件或产品的需求改变功能，实现更加灵活的芯片设计。
去年，美国国防部先进计划署（darpa）推动的电子产业振兴计划（eri）针对后摩尔定律（post-moore’s-law）时代的新材料、架构与设计流程，其中一个课题就是软件定义硬件（software define hardware）。
这种处理器在运行过程能实时进行重构，实现最优的硬件重新组合，但很多大学研究仍未摆脱传统处理器设计的束缚，这个过程仍在改良型发展。
关于“软件定义芯片”，清华大学微电子所早在10年前就已经开展这方面的研究。魏少军表示，dapra的研究性能表现仅是清华大学研究成果的十分之一。清华大学微电子所打造的数款 thinker 芯片曾在国际上获得众多奖项。
粗颗粒度可重构阵列（cgra）架构与这一思路不谋而合。有种说法认为，这种架构属于非冯·诺依曼架构。但魏少军并不完全认同这一观点。
如图，冯·诺伊曼不只是传统的计算机架构，也是基础的现代数字集成电路，几乎所有数字电路基本上都能归因于冯·诺伊曼架构的变体。
当下探索的软件定义芯片架构，其实做来做去并没有逃开冯·诺依曼架构，因此这种架构在计算完备性上是有理论基础的。
魏老师还展示了ai芯片发展路线图，通过算法设计与硬件设计融合，ai芯片间变得更小延迟、更高能效、更加通用。
这种设计，迄今为止，还没有成型的设计工具，魏少军表示，这或许是下一步芯片设计工具重要的发展方向。
此外，魏老师再次谈到 ai chip 2.0 的愿景和实现路径，此前在 ai 芯片创新峰会上，魏老师曾详细介绍他对这一阶段的看法。（清华魏少军：ai芯片2.0，终极智慧芯片 | gtic2019）
对于芯片设计者而言，怎样实现芯片的智慧化是心结所在。
魏少军认为，今天的芯片还没有实现真正的智慧化，我们还走在 ai 芯片的第二个阶段，正在迈向第三个阶段。
如何使芯片有差异化，魏少军给出一种设想。
这一芯片架构除了包含在最右边一块的软件定义芯片外，还有如何通过学习过程，让算法和软件自动演进，这需要通过现有 ai 方法进行正向循环，让软件越来越聪明。这种想法目前为止还没有人做出来。
魏少军表示，让芯片变得智慧化是一个重要目标，但算法还是实现智慧化的核心，今天的芯片尽管能提供很多计算能力，但要实现真正意义上的智慧系统设计，需要探索创新的架构。
他相信，朝着这样的目标，此前提到的 ai 芯片第三阶段，在未来几年将能够实现。
03、朱珑：智能密度是提升智能基础设施的关键依图联合创始人、ceo朱珑认为，文明的变迁在于基础设施的革命。
信息时代过去30年，在算法、算力、数据提升百万倍。
智能时代过去5年，在算法上提升百万倍、算力提升十万倍、数据提升万倍。
▲依图科技 ceo 朱珑
当下 ai 所及的阶段仍是低阶智能，机器能看懂、听懂、理解的东西，人立刻就能秒懂、说清楚。
智能等级跃迁的关键，是智能基础设施的提升，其中的关键则是智能密度。
宏观上，从单体智能到群体智能，例如在智慧城市中，摄像头之间是可以对话的，能形成更大的智能体。
微观上，单位面积智能算力需要更大程度的提升，才能让性价比较高的技术得到普及。
ai 芯片为什么难做？朱珑认为，没有典型场景应用、没有超越 nvidia 的芯片、没有世界级的算法是没有意义的。
摩尔定律时代，晶体管密度难以满足智能计算，对此，依图从理念上思考差异化，提出“算法即芯片”的口号。
基于这一思考，依图与熠知电子（thinkforce）打造了求索芯片，其设计理念：高密度、世界级ai算法、64路视频分析、服务器芯片。
求索芯片不是一个ai加速模块，而是一个具有端到端能力的ai处理器。其难度在于平衡cpu计算、ai计算、内存和数据通信。
最后，朱珑表示，依图未来的目标是通过“城市大脑 + ai 芯片”，让50万路成为现实，打造城市视觉中枢。
结语：ai正渗透到芯片产业的各个环节作为集成电路产业上游的领军企业，cadence在过去31年见证了全球半导体的技术创新和产业发展。
从 cadence 的战略规划上，我们可以看到全球芯片设计软件及应用 ip 的趋势。
随着 ai、iot等新兴市场的崛起，细分垂直领域对算力的需求趋于碎片化。从去年开始，从 cpu、dsp 等通用半导体设计 ip 转向更多专用 ip 正成为大势所趋，国内外一些创企也瞄准了这一市场，设计面向特定应用场景的神经网络处理器 ip。
ai 对半导体产业的影响，不仅从需求方面推动芯片产业的发展，还能渗透到芯片设计的各个环节，将传统的电子设计自动化推向一个新的阶段 —— 电子设计智能化。
eda 等设计工具的演进，将使得广大 ic 设计工程师能聚焦在更有创造性的训练模型和设计算法工作上，提升芯片设计效率，进而推动芯片产业的发展，为 ai 提供更优的算力支持。
