半導(dǎo)體設(shè)計(jì)迎來(lái)「開(kāi)源潮」

在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，免費(fèi)對(duì)外開(kāi)放的「開(kāi)源」（Open Source）技術(shù)開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。這是一種利用任何人都能訪問(wèn)的工具集合來(lái)解決因技術(shù)高級(jí)化帶來(lái)的成本增加和技術(shù)人員短缺等結(jié)構(gòu)性問(wèn)題的嘗試。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）和美國(guó)谷歌已經(jīng)開(kāi)始優(yōu)化其使用環(huán)境。越來(lái)越多的企業(yè)也開(kāi)始采用開(kāi)源規(guī)格。

4 月，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）全額出資的 AIST Solutions 設(shè)立「OpenSUSI」。該團(tuán)體描繪的藍(lán)圖是完善可利用設(shè)計(jì)所需工具集的環(huán)境，以促進(jìn)日本半導(dǎo)體工廠的代工接單服務(wù)。

開(kāi)源的優(yōu)勢(shì)

開(kāi)源對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，具有顯著的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

降低設(shè)計(jì)成本：半導(dǎo)體設(shè)計(jì)通常需要昂貴的工具群和人才，而開(kāi)源提供了一種通過(guò)任何人都能訪問(wèn)的工具群來(lái)解決這一問(wèn)題的途徑。據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)介紹，截至 2020 年，5 納米半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)成本高達(dá) 5.42 億美元，與 2006 年的 64 納米產(chǎn)品相比，設(shè)計(jì)成本膨脹了 19 倍。開(kāi)源工具的應(yīng)用有望降低這一成本，使更多企業(yè)，尤其是新興企業(yè)，能夠承擔(dān)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的費(fèi)用。

提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力：開(kāi)源工具和半導(dǎo)體設(shè)計(jì)有助于提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)開(kāi)放技術(shù)，工程師們可以共享設(shè)計(jì)資源，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。這種協(xié)作和共享的精神，有助于推動(dòng)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的快速發(fā)展。具有代表性的例子是軟件「GitHub」，全世界的工程師共享源代碼，并將其應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)。操作系統(tǒng)（OS）Linux 是驅(qū)動(dòng)智能手機(jī)等多種電子設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)。

降低進(jìn)入門(mén)檻：開(kāi)源工具為有志于從事芯片設(shè)計(jì)的學(xué)生和研究人員提供了更多的機(jī)會(huì)。它們降低了進(jìn)入門(mén)檻，使得更多人能夠參與到半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的過(guò)程中來(lái)。這不僅有助于培養(yǎng)更多的人才，也為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

促進(jìn)國(guó)際合作：開(kāi)源工具的應(yīng)用有助于促進(jìn)國(guó)際合作。

如今，在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，同樣的趨勢(shì)也在加快。對(duì)外開(kāi)放的工具集可以降低設(shè)計(jì)的成本和門(mén)檻，為新興企業(yè)等帶來(lái)更多機(jī)會(huì)。AIST Solutions 的業(yè)務(wù)總監(jiān)岡村淳一表示：「開(kāi)源的工具和半導(dǎo)體有助于提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?！箽W洲的研究人員于 3 月向各國(guó)機(jī)構(gòu)發(fā)出了要求擴(kuò)充支持體系的公開(kāi)信，呼吁「開(kāi)源工具可大幅降低有志于從事芯片設(shè)計(jì)的學(xué)生和研究人員的入門(mén)門(mén)檻」。

美國(guó)匯聚了新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence Design Systems）等設(shè)計(jì)軟件巨頭，除了以蘋(píng)果為代表，還有很多具備高水平半導(dǎo)體設(shè)計(jì)能力的大型科技企業(yè)。同時(shí)，美國(guó)的開(kāi)源步伐也在加速，已經(jīng)誕生了如設(shè)計(jì)軟件「OpenRoads」等開(kāi)源項(xiàng)目。美國(guó)谷歌與新興企業(yè)等合作，主導(dǎo)了以開(kāi)源代碼為基礎(chǔ)的服務(wù)，使得少量半導(dǎo)體也可以委托生產(chǎn)，從而拓寬了自主設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

作為設(shè)計(jì)核心的開(kāi)源指令集「RISC-V」在商業(yè)應(yīng)用方面已經(jīng)走在了前列。指令集規(guī)定了半導(dǎo)體在面對(duì)指令時(shí)如何運(yùn)行。如果將半導(dǎo)體芯片比作一座城市，那么指令集就相當(dāng)于交通規(guī)則。根據(jù)這個(gè)規(guī)則，可以制作每個(gè)區(qū)域的設(shè)計(jì)圖（IP）。ARM 公司的 IP 在該市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但在這種情況下，人們對(duì)于壟斷持有很高的危機(jī)感。在提高設(shè)計(jì)自由度的需求的推動(dòng)下，新指令集備受關(guān)注。

今年 3 月瑞薩電子宣布率先在業(yè)內(nèi)推出基于內(nèi)部自研 CPU 內(nèi)核構(gòu)建的通用 32 位 RISC-V 微控制器（MCU）——R9A02G021。盡管多家 MCU 供應(yīng)商最近加入了投資聯(lián)盟以推動(dòng) RISC-V 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，但瑞薩已獨(dú)立設(shè)計(jì)并測(cè)試了一款全新 RISC-V 內(nèi)核——該內(nèi)核現(xiàn)已在商用產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，并可在全球范圍內(nèi)銷售。全新的 R9A02G021 MCU 產(chǎn)品群為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了一條清晰的路徑，讓他們能夠基于開(kāi)源指令集架構(gòu)（ISA）開(kāi)發(fā)各種功耗敏感及成本敏感型應(yīng)用。

生成式 AI（人工智能）用半導(dǎo)體也在使用開(kāi)源指令集。美國(guó) Meta 于 4 月發(fā)布的自主設(shè)計(jì)半導(dǎo)體就采用了 RISC-V。與 Rapidus 合作的加拿大設(shè)計(jì)企業(yè) Tenstorrent 也在進(jìn)行相關(guān)開(kāi)發(fā)。

據(jù)美國(guó)調(diào)查公司 SHD 集團(tuán)介紹，使用 RISC-V 設(shè)計(jì)的大型芯片（SoC）的出貨量預(yù)計(jì)到 2030 年將達(dá)到 160 億顆，年均增長(zhǎng)率將超過(guò) 40%。

開(kāi)源同時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn)。英國(guó)調(diào)查公司 Omdia 的鈴木壽哉指出：「與單純的軟件相比，要開(kāi)放與制造工序相關(guān)的設(shè)計(jì)工具，讓任何工廠都能使用，技術(shù)方面的難度很大。」

但是，對(duì)于提出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)復(fù)興方針的日本來(lái)說(shuō)，高水平的設(shè)計(jì)能力和人才是不可或缺的。在開(kāi)源方面的努力是拓寬自主設(shè)計(jì)領(lǐng)域、提高教育和研究活力的重要一環(huán)。