谷歌將開源應用于芯片設計和制造

來源：thenewstack

當谷歌和亞馬遜等云巨頭需要批量生產(chǎn)內(nèi)部設計的芯片時，芯片制造商可以提供幫助。但由谷歌牽頭的一個項目正試圖將芯片設計開源。谷歌正在領導一組合作伙伴，為芯片設計人員提供開源軟件工具，以設計、驗證和測試芯片的虛擬版本，然后免費獲得工廠制造的物理部件。目標是幫助 DIY 愛好者、大學和芯片初創(chuàng)公司降低芯片的設計和生產(chǎn)成本。更多合作伙伴最近幾周，谷歌牽頭的努力獲得了更多合作伙伴來推動開源芯片的努力，其中包括制造商格芯和美國國防部，后者上周向SkyWater注入了 1500 萬美元的資金，后者為其工廠提供制造能力開源芯片。開源芯片的想法可以比作Linux。英特爾和 ARM 等公司擁有為計算提供動力的專有芯片設計，而公司必須為使用這些架構的特權付費。Google 的目標是推廣開放式芯片設計，這些設計可免費獲得許可，并可進行修改以滿足組織的需求。最后一英里的努力谷歌的開源芯片努力解決了許多芯片初創(chuàng)公司無法克服的最后一英里問題：制造芯片。谷歌的目標是促進用于人工智能和數(shù)據(jù)收集等應用的處理器和傳感器的基層設計，然后免費制造芯片。谷歌早在2020年就推出了一個芯片開源計劃，與半導體制造廠商Skywater合作贊助了Open MPW Shuttle Program，將芯片設計中的PDK開發(fā)套件完全開源、免費。在這個項目中，網(wǎng)友可以隨意提交芯片設計，充分利用開源的EDA、PDK等工具開發(fā)自己需要的芯片，谷歌則會負責免費制造芯片。之前免費制造的工藝是SKY130，也就是130nm工藝，現(xiàn)在谷歌已經(jīng)升級到了SKY90-FD，這是一種90nm FDSOI工藝，比傳統(tǒng)的Bulk工藝性能更好，開發(fā)者可以基于該工藝設計更好的90nm芯片，谷歌依然免費幫你制造。根據(jù)Pitchbook的數(shù)據(jù)，風險投資公司向半導體公司投入了 99 億美元，其中大部分流向了無晶圓廠公司——這些公司是在計算機上創(chuàng)建芯片設計的芯片公司，但沒有制造工廠。一些著名的無晶圓廠公司包括英偉達和蘋果，這些公司將他們的設計發(fā)送給臺積電等芯片制造商。隨著芯片制造設施的整合，無晶圓廠模式變得流行起來。直到大約 2000 年，許多半導體公司，如 Fairchild、AMD 和摩托羅拉，都擁有自己的制造設施，但隨后由于半導體市場的波動和維護這些設施的成本過高而選擇放棄。芯片短缺效應近年來的芯片短缺阻礙了包括人工智能芯片制造商在內(nèi)的許多小型無晶圓廠公司，這些公司無法與 AMD、Nvidia 和蘋果等愿意支付溢價以確保批量生產(chǎn)的公司獲得晶圓廠產(chǎn)能。芯片短缺主要集中在電源管理和傳感器電路等部件上，這些部件的成本在幾美分到幾美元之間，并且在汽車等行業(yè)的需求量很大，這些行業(yè)正在向電動汽車過渡。谷歌的“build your silicon”計劃提供了如何制造芯片的指導，然后可以將其提交給該公司資助的項目，可以免費制造芯片。“谷歌的愿景是創(chuàng)建一個完整的開源生態(tài)系統(tǒng)，”EFabless 的首席執(zhí)行官Mike Wishart說，該公司促進名為Open MPW的程序接收和驗證芯片設計，為Google 及其合作伙伴免費提供軟件工具。EFabless 提供了用于芯片設計和驗證的開源 EDA 工具，SkyWater 提供了一個工藝設計套件來為制造芯片做準備。專注于設計對于初次和 DIY 芯片設計人員，EFabless 還提供了名為 Caravel 的片上系統(tǒng)，這是“一個巨大的空白用戶空間，供人們在其中起草和簡化設計。這樣他們就可以專注于他們的設計，”Wishart 說。“他們不必費力地穿過傳統(tǒng)的半導體生態(tài)系統(tǒng)，那里沒有足夠的人來處理所有設計……而且它太貴或太復雜，”Wishart 說。這些芯片是在 SkyWater 的 130nm 工藝上制造的，這是一個舊節(jié)點，類似于英特爾用于制造其 Pentium III 和 2001 年開始發(fā)布的的舊節(jié)點。一些最先進的芯片，如蘋果最新智能手機中的 A15 Bionic，采用最先進的 5 納米工藝制造。由于制造成本低，小型芯片制造商通常使用舊的工藝節(jié)點。這些芯片可用于在更高級節(jié)點上生產(chǎn)和發(fā)布最終版本之前對芯片版本進行原型制作。林茨約翰內(nèi)斯開普勒大學的一名參與者使用該程序創(chuàng)建了由學生在課堂上設計的原型芯片。增加定制Tirias Research 的首席分析師Jim McGregor表示，從學術角度來看，谷歌計劃以及對于開發(fā)自己的芯片的公司來說是有意義的。“幾乎每個人都在嘗試在平臺上設計芯片。我們看到越來越多的芯片定制化，”Jim McGregor說。Jim McGregor表示，谷歌在其云環(huán)境中開發(fā)了自己的閉源芯片，例如用于 AI 的張量處理單元，但開源計劃可能是為了與越來越多的開源芯片設計企業(yè)建聯(lián)系。“這是他們將他們與未來的設計師和芯片聯(lián)系起來的方式，就像蘋果最初向?qū)W者出售或贈送個人電腦一樣，”他說。Google 是 RISC-V International 的成員，該組織負責 RISC-V 的開發(fā)，RISC-V 是一種免費許可的開源芯片架構。RISC-V 架構被視為英特爾和 ARM 芯片架構的競爭對手，但在性能方面尚不具備。“最后發(fā)展的結果就是——當定制芯片現(xiàn)成可用時，他們是否有時間或金錢來開發(fā)定制芯片，”Jim McGregor說。

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