芯片设计创新无极限？你可以尝试这些玩法

创新的新方向
尽管摩尔定律可能正在放缓，但这不可能会使芯片设计领域的进步和创新停滞。摩尔定律减速的威胁带来了其它领域的创新，比如封装领域。"有可能系统设计的下一次演进将会发生在基于基底的多芯片系统（substrate-based multi-chip system）领域，其中一些芯片是 10/7nm 而另一些则是 26/16nm。"Cadence 设计 IP 的营销总监 Tom Wong 说，"由于智能手机的外形尺寸、性能和低功耗需求，我们已经见证了 POP（封装体叠层技术）和低成本 2.5D interposer 的大规模应用。而在数据中心的和企业领域，我们看到了对非常高端的 2.5D interposer 技术的应用，另外 3D 封装也被用到了网络应用的高性能内存子系统上。"

还有很多可能，我们也许只看到了冰山一角。Bell 说："系统级封装为纳入其它系统 IP 提供了另一个维度，其中比如说 MEMS、传感器、无源器件、RF 和内存。比起使用前沿工艺强迫将所有 IP 都放在芯片上，这个解决方案有更低的成本和更高的效率。每个 IP 都可以使用对其特定应用而言完美的硅工艺节点。这一类的异构集成促进了大量不同的可能应用的定制化和创新。"

芯片内的创新
芯片内部还有很多实现创新和差异化的空间。"SoC 架构、硬件/软件分区、设计方法和封装都是创新的康庄大道。"Mobiveil CEO Ravi Thummarukudy 说，"性能、功率和成本也能提供很好的差异化。"

事实上，一些人认为新一波创新浪潮才刚刚开始。"正如牧村浪潮（Makimoto’s Wave）预测的那样，半导体业务在标准产品（ASSP）和定制产品（ASCP）之间循环。"Cadence 的 Wong 说，"最近我们已经见证了应用处理器从来自 SoC 提供商的‘标准解决方案’变成了来自主要消费电子设备制造商的‘定制解决方案’。创新从专门的供应商转移到了 OEM，因为它们也建立了自己内部的设计团队。随着公司变得垂直，也正在发生一些重新聚合。这只是另一个循环周期的开始。"

"如果我们通过组合 IP 来开发芯片，这就能避开硬件创新吗？"Wingard 问道，"我认为这不过是换了一种决定方式--即不是使用晶体管，而是使用被称为标准单元（standard cell）的基本元素来构建数字组件。这并不会损害创新。这仅仅意味着你可以使用更高层的构建模块进行开发了。所以基于 IP 的设计方法允许芯片设计者更好地选择系统，以便更好地进行优化，因为他们不必在细节上耗费太多时间。"

当今的设计具有大量交互式元素。"设计者可以使用预验证过的子系统，这让他们可以专注于最终应用，而不是在搭建基本基础设施和功能上耗费大量时间。"SoC Solutions 总裁 Jim Bruister 说，"创新和差异化在于使最终应用有用的独特功能（定制 IP），比如一种特殊的传感器、特殊的无线电或甚至特殊的安全算法。"

IP 集成也有多个层面的问题。"选择一种 IP 的过程需要 ASIC 集成商考虑所有与系统相关的硬件和软件分区的问题和挑战。"Open-Silicon 业务发展和 IP 解决方案高级总监 Elias Lozano 说，"一个 IP 不能被看作是单片 RTL 或 Hard IP 模块，而应被看作是解决片上/片外封装难题以及芯片内部难题的组件。这个 IP 会如何影响功率、多电压域和新优化的时钟方案？难点不在于这个 IP，而在于需要理解所有这些问题的领域专家（人力资本）；有了他们才能为他们的应用提出创造性的且有成本效益的解决方案。"

Wingard 说："我从不相信提供集成技术能抹杀人的创新能力。我希望通过让组合更简单，我能增强他们的创新能力。"

另外还有成本因素。Thummarukudy 说："开发一个标准 IP 模块的成本大约是从第三方拿授权的 3 到 5 倍。如果仅需 30% 的成本就能获得一个经过验证的成熟模块，还自己去设计开发，那就在经济上是不合理的。"

架构也很重要，不久前就有证明。"苹果第一款真正的设计震撼了这个市场，因为他们让 GPU 的区域达到了 CPU 区域的四倍。"Wingard 说，"这是一个变革性的举措。应用处理器一直以来都是 50 平方毫米大小，因为诺基亚曾经说他们只想在上面投入 X 美元，而且使用这么多钱也只能开发出这样的。苹果开发了一款大 2.5 倍的。他们做了不同的选择，而世界格局再也没回到从前。"

模块内的创新
在模块层面也有创新的空间。"IP 处于价值链的底层，所以我看到在 IP 层面上出现了越来越多的创新机会。"Savage 说，"此外，IP 公司正在为它们的客户提供定制 IP 服务，让它们可以增加一些差异化。通常这种定制都是由它们的客户（系统公司）推动的。"

即使最基本的模块也在改变。Lanza 声称："一切都是关于内存。这是基本单位。将内存和它们的内容快速地连接起来。这就是我们大脑的工作方式，这需要出现在计算机中。内存技术比其它任何技术都发展得快。"

标准也在不断演变。"USB 标准在不断演进，为了优化成本，你现在只需要单一的标准和单一的连接器就能支持多种模式，比如 DisplayPort 和 HDMI，而且可以在芯片中高效地选择它们。" Synopsys 解决方案组营销副总裁 John Koeter 说，"这只是在标准上持续创新的一个案例。"

"所有的设计 IP 并不是平等的。"Bell 说，"比如说，考虑一下 DDR 接口 IP。尽管市场中已有很多玩家，但仅有一家拥有具备 16 项专利的创新架构。这能给系统提供更好的性能、更小的尺寸、更低的功耗和更大的可靠性。"

另外还有一些有趣的方式也许可以让低级的模块成为高水平的收入来源。Koeter 补充说："我们有一款产品是信任/安全模块的硬件根基。它为启动你的设备和在网上授权提供了一个安全的硬件基础。这个安全的受信任的执行环境支持空中下载更新，所以可以安全地升级。这就带来了一个可为用户提供服务的安全区域，比如可用于密钥配置、或视频流媒体和移动银行等终端用户服务。我们通过合作关系看到了一条发展路径，让我们不仅能受益于每块芯片的销售，而且还能得益于这些芯片中发生的每一笔交易。"