图片来源:Unsplash-Niek Doup |半导体行业地平线 6月,谷歌开发者推出了芯片设计网站。
该网站的口号称,该网站将使每个人更容易大规模构建定制芯片。
据谷歌介绍,谷歌已与SkyWater Technology代工厂和Efabless合作,提供完全开源的工艺设计套件(PDK)和相关工具,以便任何开发人员都可以创建可制造的芯片设计。
每隔一个月,用户可以提交一份开源设计,以进入 Open MPW 航天飞机计划,并免费制造其设计的芯片。
谷歌与 Skywater efabless 的合作始于 2020 年。
作为 RISC-V 基金会和 Linux 基金会 CHIPS 联盟项目的创始成员,谷歌实际上一直在支持开源芯片相关领域,包括为包括 lowRISC、战略和法律支持。
清华大学资深教授评价,谷歌抓住了集成电路产业去中心化的关键点。
谷歌的这个项目会带来什么不同,开源会给半导体行业带来什么改变?人人都可以设计芯片的时代即将到来吗?谷歌的网站并不是从头开始建立的,而是与其他公司合作来满足用户的需求。
其中,提供设计IP的公司是Efabless。
Efabless 是一个针对“智能”产品的开放式创新硬件创建平台。
通过提供定制集成电子半导体和硬件系统,创新者需要将其产品愿景转变为适销对路的产品。
Efabless 专注于按需和定制 IP。
芯片公司从Efabless获得IP有两种方式:一是在不断增长的经过验证的设计库中搜索现有IP,二是委托Efabless社区设计新的IP和衍生产品。
Efabless Caravel 是一款即用型测试工具,用于使用 Google/Skywater 130nm Open PDK 创建设计。
Caravel 线束包括支持 IO、电源和配置的基本功能以及用于管理 SoC 内核的插件模块,以及用于放置用户 IP 块的约 3000 微米 x 3600 微米的开放项目区域。
除了工具之外,谷歌还为用户提供学习教程。
理论上来说,此举为大家设计芯片提供了舞台。
该网站上线后,有评论表示,这正是半导体从业者期望教育系统为相关专业学生提供的实践项目。
目前,该计划有76个教程,涵盖ASIC、eFPGA、CMOS芯片、测试流片等主题领域。
虽然理论上每个人都可以制作芯片,但要成为现实显然还需要很长时间。
虽然谷歌提供了教程,但能够通过自学学习相关课程,对于用户自身的知识体系会带来很大的挑战。
总体来说,这个网站更大的意义是为集成电路专业的学生和创业者提供设计芯片。
样品机会。
据代工厂相关人士透露,即使采用40nm工艺,一次性成本也在30万-50万美元左右。
这样的数字对于个人来说是难以承受的。
但这样的平台一定会对芯片行业的创新提供正向激励。
从芯片行业的角度来看,谷歌并不是该行业的主要参与者。
不过,谷歌硅团队已经发布了产品。
2021年10月,谷歌硅团队宣布推出首款自研芯片Tensor。
Tensor芯片采用5nm工艺,CPU为八核设计,分为大中小三个核心——两个运行2.8GHz的ARM Cortex-X1核心,两个运行2.25GHz的Cortex A76核心,以及四个运行在2.25GHz的Cortex A76核心。
1.8GHz A55 内核。
GPU 设计为 20 个核心。
据悉,这一设计花费了谷歌硅团队四年的时间。
那么深知芯片设计到成品的艰辛的谷歌为什么要推出这个网站呢?谷歌芯片网站是芯片行业的Github吗?谷歌运营更深层次的关键在于打造开源社区。
开源在谷歌比较熟悉的软件领域已经形成了成熟的生态氛围。
开源已经成为一种超越软件生产界限的运动和工作方式。
开源运动旨在利用开源软件和去中心化生产模式的价值,为其社区和行业中的问题找到新的解决方案。
在开源环境中,互联网将同一社区的所有成员联合起来。
协作和开放让效率更高,也让创新想法能够快速被理解,火花可以燎原。
在开源生态中,Github等在线源代码托管服务平台也随之诞生。
谷歌此次建立的网站与Github有很多相似之处。
随着Github在软件行业中变得越来越重要,开源的价值再次被证明。
众所周知,芯片设计和制造是一个复杂繁琐的过程,而随着芯片设计接近极限,芯片企业似乎也面临着自己的瓶颈期。
芯片研发门槛高,客观上阻碍了创新,而门槛的降低则激发了创新活力,繁荣了芯片产业。
芯片架构人才紧缺,降低门槛有助于快速、规模化培养高水平芯片设计人才。
当“挤牙膏”成为各大厂商的最后手段时,如何打破设计困境已成为刻不容缓的事情。
谷歌的尝试或许会给芯片设计界带来新的可能性。
半导体开源时代谷歌并不是第一家在芯片领域尝试开源的公司。
RISC-V是半导体开源的代表性成果。
截至2021年9月,RISC-V国际基金会成员已覆盖70多个国家,总数超过2300家,其中企事业单位超过500家。
RISC-V物联网处理器芯片已经大规模商用。
仅在中国,就有超过5亿颗RISC-V核心芯片投放市场。
华米科技等可穿戴设备制造商一直在使用这种RISC-V架构。
阿里巴巴集团研发出基于RISC-V的物联网人工智能芯片,并公开其IP。
此前有消息称,华为还推出了基于RISC-V架构的Hi3861芯片。
开源RISC-V也已成功孵化商业案例。
SiFive开发了完整的基于RISC-V的处理器内核和开发板,可以完全运行Linux操作系统。
作为目前领先的SoC制造商,SiFive设计了SiFive Core Designer工具,参数化核心设计,用户可以定制模式和指令集、片上存储、调试单元、接口选择、保密控制、中断设置、是否插入DFT 、功耗管理和预测指令(基于性能或面积)等功能选项大大增加了SoC设计的多样性,降低了SoC设计的难度。
目前用户可以选择的核心包括E2/E3/E7/S2/S5/S7/U5/U7。
最新消息是SiFive设计了最新的U8处理器,该处理器具有可扩展的乱序执行RISC-V CPU内核。
与Arm Cortex A72相比,U8系列的目标是性能相当,面积仅为A72的一半。
SiFive目前的融资金额已超过3.5亿美元。
现有投资者包括 Coatue、AMD(通过 Xilinx Ventures)、Ibex Investors、英特尔、Osage University Partners、Prosperity7 Ventures、高通、三星、SK 海力士、Spark Capital、Sutter Hill Ventures 和 Western Digital。
2022年3月16日,SiFive完成1.75亿美元F轮融资,公司估值超过25亿美元。
这再次表明了市场对开源RISC-V的信心。
此外,SiFive还与英特尔形成了合作。
英特尔表示,该公司对 RISC-V 基金会的投资包括与 RISC-V 领导者 SiFive 合作,构建基于英特尔 4 代工艺技术的 Horse Creek 开发者平台,该平台将于 2022 年年底广泛应用。
多家公司对SiFive的投资不仅证明了SiFive的商业价值,也论证了基于开源架构商业化的可行性。
开源还有很长的路要走,希望永远伴随着它。
开源在半导体领域并不是一个新概念。
1999年,OpenCores成立,这是一个本着自由和开源协作精神共享和推广开源IP(知识产权)核的社区。
OpenCores门户托管不同数字网关项目的源代码并支持用户社区,提供列出、展示和管理此类项目的平台;以及用于资源管理的版本控制系统。
网站目前开源项目包括:算术核心、原型板、通信控制器、协处理器、加密核心、DSP核心、ECC核心、库、内存核心、处理器、片上系统、模块上系统、系统控制器、测试/验证、视频控制器等。
不过,值得注意的是,虽然 Opencores 已经运行了 20 多年,但目前只有 1000 个项目,而且网站最后一次更新是在 2021 年。
这在一定程度上说明了半导体开源系统的局限性。
鲍云刚教授将问题归咎于生态不成熟、碎片化严重。
缺乏技术主线和引领力量,无法真正有效汇聚全球研发力量,阻碍了技术的不断迭代和应用拓展。
此外,一些开源联盟仅承担有限的功能,组织松散、实力不够,无法形成对生态系统的系统支撑和引导。
相关科研机构和龙头企业未能形成合力,许多共性技术未能有序布局、合作攻关。
对于半导体来说,技术的独特性是第一竞争力。
但如果放大看,就会发现半导体行业一直存在联合合作。
Wi-Fi、USB、DDR等都是产业合作的产物。
最近的 UCIe 联盟打破了工艺和晶圆厂之间的界限。
对于中国半导体企业来说,开源是发展的唯一出路。
目前,也有国内EDA公司参与开源,并表示在开源平台上,降低了EDA使用和创新的门槛,推进效率也得到有效提升。
国产化并不是国内半导体企业应该追求的终点。
未来,国内半导体厂商必须在全球产业中拥有自己的主动权。
所以一个以开源为核心、合作共赢为理念的产业氛围对于国产半导体来说至关重要。
闭源就是封闭,开源就是开放。
封闭很难进步,开放才有进步。
开放使人类智慧得以汇聚。
当人类的智慧汇聚起来时,就不再是1+1=2了。
这就是开源的力量。
我们期待谷歌的尝试会给半导体技术带来什么火花,以及开源的力量会给中国半导体带来什么。