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2017年，圖靈獎獲(huo)得者JohnHennessy與DavidPatterson在其(qi)“計算機體系架(jia)構(gou)的(de)黃金年代”主(zhu)題演講(jiang)中指出，由于目前通(tong)用計算的(de)性能瓶頸，需要面向不同應(ying)用場景開發針對性優(you)化的(de)架(jia)構(gou)，他們給(gei)出的(de)解決方案(an)是(shi)DSA。

所(suo)謂DSA（domainspecificarchitecture，特(te)定領域架構），是一種針對(dui)特(te)定領域定制(zhi)的可(ke)編程處理器，能(neng)夠用(yong)于加速某些應用(yong)程序，實現(xian)更好的性能(neng)和性價比。

尤其(qi)是在(zai)當前摩(mo)爾定律放緩的(de)(de)趨勢下(xia)，DSA更是成為一種持續提升處(chu)理(li)器性能的(de)(de)重(zhong)要技術理(li)念，即(ji)采(cai)用(yong)(yong)可編程的(de)(de)專用(yong)(yong)集成電路去加(jia)速特定的(de)(de)高強度的(de)(de)處(chu)理(li)器負載，比如加(jia)速圖形渲染、加(jia)速AI神經網絡的(de)(de)前向(xiang)推理(li)計(ji)算(suan)、提高巨量網絡數據的(de)(de)吞吐等。

可以(yi)簡(jian)單理(li)解(jie)為，以(yi)CPU為代(dai)表的(de)通(tong)用(yong)(yong)計算(suan)芯(xin)片(pian)(pian)架構，已(yi)經無法(fa)很好地匹配和(he)滿足當前(qian)的(de)市(shi)場(chang)需求，所(suo)以(yi)在AI、云計算(suan)、自動(dong)駕駛(shi)等各類新技(ji)術(shu)和(he)應(ying)用(yong)(yong)層出不窮的(de)同時，“通(tong)不如精”成為處(chu)理(li)器架構的(de)演進趨勢，智能計算(suan)需求激增(zeng)的(de)背后，是從傳統的(de)通(tong)用(yong)(yong)芯(xin)片(pian)(pian)向專用(yong)(yong)領(ling)域處(chu)理(li)器芯(xin)片(pian)(pian)的(de)轉(zhuan)變。

基于(yu)這個趨勢，很多公司開(kai)啟了DSA的(de)(de)實(shi)踐，推出了針對(dui)特(te)定(ding)領域應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)DSA處理器，于(yu)是(shi)包括NPU、TPU、DPU、DSP等在內的(de)(de)各種(zhong)“XPU”應(ying)運而生(sheng)，盡(jin)管這些芯片類(lei)別(bie)不同，適用(yong)(yong)領域有所差異，但其作為專門(men)為AI任務和特(te)定(ding)領域需求而生(sheng)的(de)(de)新芯片，它們都有著比通用(yong)(yong)計算功耗低(di)、計算性能高、成本更低(di)等優勢。

不難判斷，定制化和異(yi)構化DSA作(zuo)為整個系統的算(suan)力中堅，將成為未來處理(li)器架構的趨勢，有望在下(xia)一代計算(suan)平臺中發揮(hui)更大的價值。

DSA大行(xing)其道，EDA亟待革(ge)新

不難理解，DSA的(de)目標(biao)就(jiu)是提升計算的(de)能效比(bi)，更好(hao)地(di)滿足特定(ding)領域(yu)SoC設計的(de)差(cha)異化、能效比(bi)以及推向市場的(de)時效性(xing)。

然而(er)，AI時代在(zai)為(wei)DSA處(chu)理器應(ying)用場景(jing)提(ti)供了更(geng)(geng)多可能性的(de)(de)同時，也(ye)對芯片研發的(de)(de)效率提(ti)出了更(geng)(geng)高的(de)(de)挑戰(zhan)。

在DSA芯(xin)片公司實際的(de)開發過程中，傳(chuan)統的(de)EDA工具存在費(fei)(fei)人(ren)、費(fei)(fei)時(shi)、費(fei)(fei)錢且風險大等(deng)問題(ti)。尤其在芯(xin)片行業如(ru)此“卷”的(de)后摩爾時(shi)代(dai)，在專(zhuan)用(yong)處理(li)器規模指數(shu)式上升和面市(shi)(shi)時(shi)間快(kuai)速(su)縮短的(de)雙重壓力下(xia)，如(ru)何快(kuai)速(su)生(sheng)成(cheng)(cheng)專(zhuan)用(yong)處理(li)器，成(cheng)(cheng)倍提(ti)升處理(li)器設計效率，加速(su)產品迭代(dai)已然成(cheng)(cheng)為市(shi)(shi)場制勝的(de)關鍵。

這也(ye)對EDA工具(ju)提出(chu)了新的(de)要求。對此，芯易薈通過對行業(ye)需求的(de)深刻(ke)理解(jie)以及(ji)專(zhuan)(zhuan)業(ye)知識和經驗的(de)長(chang)期累計，推出(chu)了一(yi)款賦能專(zhuan)(zhuan)用(yong)計算、具(ju)有顛覆性(xing)創新的(de)EDA軟(ruan)件(jian)工具(ju)——FARMStudio。

據芯易薈聯(lian)合創始人徐(xu)勇介紹，FARMStudio是一(yi)款以(yi)C語言描述(shu)，基(ji)于RISC-V基(ji)礎指令集(ji)的(de)專用(yong)處理(li)器生成工(gong)具，針對密集(ji)計算(suan)和復雜(za)數據處理(li)的(de)應用(yong)場景，賦能工(gong)程師自(zi)由探索計算(suan)架(jia)構，優化PPA，快速收斂至最佳(jia)設(she)計。

該工具(ju)基(ji)于FARM設計(ji)方(fang)法(fa)學，參考DSA設計(ji)范(fan)式(shi)，可方(fang)便的(de)針對不(bu)同應用(yong)，進(jin)行不(bu)同架構下處(chu)(chu)理器的(de)性能(neng)探索(suo)，用(yong)戶僅需在軟(ruan)件中輸入(ru)基(ji)礎核(he)、超級指令、預(yu)置(zhi)模(mo)板三項數據，便可分鐘級自(zi)動生成符合使用(yong)者功(gong)能(neng)、性能(neng)描述(shu)的(de)處(chu)(chu)理器硬(ying)件及軟(ruan)件工具(ju)鏈，并(bing)提供相關FPGA開發驗證平臺。RTOS、相關數學庫及應用(yong)層軟(ruan)件包也可一并(bing)交付，可最大(da)程度縮短產(chan)品上市時(shi)間，提高競爭力。

作(zuo)為自動生(sheng)成專用處(chu)理器的(de)EDA平臺，FARMStudio擁(yong)有諸多優勢(shi)：

加速進程(cheng)：分鐘級自動生成DSA處理器和配套工具鏈，可最大程(cheng)度縮短產品上市(shi)時間(jian)，提(ti)高(gao)競爭(zheng)力；

FARM多層級驗證：用C語言(yan)實現快速(su)芯片設計，并全(quan)方(fang)位保障CtoRTL的正確(que)性和一致(zhi)性；

靈(ling)活高效(xiao)：探(tan)索(suo)“左移”、決(jue)策“右移”，讓架構探(tan)索(suo)和硬(ying)件(jian)設計(ji)更(geng)靈(ling)活，獲(huo)取最(zui)符(fu)合特定需(xu)求的DSA處理器(qi)；

自主可控：FARMStudio擁有(you)完整(zheng)的(de)技(ji)術儲備(bei)和開放的(de)生(sheng)態圈，實(shi)現國(guo)產化、自主可控。

資(zi)源復用(yong)：自定義指令和預制指令資(zi)源復用(yong)

如徐勇所言，隨著(zhu)芯(xin)片規模和(he)芯(xin)片制造成本的(de)指(zhi)數(shu)級上(shang)升，芯(xin)片項目的(de)決策不能(neng)(neng)(neng)等到芯(xin)片開(kai)發生產完成后(hou)再去做，而(er)是需(xu)(xu)(xu)要在預研階段就能(neng)(neng)(neng)根據應用需(xu)(xu)(xu)求做好軟硬(ying)件劃(hua)分和(he)驗證，去實際評估(gu)最終能(neng)(neng)(neng)否達到性(xing)能(neng)(neng)(neng)需(xu)(xu)(xu)求。

相(xiang)較于傳(chuan)統設計流(liu)程(cheng)中(zhong)的決策往(wang)往(wang)伴隨(sui)著較大的不確定性，芯易(yi)薈升(sheng)級設計流(liu)程(cheng)，基(ji)于FARMStudio的設計并(bing)行(xing)化(hua)，通過將“軟硬協(xie)同(tong)、設計優化(hua)、驗證”等(deng)流(liu)程(cheng)左移(yi)，以及該工(gong)具分鐘級的快(kuai)速響應，以此來幫助客戶(hu)降低決策風險，加快(kuai)客戶(hu)研發速度。

而之所以能(neng)夠取(qu)得上述(shu)顛覆性優勢的原因，徐勇在接受半(ban)導體行(xing)(xing)業(ye)觀(guan)察(cha)采訪時表示(shi)，首先我們是以創(chuang)新(xin)為出發點，迫(po)切(qie)的想要(yao)進行(xing)(xing)創(chuang)新(xin)；此外(wai)，公司研發團(tuan)隊實力強，由40多年行(xing)(xing)業(ye)經驗的科學家(jia)領頭，團(tuan)隊碩士及以上學歷(li)人才占比達80%，且非常了解行(xing)(xing)業(ye)痛點和(he)發展(zhan)趨勢。

在此基礎上，芯(xin)易薈通過思(si)維方法的(de)整合，進行深度技(ji)術創新融合，實現(xian)了一(yi)系列技(ji)術的(de)突(tu)破：

基于RISC-V基礎指令，無需微架構知識，自主可控

基于(yu)C語言(yan)，軟(ruan)硬件設計語言(yan)統一(yi)，全(quan)球首(shou)創

分鐘級自動(dong)生成DSA處(chu)理器(qi)和配(pei)套(tao)工(gong)具鏈(lian)

高(gao)性能編(bian)譯器，支持(chi)自動VLIW，自動流水(shui)線排布

多層次驗證(zheng)環境，指(zhi)令級別驗證(zheng)在X86平臺實現，世界(jie)唯一

周期精確(que)仿(fang)真(zhen)器，仿(fang)真(zhen)速度達到(dao)MHz級別，業界(jie)最快

FPGA云開發測試環境，即(ji)插即(ji)用

嵌入式OS，自動配置

在諸多(duo)突破(po)性技術(shu)和優勢(shi)的加持下，FARMStudio工具內嵌面向豐富(fu)應(ying)用(yong)場景的DSA設計(ji)范(fan)式，便于客戶快(kuai)速集成、優化(hua)和驗(yan)證(zheng)DSA處理器(qi)，可廣泛應(ying)用(yong)于定制(zhi)針對視(shi)覺、AI、通信、音頻、DPU、工業控(kong)制(zhi)等領域(yu)的處理器(qi)解決(jue)方案，助力芯片設計(ji)公司突破(po)傳統IP能效上(shang)限，并以更低的成本適應(ying)算法(fa)與產品的持續(xu)迭(die)代。

對此(ci)，芯易薈市場總監徐明以DSP和(he)(he)NPU兩個(ge)典型應用方(fang)(fang)向為例(li)，展現(xian)了(le)使用FARM方(fang)(fang)法學研(yan)發DSA處理器(qi)的優勢和(he)(he)靈(ling)活性。

其中，DSP作(zuo)為(wei)目前芯片市場比(bi)較典型的(de)(de)處(chu)(chu)理器，特(te)別(bie)適合快速地實(shi)現各(ge)種數(shu)字信(xin)號的(de)(de)處(chu)(chu)理和運算，己成(cheng)為(wei)AI、計算機視覺、音頻(pin)等領域的(de)(de)關鍵(jian)核心(xin)。在研發(fa)DSP方(fang)(fang)面(mian)，FARM方(fang)(fang)法學具(ju)有較大(da)優勢，使(shi)用(yong)(yong)FARMStudio工具(ju)，通過非標(biao)數(shu)據類型、個性化(hua)小數(shu)標(biao)定以及提煉典型應(ying)用(yong)(yong)場景的(de)(de)算法需求，聚焦不同應(ying)用(yong)(yong)方(fang)(fang)向提供靈(ling)活的(de)(de)可選組件來(lai)加速DSP的(de)(de)設(she)計、開發(fa)及驗(yan)證(zheng)流程。這其中也包括專用(yong)(yong)的(de)(de)加速指令，依托(tuo)于強(qiang)大(da)的(de)(de)編譯器可以顯著提升性能和資源利用(yong)(yong)率。

徐明表示，相較于(yu)傳(chuan)統的(de)(de)DSPIP，使(shi)用FARMStudio平臺能以更(geng)少的(de)(de)面積和功耗，更(geng)小的(de)(de)codesize，獲得更(geng)極(ji)致的(de)(de)性能，以滿(man)足(zu)數字化(hua)時(shi)代處(chu)理密集型應(ying)用的(de)(de)數據計算需求。

此外，通(tong)過FARM方法學(xue)研發NPU同(tong)(tong)樣存在(zai)諸(zhu)多優勢，包(bao)括應(ying)用(yong)需(xu)求驅動(dong)NPU設計、不同(tong)(tong)架構范式適(shi)配復(fu)雜(za)應(ying)用(yong)需(xu)求、支持非(fei)標數據類型、支持內存架構定制(zhi)等，進而可(ke)以在(zai)幫(bang)助NPU芯片(pian)追求極(ji)致性能的同(tong)(tong)時(shi)，大幅縮減人(ren)力和(he)時(shi)間成本(ben)。

“綜合(he)來看(kan)，FARM方法(fa)學靈活高效，降低數量級級別(bie)處理(li)器(qi)開發成(cheng)本；顛覆功(gong)能，突破傳統處理(li)器(qi)IP能力邊界；自(zi)主可控，多種合(he)作方式(shi)解決客(ke)戶處理(li)器(qi)需求。”徐(xu)明總結道(dao)。

伴隨技術創新而(er)來的(de)，還有芯易薈對其商(shang)業模式的(de)思考和重新定義。

據介紹，FARMStudio工(gong)(gong)具分為企(qi)業(ye)版(ban)和個人版(ban)兩種類(lei)型，企(qi)業(ye)版(ban)支(zhi)持(chi)軟件工(gong)(gong)具鏈、仿真器、SDK/OS、RTL下載、專家技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)等(deng)功(gong)能；個人版(ban)則在企(qi)業(ye)版(ban)基礎上減少了RTL下載功(gong)能，專家技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)調整為在線技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)。

“相較于其(qi)他(ta)EDA/IP廠商動輒幾百上千萬的(de)授(shou)權(quan)費用以及1%-2%甚至更高比例的(de)版(ban)(ban)稅，FARMStudio企業(ye)版(ban)(ban)采用1+1的(de)定價(jia)模式(shi)，即(ji)EDA授(shou)權(quan)費100萬人民(min)幣每(mei)年+1%的(de)ASP版(ban)(ban)稅；更是發布個人版(ban)(ban)，僅需每(mei)年299人民(min)幣，但不可(ke)用于商業(ye)用途。”徐勇補(bu)充道。

對于推出個人版的原因，徐勇強調，EDA核心是用戶(hu)(hu)使用量，個人版一方面可以提高(gao)用戶(hu)(hu)使用量，解(jie)鎖個人對行業的了解(jie)，為生(sheng)態培養貢獻(xian)力(li)量；另(ling)一方面，可以借此(ci)來加速收集(ji)用戶(hu)(hu)反饋，為自(zi)身軟件的后續更新(xin)迭代做基礎。

綜合來看，作(zuo)為一款(kuan)以C語言(yan)描述，基于RISC-V基礎指令(ling)集的專用(yong)處理(li)器生成(cheng)工具，FARMStudio知識產權自主，助力客戶高(gao)效積累自研IP是其核心競(jing)爭力所在。借此優勢(shi)，FARMStudio得以降低工程(cheng)師使用(yong)門檻，提升工程(cheng)師技能(neng)樹能(neng)級，自由探索架構，分(fen)鐘級優化硬(ying)件，進而成(cheng)倍提高(gao)芯片(pian)設計效率，為中國半(ban)導體事業添磚加瓦。

計算架構黃金年代(dai)，國產(chan)EDA迎(ying)來拐點

眾所周知，隨著芯(xin)片設(she)計的復雜(za)程度不斷提(ti)升，EDA已經滲(shen)透(tou)到芯(xin)片設(she)計生(sheng)產(chan)的各個環節，EDA與產(chan)業鏈結合愈(yu)加緊密，已經成為提(ti)高設(she)計效率、加速技術進步(bu)的關鍵推手(shou)。

同(tong)時EDA杠(gang)桿效應顯著(zhu)，根(gen)據SEMI數(shu)(shu)據，2021年(nian)全球EDA市場規模(mo)僅(jin)為132億美元(yuan)，卻撬(qiao)動(dong)著(zhu)數(shu)(shu)千億美元(yuan)的(de)集(ji)成電(dian)路產業，以及背后數(shu)(shu)十萬億規模(mo)的(de)數(shu)(shu)字(zi)經(jing)濟，其屬性和重要性可(ke)見(jian)一(yi)斑。

近年來，受地緣政治關系的影響，我(wo)國在包(bao)括EDA在內的多(duo)個(ge)半導體領域面臨(lin)關鍵核心技術卡脖子的危(wei)機(ji)。因此，如何盡快(kuai)打破(po)壟斷，實現相關領域的“自主可控”成為全社會的廣泛共識。

2021年，工信部出(chu)臺的(de)《“十四五”軟(ruan)件和信息(xi)技術服務業發(fa)展規劃(hua)》中提出(chu)要重點(dian)突破工業軟(ruan)件，EDA作為工業軟(ruan)件的(de)皇冠明珠，是(shi)短板所在，也(ye)是(shi)未來重點(dian)發(fa)力方向。

在(zai)(zai)此背(bei)景下，國(guo)產EDA廠商(shang)正卯足力氣(qi)、加緊追趕，芯易(yi)薈也是在(zai)(zai)這個過程(cheng)中成立并逐步壯(zhuang)大，在(zai)(zai)專用計(ji)算(suan)領域(yu)實現技術突(tu)破，解決了(le)(le)行(xing)業客戶在(zai)(zai)芯片實際開(kai)發(fa)過程(cheng)中的(de)一系列復雜挑戰(zhan)和難題(ti)，顛(dian)覆了(le)(le)國(guo)外巨(ju)頭(tou)對EDA領域(yu)的(de)長期壟斷。

FARMStudio工具目(mu)前已(yi)由(you)國內(nei)外(wai)多(duo)家IC廠商進行實踐測(ce)試及(ji)使用(yong)，應用(yong)市場(chang)涵(han)蓋手機、安防、汽(qi)車、通信、消(xiao)費電子、工業(ye)控制等諸(zhu)多(duo)領(ling)域，正在(zai)發(fa)展成為我國自主研發(fa)集成電路產(chan)業(ye)生態的重要部(bu)分。

徐勇(yong)表(biao)示，近年來，隨著更(geng)多(duo)政策加(jia)碼，相(xiang)關技術正日益成(cheng)熟(shu)，國(guo)(guo)產(chan)EDA企業(ye)正迎來發(fa)展(zhan)的(de)黃金(jin)期(qi)。我們也十分期(qi)待看到EDA產(chan)業(ye)日益加(jia)劇的(de)市場(chang)競爭中，催生更(geng)多(duo)、更(geng)先進(jin)的(de)國(guo)(guo)產(chan)EDA工具，共(gong)同助推(tui)中國(guo)(guo)集成(cheng)電路(lu)產(chan)業(ye)的(de)進(jin)一步發(fa)展(zhan)。

作為芯(xin)片設(she)(she)計(ji)行業的(de)賦能者，芯(xin)易薈自(zi)主研發專用處理器設(she)(she)計(ji)與(yu)驗證自(zi)動(dong)化的(de)前瞻性技術(shu)，提(ti)供處理器開發的(de)一站式平臺，針對豐富的(de)應用場景，自(zi)動(dong)產生最佳匹配的(de)軟硬件(jian)協同方(fang)案，為中國(guo)乃(nai)至(zhi)全球范圍日益增長的(de)芯(xin)片設(she)(she)計(ji)需求提(ti)供新(xin)型設(she)(she)計(ji)方(fang)法學、工具軟件(jian)和(he)最佳實(shi)踐。

正如(ru)在文(wen)章開(kai)頭JohnHennessy和DavidPatterson提到的(de)，計算機架構正在迎來一個新的(de)黃金時代。

對于芯易薈來說，這也是(shi)他們的一個機(ji)會。