芯片設計面臨很多挑戰，但是如何解決IP復用和集成問題？

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2022-03-18 02:45:46 3

汽車、人工智能（AI）、數據處理和智能終端等領域對半導體芯片的強勁需求不斷加速半導體產業的發展，預計到2030年將激增至8085億美元。，普華永道預測，2022年僅AI相關的半導體市場收入就將增長到300億美元以上，年增長率高達50%。

與此同時，半導體芯片變得更小、更快、更強大，并且在靈活性和功能性方面有了顯著提高。然而，隨著設計變得越來越復雜，對驗證能力和下一代驗證技術的需求也越來越大。依賴于完全可追溯性和嚴格的文檔流程的功能安全合規性變得越來越重要。半導體公司越來越多地采用 IP 重用設計方案來縮短上市時間并遵守法規。采用更復雜的方法來促進設計和重用將改變業務并將研發效率提高至少 20%。

由于全球供應鏈問題以及芯片需求量爆炸式增長，半導體產業進入大規模商業化，市場競爭持續加劇。近期，美國正在通過立法激勵半導體芯片制造，進一步促進半導體市場發展。隨著半導體芯片的應用逐漸擴展到更多全新的應用領域，這種趨勢在未來幾年仍將持續。

上市時間壓力和IP有效重用是半導體公司面臨的兩個最重要的問題，并且這些問題密切相關。雖然IP重用是加快上市時間的有效方法，但企業需要實施標準的IP重用策略。標準重用策略、流程和支持工具的缺乏嚴重阻礙了芯片設計生產力的增長。芯片設計能力正在迅速增加，這一事實使情況更加復雜。根據密歇根大學最近的一項研究，芯片設計生產力正以每年28%的速度增長，但半導體產能的增長速度更快，年增長率達58%。

這種生產力差距遵循半導體日益商業化的趨勢，需要企業在激烈的競爭下保持一定利潤率。而標準的IP重用策略正在成為滿足上市時間需求并縮小設計能力與設計生產力之間差距的必要條件。

合規性與合規管理

半導體公司越來越需要滿足ISO 26262、ITAR和其他合規/功能安全標準。這是可以理解的，因為許多推動半導體增長的市場都是面向消費者的應用。隨著越來越多的半導體公司供應受監管的行業，他們將需要證明其產品能夠滿足安全要求。能夠實現自動化、確保芯片設計可追溯性的設計和實施工具套件對于滿足嚴格的合規流程至關重要。

目前，多數半導體公司仍然表示正在使用手動流程進行合規管理，缺乏自動化管理。這種方式僅適用于小規模管理，而隨著企業規模擴大，管理多方面的合規水平可能變得越來越困難。采用平臺方法來實現合規性可以為團隊提供整體視圖，從而更容易遵守標準。盡管在這個領域提供自動化的工具很少，但似乎需要圍繞這些標準的合規性要求進行自動化。平臺方法可用于跟蹤和匯總各種單點工具在其特定應用場景的合規性水平。

嵌入式系統與IP集成

預計到2027年，全球嵌入式系統市場將增長6.3%，達到1373.1億美元。嵌入式軟件正在成為當前許多產品的重要組成部分，越來越多的產品將硬件和軟件相互融合。這將使芯片設計愈加復雜，從而需要硬件設計人員與軟件開發人員互相協作。

隨著硬件和軟件之間的界限不斷模糊，企業將需要以統一明確的方式管理其設計的生命周期。配置管理對于處理硬件和軟件組件之間的相關性很重要，它可以為設計中的組件版本啟用可追溯性和單一事實來源。

在典型芯片中，40%以上的芯片是由定制IC組成的。為了加快復雜混合信號SoC的設計，模擬元件重用逐漸越來越普遍。換句話說，越來越多的模擬電路正在集成至SoC當中。多數企業表示，芯片設計越來越需要集成新的或現有的IP。這有力地表明了基于IP組件的設計在當今半導體行業中的重要性。重用IP組件可以幫助團隊花費更少的時間進行集成。*的IP生命周期管理可以為設計人員提供查找、鑒定和集成IP的優質平臺，從而簡化IP集成及芯片設計。

此外，2.5D設計的應用規模逐漸呈上升趨勢。很多企業表示已經應用或正在考慮為其產品采納2.5D設計。隨著摩爾定律放緩，為了保持SoC集成水平，2.5D設計漸漸成為市場發展的趨勢。

芯片設計中的挑戰

芯片設計變得越來越復雜，而全球半導體供應鏈問題遲遲無法緩解，對于半導體企業產品上市時間和利潤都造成了一定的沖擊。企業在試圖保持競爭優勢時面臨著無數障礙。

找到可重復使用的相關IP是一項挑戰。目前，半導體公司的做法是重用以前項目中的IP或通過公司IP目錄搜索。雖然這種方法有效，但并不能為手頭項目產生最佳IP。為了提高設計生產力，更好地設計半導體芯片產品，企業需要尋求一種更標準、數據化的方法來實現IP重用。

設計人員表示，由于尋找合適的IP比較困難，因此為其設計找到相關的IP至少需要一天或更長時間。然后，設計人員需要對IP進行資格認證，并將其納入設計中。然而，為了滿足日益增長的設計需求，設計人員根本無法花費一天甚至更長的時間進行搜索。因此，將設計生態系統中各種資格認證工具的元數據載入IP目錄，并對IP進行編目將成為一個發展方向。該方案有助于組織和加速整合過程，還可用于確定IP的狀態和質量。同時，為了更好地對IP進行分類，團隊需要一個綜合平臺來幫助設計人員找到IP的狀態以優化搜索過程，持續促進IP重用，縮短上市時間。

此外，跟蹤和確定IP的質量對于可追溯性非常重要。設計人員通過審查設計過程中的支持證據來確定是否滿足要求的過程，并跟蹤整個企業的各種項目中IP的使用情況。擁有一個確定滿足要求及使用場景的IP平臺可為團隊提供有關IP健康狀況的信息，有助于更好地應用在未來項目中。

受行業領導者*的芯片設計工具

對于半導體企業來說，芯片設計不斷發展，對用于設計和開發的基礎設施工具也有著更高的要求。其中，IP管理、數據管理/版本控制、產品生命周期管理（PLM）、需求管理、靜態代碼分析等都是半導體企業必不可少的工具鏈軟件。此外，不少企業還進一步采用了命令行與基于GUI的工具、多供應商偏好以及云組織架構等芯片設計工具。

IP管理

盡管越來越多的企業以IP為核心進行芯片設計，但使用商業IP生命周期平臺的采用仍處于早期階段。IP生命周期管理工具為協作提供了基礎，有助于確保可追溯性并加快上市時間。設計人員可以查看使用IP的產品并了解錯誤、衍生設計、回歸狀態等。這些信息節約了搜索時間并最大程度地減少了不可預見的風險，同時幫助團隊質量、分發和集成IP。

數據管理/版本控制

數據管理和版本控制解決方案來自開發領域。該方案可以追溯到公司早期階段，為IP管理提供了支柱。擁有數據管理解決方案可以支持IP的跟蹤，并為工程師提供決策所需的強大元數據，有助于全球團隊的協同協作。

總結

半導體產業的發展日新月異，日趨*盛的市場需求為半導體企業帶來了更多的挑戰，同時也迎來技術和產業發展的新機遇。隨著芯片設計變得越來越復雜，技術團隊需要以更快的速度進行創新迭代。企業必須按時交付市場需求，并縮小設計能力與設計生產力之間的差距。

隨著半導體產品對合規性或功能安全標準的要求不斷提高，可追溯性成為一項重大挑戰。標準的 IP 重用策略對于充分利用您的 IP 投資非常重要。有效的 IP 管理平臺可幫助設計人員查找、認證和管理 IP 版本。使用這樣的平臺管理 IP 可以在整個項目中重復使用，使企業能夠加快上市時間并保持利潤，而不會犧牲安全性或可追溯性。這項研究表明，使用正確的管理工具，可以最大限度地發揮以 IP 為中心的設計方法的優勢。同時，工具供應商也有機會為這些工具開拓潛在的應用市場。

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