半導(dǎo)體設(shè)計迎來「開源潮」

在半導(dǎo)體設(shè)計領(lǐng)域，免費對外開放的「開源」（Open Source）技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用。這是一種利用任何人都能訪問的工具集合來解決因技術(shù)高級化帶來的成本增加和技術(shù)人員短缺等結(jié)構(gòu)性問題的嘗試。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）和美國谷歌已經(jīng)開始優(yōu)化其使用環(huán)境。越來越多的企業(yè)也開始采用開源規(guī)格。

4 月，由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）全額出資的 AIST Solutions 設(shè)立「OpenSUSI」。該團(tuán)體描繪的藍(lán)圖是完善可利用設(shè)計所需工具集的環(huán)境，以促進(jìn)日本半導(dǎo)體工廠的代工接單服務(wù)。

開源的優(yōu)勢

開源對于半導(dǎo)體設(shè)計來說，具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

降低設(shè)計成本：半導(dǎo)體設(shè)計通常需要昂貴的工具群和人才，而開源提供了一種通過任何人都能訪問的工具群來解決這一問題的途徑。據(jù)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會介紹，截至 2020 年，5 納米半導(dǎo)體的設(shè)計成本高達(dá) 5.42 億美元，與 2006 年的 64 納米產(chǎn)品相比，設(shè)計成本膨脹了 19 倍。開源工具的應(yīng)用有望降低這一成本，使更多企業(yè)，尤其是新興企業(yè)，能夠承擔(dān)半導(dǎo)體設(shè)計的費用。

提高產(chǎn)業(yè)競爭力：開源工具和半導(dǎo)體設(shè)計有助于提升整個產(chǎn)業(yè)的競爭力。通過開放技術(shù)，工程師們可以共享設(shè)計資源，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。這種協(xié)作和共享的精神，有助于推動半導(dǎo)體設(shè)計領(lǐng)域的快速發(fā)展。具有代表性的例子是軟件「GitHub」，全世界的工程師共享源代碼，并將其應(yīng)用于軟件開發(fā)。操作系統(tǒng)（OS）Linux 是驅(qū)動智能手機(jī)等多種電子設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)。

降低進(jìn)入門檻：開源工具為有志于從事芯片設(shè)計的學(xué)生和研究人員提供了更多的機(jī)會。它們降低了進(jìn)入門檻，使得更多人能夠參與到半導(dǎo)體設(shè)計的過程中來。這不僅有助于培養(yǎng)更多的人才，也為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

促進(jìn)國際合作：開源工具的應(yīng)用有助于促進(jìn)國際合作。

如今，在半導(dǎo)體設(shè)計領(lǐng)域，同樣的趨勢也在加快。對外開放的工具集可以降低設(shè)計的成本和門檻，為新興企業(yè)等帶來更多機(jī)會。AIST Solutions 的業(yè)務(wù)總監(jiān)岡村淳一表示：「開源的工具和半導(dǎo)體有助于提高產(chǎn)業(yè)競爭力?！箽W洲的研究人員于 3 月向各國機(jī)構(gòu)發(fā)出了要求擴(kuò)充支持體系的公開信，呼吁「開源工具可大幅降低有志于從事芯片設(shè)計的學(xué)生和研究人員的入門門檻」。

美國匯聚了新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence Design Systems）等設(shè)計軟件巨頭，除了以蘋果為代表，還有很多具備高水平半導(dǎo)體設(shè)計能力的大型科技企業(yè)。同時，美國的開源步伐也在加速，已經(jīng)誕生了如設(shè)計軟件「OpenRoads」等開源項目。美國谷歌與新興企業(yè)等合作，主導(dǎo)了以開源代碼為基礎(chǔ)的服務(wù)，使得少量半導(dǎo)體也可以委托生產(chǎn)，從而拓寬了自主設(shè)計領(lǐng)域。

作為設(shè)計核心的開源指令集「RISC-V」在商業(yè)應(yīng)用方面已經(jīng)走在了前列。指令集規(guī)定了半導(dǎo)體在面對指令時如何運(yùn)行。如果將半導(dǎo)體芯片比作一座城市，那么指令集就相當(dāng)于交通規(guī)則。根據(jù)這個規(guī)則，可以制作每個區(qū)域的設(shè)計圖（IP）。ARM 公司的 IP 在該市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但在這種情況下，人們對于壟斷持有很高的危機(jī)感。在提高設(shè)計自由度的需求的推動下，新指令集備受關(guān)注。

今年 3 月瑞薩電子宣布率先在業(yè)內(nèi)推出基于內(nèi)部自研 CPU 內(nèi)核構(gòu)建的通用 32 位 RISC-V 微控制器（MCU）——R9A02G021。盡管多家 MCU 供應(yīng)商最近加入了投資聯(lián)盟以推動 RISC-V 產(chǎn)品的開發(fā)，但瑞薩已獨立設(shè)計并測試了一款全新 RISC-V 內(nèi)核——該內(nèi)核現(xiàn)已在商用產(chǎn)品中實現(xiàn)應(yīng)用，并可在全球范圍內(nèi)銷售。全新的 R9A02G021 MCU 產(chǎn)品群為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員提供了一條清晰的路徑，讓他們能夠基于開源指令集架構(gòu)（ISA）開發(fā)各種功耗敏感及成本敏感型應(yīng)用。

生成式 AI（人工智能）用半導(dǎo)體也在使用開源指令集。美國 Meta 于 4 月發(fā)布的自主設(shè)計半導(dǎo)體就采用了 RISC-V。與 Rapidus 合作的加拿大設(shè)計企業(yè) Tenstorrent 也在進(jìn)行相關(guān)開發(fā)。

據(jù)美國調(diào)查公司 SHD 集團(tuán)介紹，使用 RISC-V 設(shè)計的大型芯片（SoC）的出貨量預(yù)計到 2030 年將達(dá)到 160 億顆，年均增長率將超過 40%。

開源同時也面臨一些挑戰(zhàn)。英國調(diào)查公司 Omdia 的鈴木壽哉指出：「與單純的軟件相比，要開放與制造工序相關(guān)的設(shè)計工具，讓任何工廠都能使用，技術(shù)方面的難度很大?！?/p>

但是，對于提出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)復(fù)興方針的日本來說，高水平的設(shè)計能力和人才是不可或缺的。在開源方面的努力是拓寬自主設(shè)計領(lǐng)域、提高教育和研究活力的重要一環(huán)。