谷歌將開源應(yīng)用于芯片設(shè)計和制造

來源：thenewstack

當(dāng)谷歌和亞馬遜等云巨頭需要批量生產(chǎn)內(nèi)部設(shè)計的芯片時，芯片制造商可以提供幫助。但由谷歌牽頭的一個項(xiàng)目正試圖將芯片設(shè)計開源。谷歌正在領(lǐng)導(dǎo)一組合作伙伴，為芯片設(shè)計人員提供開源軟件工具，以設(shè)計、驗(yàn)證和測試芯片的虛擬版本，然后免費(fèi)獲得工廠制造的物理部件。目標(biāo)是幫助 DIY 愛好者、大學(xué)和芯片初創(chuàng)公司降低芯片的設(shè)計和生產(chǎn)成本。更多合作伙伴最近幾周，谷歌牽頭的努力獲得了更多合作伙伴來推動開源芯片的努力，其中包括制造商格芯和美國國防部，后者上周向SkyWater注入了 1500 萬美元的資金，后者為其工廠提供制造能力開源芯片。開源芯片的想法可以比作Linux。英特爾和 ARM 等公司擁有為計算提供動力的專有芯片設(shè)計，而公司必須為使用這些架構(gòu)的特權(quán)付費(fèi)。Google 的目標(biāo)是推廣開放式芯片設(shè)計，這些設(shè)計可免費(fèi)獲得許可，并可進(jìn)行修改以滿足組織的需求。最后一英里的努力谷歌的開源芯片努力解決了許多芯片初創(chuàng)公司無法克服的最后一英里問題：制造芯片。谷歌的目標(biāo)是促進(jìn)用于人工智能和數(shù)據(jù)收集等應(yīng)用的處理器和傳感器的基層設(shè)計，然后免費(fèi)制造芯片。谷歌早在2020年就推出了一個芯片開源計劃，與半導(dǎo)體制造廠商Skywater合作贊助了Open MPW Shuttle Program，將芯片設(shè)計中的PDK開發(fā)套件完全開源、免費(fèi)。在這個項(xiàng)目中，網(wǎng)友可以隨意提交芯片設(shè)計，充分利用開源的EDA、PDK等工具開發(fā)自己需要的芯片，谷歌則會負(fù)責(zé)免費(fèi)制造芯片。之前免費(fèi)制造的工藝是SKY130，也就是130nm工藝，現(xiàn)在谷歌已經(jīng)升級到了SKY90-FD，這是一種90nm FDSOI工藝，比傳統(tǒng)的Bulk工藝性能更好，開發(fā)者可以基于該工藝設(shè)計更好的90nm芯片，谷歌依然免費(fèi)幫你制造。根據(jù)Pitchbook的數(shù)據(jù)，風(fēng)險投資公司向半導(dǎo)體公司投入了 99 億美元，其中大部分流向了無晶圓廠公司——這些公司是在計算機(jī)上創(chuàng)建芯片設(shè)計的芯片公司，但沒有制造工廠。一些著名的無晶圓廠公司包括英偉達(dá)和蘋果，這些公司將他們的設(shè)計發(fā)送給臺積電等芯片制造商。隨著芯片制造設(shè)施的整合，無晶圓廠模式變得流行起來。直到大約 2000 年，許多半導(dǎo)體公司，如 Fairchild、AMD 和摩托羅拉，都擁有自己的制造設(shè)施，但隨后由于半導(dǎo)體市場的波動和維護(hù)這些設(shè)施的成本過高而選擇放棄。芯片短缺效應(yīng)近年來的芯片短缺阻礙了包括人工智能芯片制造商在內(nèi)的許多小型無晶圓廠公司，這些公司無法與 AMD、Nvidia 和蘋果等愿意支付溢價以確保批量生產(chǎn)的公司獲得晶圓廠產(chǎn)能。芯片短缺主要集中在電源管理和傳感器電路等部件上，這些部件的成本在幾美分到幾美元之間，并且在汽車等行業(yè)的需求量很大，這些行業(yè)正在向電動汽車過渡。谷歌的“build your silicon”計劃提供了如何制造芯片的指導(dǎo)，然后可以將其提交給該公司資助的項(xiàng)目，可以免費(fèi)制造芯片。“谷歌的愿景是創(chuàng)建一個完整的開源生態(tài)系統(tǒng)，”EFabless 的首席執(zhí)行官M(fèi)ike Wishart說，該公司促進(jìn)名為Open MPW的程序接收和驗(yàn)證芯片設(shè)計，為Google 及其合作伙伴免費(fèi)提供軟件工具。EFabless 提供了用于芯片設(shè)計和驗(yàn)證的開源 EDA 工具，SkyWater 提供了一個工藝設(shè)計套件來為制造芯片做準(zhǔn)備。專注于設(shè)計對于初次和 DIY 芯片設(shè)計人員，EFabless 還提供了名為 Caravel 的片上系統(tǒng)，這是“一個巨大的空白用戶空間，供人們在其中起草和簡化設(shè)計。這樣他們就可以專注于他們的設(shè)計，”Wishart 說。“他們不必費(fèi)力地穿過傳統(tǒng)的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)，那里沒有足夠的人來處理所有設(shè)計……而且它太貴或太復(fù)雜，”Wishart 說。這些芯片是在 SkyWater 的 130nm 工藝上制造的，這是一個舊節(jié)點(diǎn)，類似于英特爾用于制造其 Pentium III 和 2001 年開始發(fā)布的的舊節(jié)點(diǎn)。一些最先進(jìn)的芯片，如蘋果最新智能手機(jī)中的 A15 Bionic，采用最先進(jìn)的 5 納米工藝制造。由于制造成本低，小型芯片制造商通常使用舊的工藝節(jié)點(diǎn)。這些芯片可用于在更高級節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)和發(fā)布最終版本之前對芯片版本進(jìn)行原型制作。林茨約翰內(nèi)斯開普勒大學(xué)的一名參與者使用該程序創(chuàng)建了由學(xué)生在課堂上設(shè)計的原型芯片。增加定制Tirias Research 的首席分析師Jim McGregor表示，從學(xué)術(shù)角度來看，谷歌計劃以及對于開發(fā)自己的芯片的公司來說是有意義的。“幾乎每個人都在嘗試在平臺上設(shè)計芯片。我們看到越來越多的芯片定制化，”Jim McGregor說。Jim McGregor表示，谷歌在其云環(huán)境中開發(fā)了自己的閉源芯片，例如用于 AI 的張量處理單元，但開源計劃可能是為了與越來越多的開源芯片設(shè)計企業(yè)建聯(lián)系。“這是他們將他們與未來的設(shè)計師和芯片聯(lián)系起來的方式，就像蘋果最初向?qū)W者出售或贈送個人電腦一樣，”他說。Google 是 RISC-V International 的成員，該組織負(fù)責(zé) RISC-V 的開發(fā)，RISC-V 是一種免費(fèi)許可的開源芯片架構(gòu)。RISC-V 架構(gòu)被視為英特爾和 ARM 芯片架構(gòu)的競爭對手，但在性能方面尚不具備。“最后發(fā)展的結(jié)果就是——當(dāng)定制芯片現(xiàn)成可用時，他們是否有時間或金錢來開發(fā)定制芯片，”Jim McGregor說。

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