半導體晶片成為驅動未來邊緣運算創新的核心,從智慧手機開始,全球正式進入智慧化年代。世界對電子產品倚賴越來越深,如何在更短的時間設計出效能更強、成本更低的晶片,成為 IC 設計業者的重要課題。

新思科技(Synopsys)名列美國標普 500 指數成分股,長期以來是全球排名第一的 IC 電子設計自動化(EDA)創新公司,也是排名第一的 IC 介面 IP 供應廠商,專門提供「矽晶到軟體(Silicon to Software)」最佳的解決方案。

台灣新思科技董事長暨總經理李明哲在「2023 AI+IoT 智慧製造生態系論壇」演講中指出,「用 AI 設計 AI 」的時代已經來臨,此做法也將引領科技走向新高峰。

EDA 提升科技發展速度,電晶體數量大躍進!

李明哲點出,在人類歷史進程中,科技扮演的角色極為重要。以 15 世紀發明德古騰堡印刷機為例,此技術發明後的 50 年內產生 1200 萬份印刷品,這也間接導致歐洲文盲大量減少,從而帶動文藝復興與工業文明。「在簡單快速的知識傳播體系下,人類科技出現驚人發展,當年過去古騰堡印刷機所印出的文字,現在已經變成數位化的 0 與 1、邏輯閘,並且透過工具將這些技術微縮在小小的矽晶片中,而這個工具就是 EDA。」

EDA 的出現大幅提升了人類科技的發展速度。李明哲指出,半導體技術在 1980 年代末期成熟後,就成為各類電子設備、系統中的要角,不過當時的 IC 電路仍用人工設計。

李明哲回憶 1990 年代初期的電話機晶片僅有 1200 萬組電晶體,工程師仍用手繪電路,一片晶片要花一年半才能完成設計,「現在市場上的手機晶片,電晶體數量都在 12 億~20 億之間,而且每一電晶體的電路都要正確連接,手機才能運作,如果還用以前的設計方式,幾乎不可能完成,EDA 則讓這一切成真。」

圖片說明:李明哲表示,在人類歷史進程中,科技扮演的角色極為重要。而 EDA 的出現大幅提升了人類科技的發展速度。

EDA 設計三大流程,滿足高效能、低成本與快速開發三大需求

李明哲接著表示,電子產品市場有三大永恆不變的需求:效能更佳、成本更低、上市時程更快,「為了滿足這三大需求,IC 設計工具一路進化,這幾年技術快速成熟的 AI,則讓 EDA 進入下一個世代。」

在談此趨勢前,李明哲先簡單介紹 EDA 的設計流程。EDA 的第一步是具體描述電路,第二步接著進行建立電路模型、模擬運作、分析可行性、優化效能,最後達到自動化。

此一流程與現在的 AI 機器學習(Machine Learning)演算法類似,機器學習演算法也是先蒐集大量數據,再模擬成類神經網路,接著透過訓練模型讓系統可以推論、預測行為,並以此設計出對應動作,因此將 AI 技術應用於 EDA 完全可行。

「從規格訂定、功能與電路設計、實體驗證、IC 生產封測的每一個環節,AI 都可以發揮人力無法達到的效益。」李明哲指出,IC 設計的關鍵指標是 PPA(Power、Performance、Area),也就是更小的功率、更高的效能與在同樣的面積中置入更多電晶體。

除了 PPA 之外,現在還須納入資安、穩定性…等各種考量,這都讓 IC 設計越來越複雜,「如果仍用既有的設計機制,將無法滿足前面提到的高效能、低成本與快速開發等三大需求,因此導入 AI 已是 EDA 必然趨勢。」

用 AI 設計 AI 」時代來臨

作為全球 EDA 領導大廠,新思科技在 2020 年就推出具備 AI 功能的 EDA 平台,並攜手工研院成立 AI 晶片設計實驗室(AI Chip Design Lab),推出公版 AI SoC,協助 IC 設計業者縮短開發時程。近期就有臺灣新創公司藉此設計出 AI 加速器,「如果仍採用過去的設計方式,這套用於社交網站的 AI 加速器,需要 100 位工程師,耗時 3 年以上時間才能完成。臺灣新創團隊用了 AI SoC後,只投入了 30 位工程師,在一年半內就完成了產品設計,成效非常明顯。」

隨著智慧化年代來臨,臺灣也積極扶植在地企業發展。由經濟部工業局智慧電子產業計畫推動辦公室推動成立之 AI on Chip 產業合作策略聯盟為協助廠商節省國際行銷成本,串聯全球產業上下游供應鏈,協助半導體、人工智慧與物聯網廠商建立國際級的合作關係,以助臺廠開拓創新商機與提升國際競爭力。

李明哲最後表示,進入智慧化時代後,全球產業對 IC 倚賴越來越深。根據統計,未來市場對 IC 設計工程師的生產力需求將會是現在的 1000 倍,要滿足此需求,AI 的導入勢在必行,「用 AI 設計 AI 的時代已經來到,IC 設計業者必須正視此趨勢做好準備,才能在未來的產業環境中保有競爭力。」