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當我們梳理EDA產業的發展史，會發現一個關鍵節點，即1980年，這一年加州理工學院教授Carver Mead和另一位程序設計師Lynn Conway共同發表了一篇具劃時代意義的論文《超大規模集成電路系統導論》（Introduction to VLSI Systems），成為電子設計自動化發展的重要標志事件。這篇論文提出了通過編程語言來進行芯片設計的新思想，從而啟發了VHDL和Verilog等工具的誕生。
使用編程語言進行芯片設計進一步降低了芯片設計師工作的復雜度，是 EDA 商業化的重要推動力。直到今天，盡管所用的語言和工具仍在不斷發展變化，但是通過編程語言來設計和驗證電路設計可行性，利用工具軟件綜合得到低抽象級物理設計的這種途徑，仍然是數字集成電路設計的基礎。
如果說采用編程語言來設計芯片讓超大規模集成電路設計和驗證變得更加輕松高效，也讓EDA得以成為一種高價值的設計輔助工具從而推動了EDA產業的形成。那么當我們討論當下還有哪些顛覆性的EDA技術和產品的可能時，也不可能脫離集成電路產業當前的發展階段和背景，有哪些待解決的難題和挑戰？EDA工具還能給產業帶來哪些更高的價值？
如果從更高的維度，EDA工具是否能夠進一步幫助將復雜的大規模集成電路設計簡單化，甚至降低集成電路設計的門檻，將成為新一代EDA工具能否成為一個突破性產品和技術的關鍵。
就數字集成電路的架構角度，摩爾定律接近極限后，異構多核和異構集成被視為后摩爾時代最重要的發展方向，伴隨而來的是通用處理器和定制處理器的重要性也成為討論的焦點。
隨著5G、AI等新技術不斷發展，計算場景也更為豐富多樣，XPU的發展成為大勢所趨。這里的XPU，其實許多新架構都不是單一處理器，它們是不同類型的處理器或可編程引擎的組合，也是一種異構多核的形式，它們存在于同一個 SoC 或同一個系統中，將軟件任務分派到不同的硬件或可靈活變動的可編程引擎上。所有這些處理器可能共享一個公共 API，但執行域有所不同。在這個層面，確實是有各種類型的不同架構。
近日，在廣州舉辦的ICCAD 2023（第29屆中國集成電路設計業2023年會暨廣州集成電路產業創新發展高峰論壇）期間，國產EDA工具初創企業芯易薈以“EDA工具顛覆性定義和創新”為宣言，帶來了其自主研發的領域專用處理器生成工具FARMStudio以及多個客戶的應用實例。從芯易薈成立和產品開發的初衷來看，就是針對定制處理器芯片即XPU的設計和驗證。
芯易薈聯合創始人兼CTO汪人瑞
與非網記者有幸與芯易薈聯合創始人兼CTO汪人瑞進行了深入的交流，收獲包括：
EDA的方法學
在芯易薈官方描述中，FARMStudio是一款以C語言描述，基于RISC-V基礎指令集的專用處理器生成工具。針對密集計算和復雜數據處理的應用場景，賦能工程師自由探索計算架構，優化PPA，快速收斂至最佳設計。該工具可廣泛應用于定制針對視覺、AI、通信、音頻、DPU、工業控制等領域的處理器解決方案，助力芯片設計公司高效自研IP。內嵌面向豐富應用場景的DSA設計范式，便于客戶快速集成、優化和驗證DSA處理器，突破傳統IP能效上限，并以更低的成本適應算法與產品的持續迭代。
從公開信息我們了解到，“FARM設計方法學”對于用戶來說，是在最初分析應用層軟件和算法之后，只需要將基礎核、“超級指令”和芯易薈提供的預置模板這三項輸入到FARMStudio軟件，“點一個按鈕”就能自動生成DSA硬件和軟件。而且整個生成過程是“分鐘級”的，由此看來，僅是這一部分的介紹，就的確相當具有顛覆性了。所以芯易薈稱其為“全球首款領域專用處理器生成工具”。
汪人瑞表示，“具體來說，在設計方法里面，從上到下，從系統、算法到軟件，最后要跳到硬件，軟件跳到硬件是我們這二十年來設計方法里面的一個鴻溝，在一般的設計公司里，通常一半是軟件工程師，一半是硬件工程師，在講到設計方法的時候，也會分軟件和硬件。我們的軟件工具就是把這個鴻溝填平、跨越，怎么做呢？就是從C開始逐步來細化，但是細化不是所有的電路設計的方法都適用，它一定是一個圍繞著處理器的方法，因為軟件的基礎是圖靈機，是個處理器，從處理器跳躍到硬件，這個思維過程是傳統式的設計，硬件設計工程師那里，我們要考慮怎樣能把這個設計方法延伸到硬件，又能夠讓軟件理解，圍繞著處理器來做這個方法。這是我們的初衷，也是一個方法。”
這里所指的處理器，即定制處理器。FARMStudio現階段基于RISC-V架構，汪人瑞提到，“從工具的技術角度來講，可以不是RISC-V，因為我們的產品是一個處理器的生成工具，用戶指定什么指令集，它都可以用。”但針對定制處理器的前提不變，區別于通用處理器，“定制處理器，實際上用途非常局限，是針對某一個應用，雖然都是同樣的指令集，但是里面實現的微架構非常不一樣，因為要對PPA進行高度的優化，它可以接受一定的局限性，因為只是針對一類應用，在這里面雖然都是處理器生成，都能指令集兼容，但完全不一樣。”汪人瑞強調。
圍繞C語言的討論
可以說芯易薈工具產品最重要的創新之處之一，在于其采用C語言作為集成電路設計的編程語言，而這一點也是在大家的交流中存在較大爭議的部分。
畢竟雖然事實上C語言的使用者更加廣泛，但在芯片設計領域，工程師們已經習慣于用硬件描述語言HDL來完成設計和驗證，而且作為一種輔助設計工具，EDA更多是為滿足設計企業的需求而存在的，需要怎樣的驅動力才會讓眾多芯片設計公司花費時間、金錢來改變自己既有的設計流程和方法來適應一種新的工具環境？同時大家也會拿賽靈思Vivado設計環境作為前車之鑒，這款工具2012年就推出了，作為以IP及系統為中心的新一代設計環境，集成系統級設計工具AutoESL，可以將C語言直接轉FPGA硬件實現，號稱可以極大方便設計人員的開發。但10幾年過去，似乎也并沒有實現賽靈思最初的理想--讓C語言成為更廣泛的芯片設計語言。
而在汪人瑞看來，這卻是芯易薈的機會點，“這也是我們公司這次的創新點。行業經過這么多年的積累，到了很清楚支持我們設計方法學里一個關鍵的困難點，我們剛好來解決這個問題。”
但芯易薈不得不面臨的一個現實問題是，如何培養和教育大家適應和學習這種新的工具開發環境？汪人瑞也坦言，“對現有的硬件工程師、軟件工程師、硬件驗證工程師而言，采用我們的工具都是一個機會，能夠提高自己的設計效率的一個機會。基于這個出發點，我們每個人都要不斷地來更新自己的技能，這也是為什么我們的產品推廣中，一個很重要的部分就是培訓。我們有兩天的培訓課，成本很低，用戶也不需要一開始就買工具，培訓完成后，我們還會給用戶1到3個月的時間來評估我們的工具。”
基于和芯易薈的溝通，我更傾向于將芯易薈所做的工作理解為，芯易薈研發團隊在RISC-V架構上下了很多功夫，將基于RISC-V指令集的很多底層功能模塊化、IP化，從而讓用戶可以通過C語言這種功能描述語言就可以實現復雜的處理器芯片的設計，大大降低了定制化處理器芯片的設計門檻。
對于目前已發布的產品，汪人瑞表示，“目前是1.0版本，已經實現了80%的預期，在硬件加速的參數的自由度方面，我們做的是很好的，我們對設計沒有很多的限制。”而接下來，“在這個基礎上開始，有了客戶驗證后，我們會根據客戶的反饋和更多的真實需求，來迭代出2.0版本、3.0版本。”
從長期的產品技術路徑角度，芯易薈未來還是會聚焦于定制處理器，首先從技術角度不斷優化產品的各項參數。從廣度上，也會將產品覆蓋的領域從音頻、視頻，向智能汽車等更多的垂直應用場景進行擴展。
“芯片架構的大趨勢是異構多核，當前我們的工具更多是針對優化異構處理器的節點來做的，但是多核也有自己延伸出來的問題，我們會逐漸基于這個發展趨勢，擴展到針對異構多核，讓客戶可以更快實現異構多核的融合，這也是芯易薈的發展方向。”汪人瑞最后補充。
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