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2017年(nian)，圖靈獎獲得者(zhe)JohnHennessy與DavidPatterson在(zai)其“計算(suan)機體系架構(gou)的黃金(jin)年(nian)代”主題演講中(zhong)指(zhi)出，由于目前通用計算(suan)的性(xing)能瓶頸，需要面向不同應用場景(jing)開發(fa)針對(dui)性(xing)優化的架構(gou)，他們(men)給出的解決方(fang)案(an)是DSA。

所謂DSA（domainspecificarchitecture，特定領域架(jia)構），是一種針對特定領域定制的(de)可編程處理器(qi)，能夠用(yong)于加速某(mou)些應用(yong)程序，實現(xian)更好的(de)性(xing)能和性(xing)價比(bi)。

尤其是(shi)在當(dang)前摩(mo)爾(er)定(ding)律放緩的(de)(de)趨勢下，DSA更(geng)是(shi)成為一種(zhong)持續(xu)提升(sheng)處理(li)(li)器性(xing)能的(de)(de)重要技術理(li)(li)念，即采用(yong)可編程的(de)(de)專用(yong)集成電(dian)路去加速(su)特定(ding)的(de)(de)高(gao)強(qiang)度的(de)(de)處理(li)(li)器負載，比如加速(su)圖形渲(xuan)染、加速(su)AI神經(jing)網絡的(de)(de)前向(xiang)推理(li)(li)計算、提高(gao)巨(ju)量網絡數(shu)據的(de)(de)吞吐等。

可以(yi)簡單(dan)理解(jie)為，以(yi)CPU為代(dai)表的(de)通(tong)用(yong)計算(suan)(suan)芯(xin)(xin)片架(jia)構，已經無法很好(hao)地(di)匹配和(he)滿足(zu)當前的(de)市場(chang)需求(qiu)，所(suo)以(yi)在AI、云計算(suan)(suan)、自(zi)動駕駛等各類新技術和(he)應用(yong)層出不窮的(de)同(tong)時，“通(tong)不如精”成(cheng)為處理器架(jia)構的(de)演(yan)進(jin)趨勢，智能計算(suan)(suan)需求(qiu)激(ji)增(zeng)的(de)背后，是(shi)從傳統的(de)通(tong)用(yong)芯(xin)(xin)片向專用(yong)領域處理器芯(xin)(xin)片的(de)轉(zhuan)變(bian)。

基于這(zhe)個(ge)趨(qu)勢，很多公司開(kai)啟了DSA的實踐，推出了針對(dui)特(te)定領域(yu)應用的DSA處理器(qi)，于是包(bao)括NPU、TPU、DPU、DSP等在內的各種“XPU”應運(yun)而生(sheng)(sheng)，盡管這(zhe)些芯片類別不同，適用領域(yu)有所差異(yi)，但(dan)其作為(wei)專門為(wei)AI任務(wu)和特(te)定領域(yu)需(xu)求而生(sheng)(sheng)的新(xin)芯片，它們都有著比(bi)通用計算功耗低(di)、計算性能高、成本更低(di)等優勢。

不難判斷(duan)，定制化(hua)和(he)異構化(hua)DSA作為整個系(xi)統的(de)(de)算力中堅(jian)，將(jiang)成(cheng)為未來(lai)處理器架(jia)構的(de)(de)趨勢，有望(wang)在下一代(dai)計算平臺(tai)中發(fa)揮更大的(de)(de)價值(zhi)。

DSA大行其道，EDA亟待革新

不難理解(jie)，DSA的目標就是(shi)提(ti)升計算(suan)的能效(xiao)比(bi)，更好地滿足特定領域(yu)SoC設計的差(cha)異化(hua)、能效(xiao)比(bi)以及(ji)推(tui)向市場(chang)的時效(xiao)性(xing)。

然而，AI時代(dai)在為DSA處理器應用場景(jing)提供了(le)更多可能性的(de)同時，也對芯(xin)片研(yan)發的(de)效率提出(chu)了(le)更高的(de)挑戰(zhan)。

在(zai)DSA芯片(pian)公司實際的(de)開發過程(cheng)中，傳(chuan)統的(de)EDA工具存在(zai)費(fei)人、費(fei)時(shi)(shi)、費(fei)錢(qian)且(qie)風險大等(deng)問題。尤其在(zai)芯片(pian)行(xing)業(ye)如此“卷”的(de)后摩爾時(shi)(shi)代(dai)，在(zai)專(zhuan)用處(chu)(chu)理(li)器(qi)規模(mo)指(zhi)數式上升和(he)面(mian)市時(shi)(shi)間快速(su)縮短(duan)的(de)雙重壓力下，如何(he)快速(su)生成專(zhuan)用處(chu)(chu)理(li)器(qi)，成倍提升處(chu)(chu)理(li)器(qi)設(she)計效(xiao)率，加(jia)速(su)產品(pin)迭代(dai)已然成為市場制(zhi)勝的(de)關鍵。

這也對(dui)EDA工具(ju)提(ti)出(chu)了新(xin)的(de)(de)要求。對(dui)此，芯(xin)易薈通過對(dui)行(xing)業(ye)需求的(de)(de)深(shen)刻理(li)解(jie)以及專業(ye)知識和經驗的(de)(de)長(chang)期累計(ji)，推(tui)出(chu)了一款賦能專用計(ji)算(suan)、具(ju)有(you)顛覆性創新(xin)的(de)(de)EDA軟件工具(ju)——FARMStudio。

據芯易薈聯(lian)合創始(shi)人徐(xu)勇介紹(shao)，FARMStudio是一(yi)款(kuan)以(yi)C語言(yan)描述，基于RISC-V基礎指令(ling)集的專用(yong)處理器(qi)生成工具(ju)，針對密集計算和復(fu)雜數據處理的應用(yong)場景，賦(fu)能工程師自由(you)探索計算架構(gou)，優化PPA，快速收斂至最佳設計。

該工(gong)(gong)具(ju)基于(yu)FARM設計方(fang)法學(xue)，參考DSA設計范式，可(ke)(ke)方(fang)便的(de)(de)針(zhen)對不同(tong)應用(yong)，進行(xing)不同(tong)架構下(xia)處理器的(de)(de)性(xing)能探索，用(yong)戶僅需在軟件中輸入基礎核、超級指令、預(yu)置模板(ban)三項數據，便可(ke)(ke)分鐘級自動生(sheng)成符(fu)合使用(yong)者功能、性(xing)能描述的(de)(de)處理器硬件及軟件工(gong)(gong)具(ju)鏈(lian)，并(bing)提供相(xiang)關FPGA開發驗證平臺(tai)。RTOS、相(xiang)關數學(xue)庫及應用(yong)層軟件包也可(ke)(ke)一(yi)并(bing)交付，可(ke)(ke)最大程(cheng)度(du)縮短產品上市時間，提高競爭力。

作為自動生成專用(yong)處理器(qi)的EDA平(ping)臺(tai)，FARMStudio擁有諸多優(you)勢(shi)：

加速進程(cheng)：分(fen)鐘級自動(dong)生(sheng)成DSA處理器和配套工(gong)具鏈，可最大程(cheng)度縮短產品上市時(shi)間，提高競(jing)爭(zheng)力；

FARM多層級(ji)驗證：用(yong)C語言實現(xian)快速芯片設計，并(bing)全方位(wei)保障CtoRTL的正確性和一致性；

靈活高效：探索(suo)“左移”、決(jue)策“右移”，讓架構探索(suo)和(he)硬(ying)件設計更靈活，獲取最符(fu)合特定需(xu)求的DSA處(chu)理(li)器；

自主可(ke)(ke)控：FARMStudio擁有完整的(de)技(ji)術儲備和開放的(de)生(sheng)態圈，實現國產化、自主可(ke)(ke)控。

資源復用(yong)(yong)：自(zi)定(ding)義指(zhi)令和預制指(zhi)令資源復用(yong)(yong)

如徐(xu)勇(yong)所言，隨著芯(xin)片規模(mo)和(he)芯(xin)片制造成(cheng)(cheng)本的(de)指數(shu)級上升，芯(xin)片項目的(de)決策不能等到芯(xin)片開發生產完成(cheng)(cheng)后(hou)再去做，而是需要在預研階段(duan)就能根據應(ying)用需求做好軟硬件劃分和(he)驗證(zheng)，去實際評(ping)估(gu)最終(zhong)能否達到性能需求。

相較(jiao)于(yu)傳統(tong)設(she)(she)計流(liu)(liu)(liu)程(cheng)中(zhong)的決策往(wang)往(wang)伴隨著較(jiao)大的不確定性，芯易薈升級設(she)(she)計流(liu)(liu)(liu)程(cheng)，基于(yu)FARMStudio的設(she)(she)計并(bing)行化(hua)，通過將(jiang)“軟硬協同、設(she)(she)計優(you)化(hua)、驗證”等(deng)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)左移(yi)，以(yi)及該(gai)工具分(fen)鐘級的快速響應，以(yi)此(ci)來幫助客戶降低決策風險，加快客戶研發速度。

而之所以(yi)(yi)能(neng)夠取得上述顛覆性優勢的原因(yin)，徐勇在接受半導體行業(ye)(ye)觀察采訪時(shi)表示，首先我們是以(yi)(yi)創新為(wei)出發(fa)點，迫切(qie)的想要進行創新；此外，公司研發(fa)團隊實力強，由40多年行業(ye)(ye)經驗(yan)的科(ke)學(xue)家領頭(tou)，團隊碩(shuo)士及(ji)以(yi)(yi)上學(xue)歷人才占比達80%，且非常了解行業(ye)(ye)痛(tong)點和發(fa)展(zhan)趨勢。

在此基礎上，芯易薈通過思維方法的整(zheng)合，進(jin)行深度技術(shu)(shu)創(chuang)新融合，實(shi)現了一系列技術(shu)(shu)的突(tu)破(po)：

基(ji)于RISC-V基(ji)礎指(zhi)令，無(wu)需微架(jia)構知(zhi)識，自主(zhu)可控(kong)

基于C語(yu)言，軟硬(ying)件(jian)設(she)計語(yu)言統(tong)一，全球首創(chuang)

分鐘級自動生成(cheng)DSA處理(li)器和配(pei)套(tao)工(gong)具鏈

高(gao)性能(neng)編譯(yi)器(qi)，支持自(zi)動(dong)VLIW，自(zi)動(dong)流水線(xian)排布(bu)

多層次驗(yan)證(zheng)(zheng)環境，指令級別驗(yan)證(zheng)(zheng)在(zai)X86平(ping)臺實現，世(shi)界唯一

周期精(jing)確(que)仿真器，仿真速度達到MHz級別，業(ye)界最快

FPGA云開(kai)發測試環境，即插即用(yong)

嵌入式OS，自動配置

在諸多(duo)突破性技(ji)術和優勢的(de)加持下，FARMStudio工(gong)具內嵌面向豐富(fu)應(ying)(ying)用場景的(de)DSA設計(ji)范式，便于客(ke)戶(hu)快速集成(cheng)、優化和驗證DSA處理器(qi)，可廣泛(fan)應(ying)(ying)用于定制(zhi)針對(dui)視覺、AI、通(tong)信、音頻、DPU、工(gong)業控制(zhi)等領域的(de)處理器(qi)解(jie)決方案，助(zhu)力(li)芯片設計(ji)公司(si)突破傳統IP能效(xiao)上限(xian)，并(bing)以更低的(de)成(cheng)本適應(ying)(ying)算(suan)法與產品的(de)持續迭代(dai)。

對此，芯易薈市(shi)場總監徐明以DSP和NPU兩個典型(xing)應用方向為例，展(zhan)現了使用FARM方法學研發DSA處理器的優(you)勢和靈活(huo)性。

其(qi)中，DSP作為目前芯片市場(chang)比較典(dian)型的(de)(de)(de)(de)處理器(qi)，特別適合快速(su)地實現各種數字信號的(de)(de)(de)(de)處理和運算，己(ji)成為AI、計(ji)算機視覺、音頻等(deng)領域的(de)(de)(de)(de)關鍵核心。在研發DSP方(fang)面，FARM方(fang)法學具有較大優勢(shi)，使用FARMStudio工具，通過非標(biao)數據類型、個性(xing)化(hua)小數標(biao)定以及(ji)提(ti)煉典(dian)型應用場(chang)景的(de)(de)(de)(de)算法需求，聚焦(jiao)不同(tong)應用方(fang)向提(ti)供(gong)靈活的(de)(de)(de)(de)可(ke)選組件來加(jia)速(su)DSP的(de)(de)(de)(de)設計(ji)、開發及(ji)驗證流程。這其(qi)中也包括專用的(de)(de)(de)(de)加(jia)速(su)指令，依托(tuo)于強大的(de)(de)(de)(de)編譯(yi)器(qi)可(ke)以顯著(zhu)提(ti)升性(xing)能和資源利用率。

徐明表(biao)示，相較(jiao)于傳(chuan)統的(de)DSPIP，使用(yong)(yong)FARMStudio平臺能(neng)(neng)以更少的(de)面積和功耗，更小的(de)codesize，獲得更極致(zhi)的(de)性(xing)能(neng)(neng)，以滿足數字(zi)化(hua)時(shi)代處(chu)理密集型應用(yong)(yong)的(de)數據計算需求。

此外(wai)，通(tong)過(guo)FARM方法學研發NPU同樣存在(zai)諸多(duo)優勢，包括應用需(xu)求(qiu)驅動NPU設(she)計、不(bu)同架(jia)構范式適配復雜應用需(xu)求(qiu)、支持非標數(shu)據類型、支持內(nei)存架(jia)構定制等，進而可以在(zai)幫助NPU芯片追求(qiu)極致性能的同時(shi)，大幅縮(suo)減人力(li)和(he)時(shi)間成(cheng)本。

“綜(zong)合(he)來看，FARM方(fang)法學靈(ling)活(huo)高效，降低(di)數量級級別處理(li)器開(kai)發成本；顛覆功能，突破傳統處理(li)器IP能力邊(bian)界；自(zi)主可控，多種(zhong)合(he)作方(fang)式解決客戶(hu)處理(li)器需求。”徐明總結道。

伴(ban)隨技術創新而來(lai)的(de)(de)，還有芯(xin)易薈對其商(shang)業模式的(de)(de)思考和重新定義。

據介紹(shao)，FARMStudio工具分為企(qi)業版(ban)(ban)和(he)個人版(ban)(ban)兩種類型，企(qi)業版(ban)(ban)支(zhi)持軟件工具鏈(lian)、仿真器、SDK/OS、RTL下(xia)載(zai)、專(zhuan)家(jia)(jia)技術支(zhi)持等功能；個人版(ban)(ban)則在企(qi)業版(ban)(ban)基礎上減少了RTL下(xia)載(zai)功能，專(zhuan)家(jia)(jia)技術支(zhi)持調整為在線(xian)技術支(zhi)持。

“相較于其他EDA/IP廠(chang)商動輒幾百上千萬的授權費用(yong)以(yi)及(ji)1%-2%甚至更高比例的版(ban)稅(shui)，FARMStudio企業版(ban)采用(yong)1+1的定價模式，即EDA授權費100萬人(ren)(ren)民(min)幣(bi)每年+1%的ASP版(ban)稅(shui)；更是發布個人(ren)(ren)版(ban)，僅需(xu)每年299人(ren)(ren)民(min)幣(bi)，但不可用(yong)于商業用(yong)途。”徐勇補(bu)充道(dao)。

對于推(tui)出個(ge)人版的原因，徐勇強調(diao)，EDA核心是(shi)用(yong)戶(hu)(hu)使用(yong)量，個(ge)人版一方面(mian)可(ke)以提高用(yong)戶(hu)(hu)使用(yong)量，解鎖個(ge)人對行(xing)業的了解，為生態培(pei)養貢獻力(li)量；另一方面(mian)，可(ke)以借此來加(jia)速收集用(yong)戶(hu)(hu)反(fan)饋，為自身軟件(jian)的后(hou)續更(geng)新(xin)迭代做基(ji)礎。

綜(zong)合來看，作為一(yi)款以C語言(yan)描述，基于(yu)RISC-V基礎指(zhi)令(ling)集的專用處理器生成(cheng)工具，FARMStudio知識(shi)產權自(zi)主，助力客戶高效(xiao)積累自(zi)研IP是其(qi)核心競爭力所在。借(jie)此優勢，FARMStudio得以降低工程師使用門檻，提升工程師技能(neng)樹能(neng)級，自(zi)由探索架構，分鐘級優化(hua)硬件，進(jin)而成(cheng)倍提高芯(xin)片設計效(xiao)率，為中國半導體事業(ye)添(tian)磚加瓦(wa)。

計算架構黃金年代，國產EDA迎來拐點

眾所(suo)周知(zhi)，隨著芯(xin)片設計的(de)復(fu)雜程度不斷提升，EDA已經滲透(tou)到(dao)芯(xin)片設計生產的(de)各個環(huan)節，EDA與產業鏈(lian)結合(he)愈加緊密，已經成為(wei)提高設計效率、加速技術(shu)進步的(de)關鍵(jian)推手。

同時(shi)EDA杠桿(gan)效應顯著，根(gen)據(ju)SEMI數據(ju)，2021年全球EDA市(shi)場規(gui)模僅為132億美元，卻(que)撬動著數千(qian)億美元的(de)集成電路產業，以及背后數十萬億規(gui)模的(de)數字(zi)經(jing)濟(ji)，其屬性和重要性可見一斑。

近年來，受地緣政治關系的影響(xiang)，我國在(zai)包括(kuo)EDA在(zai)內的多個(ge)半(ban)導體領(ling)域面臨關鍵(jian)核心(xin)技術(shu)卡脖子的危機。因此，如(ru)何盡(jin)快打破壟(long)斷，實現相關領(ling)域的“自主可(ke)控”成為全社(she)會的廣泛共識。

2021年，工(gong)信(xin)部出臺的(de)《“十四(si)五”軟件和信(xin)息(xi)技術服務業發展規劃(hua)》中提出要重點(dian)突破工(gong)業軟件，EDA作為工(gong)業軟件的(de)皇(huang)冠(guan)明珠，是短板所在，也是未(wei)來重點(dian)發力方向。

在(zai)此背景下，國(guo)(guo)產EDA廠商正卯足(zu)力氣(qi)、加緊追(zhui)趕(gan)，芯(xin)易薈也是在(zai)這(zhe)個過程中(zhong)成立(li)并逐步(bu)壯大，在(zai)專(zhuan)用計算領域實(shi)現技術突破，解決了(le)(le)行業客戶在(zai)芯(xin)片(pian)實(shi)際開(kai)發過程中(zhong)的一系(xi)列(lie)復雜挑戰和難(nan)題(ti)，顛覆了(le)(le)國(guo)(guo)外巨頭對EDA領域的長期(qi)壟斷(duan)。

FARMStudio工具目(mu)前(qian)已由國內外(wai)多(duo)家IC廠商進行實踐測試及使用，應用市(shi)場涵蓋(gai)手機、安防(fang)、汽車、通(tong)信、消費電(dian)子、工業控制等諸多(duo)領域，正在發(fa)展成為我國自主(zhu)研發(fa)集成電(dian)路產業生態的重要部分。

徐勇表示(shi)，近年來，隨著更多(duo)政策加(jia)碼，相關(guan)技術正日益成熟，國產EDA企業(ye)正迎來發展的(de)黃金期。我(wo)們也十分期待看到EDA產業(ye)日益加(jia)劇的(de)市(shi)場競(jing)爭中(zhong)，催生更多(duo)、更先進的(de)國產EDA工具，共(gong)同助推中(zhong)國集(ji)成電路產業(ye)的(de)進一步發展。

作為芯(xin)片(pian)設(she)計行業的(de)賦能者，芯(xin)易薈自主研發(fa)專(zhuan)用(yong)處理(li)器(qi)設(she)計與(yu)驗(yan)證自動(dong)化的(de)前(qian)瞻性技術，提(ti)供處理(li)器(qi)開(kai)發(fa)的(de)一站(zhan)式平臺，針(zhen)對豐富的(de)應用(yong)場景，自動(dong)產生(sheng)最佳匹配(pei)的(de)軟(ruan)硬件協同(tong)方(fang)案，為中國乃至全球范圍日(ri)益增長的(de)芯(xin)片(pian)設(she)計需求提(ti)供新(xin)型設(she)計方(fang)法學、工具(ju)軟(ruan)件和最佳實踐(jian)。

正(zheng)如在文章開頭JohnHennessy和DavidPatterson提到的，計算(suan)機架構正(zheng)在迎來一個新(xin)的黃金時代。

對于(yu)芯易薈來說，這也(ye)是他們的一個機會。