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开源EDA打造商用芯片是否已经可行？
发布时间： 2023/7/11 10:01:06 | 46 次阅读
自光刻机使得半导体制造工艺飞速进步以来，IC设计的复杂程度就在不断提升，与此同时也对EDA工作流提出了更高的要求。然而正如其他用途的商用软件一样，开源工具也开始在芯片设计与制造领域冒头，甚至实现了不少突破与创新。但开源EDA工具的出现，也让不少设计者心存疑虑，这类软件究竟是否可以用于商用芯片的开发，还是说只能用于验证或学术研究等等？
开源EDA设计现状
随着RISC-V这一开源架构的推出，市面上已经涌现出越来越多的开源开发工具，供设计者尝试，甚至推出了开源PDK和持续的MPW计划，让这些开源设计得以mian费成功流片。比如国内的RIOS实验室就基于开源EDA，打造了GreenRio这一开源RISC-V处理器。GreenRio 1.0参与了Efabless OpenMPW-7项目，在SkyWater的130nm工艺下，实现了7级流水线、双发射乱序处理器的设计。
而GreenRio 2.0在1.0版本上做了改进，支持RV64ICMA ISA和Zicsr、cei等扩展，同时结合zui新版的OpenLane，单个CPU流水线的门数略大于230K，在15.87mm2的面积下实现了25MHz的主频，展示了即便是利用开源EDA，依然可以实现高性能处理器的设计。
在这样的大趋势下，就连云服务厂商也开始加入进来。比如亚马逊AWS的合作伙伴之一，提供优化服务nCloud，就与Efabless达成了合作，对其集成电路设计平台Open Galaxy EDA进行现代化改造，提高效率、扩展性和安全性并优化成本。比如可将OpenLane RTL到GDSII的工作流打造成Docker容器，从而直接部署在云端运行，减少了Linux配置的麻烦。
从开源到商用
看似开源EDA已经可以走通芯片设计全流程了，zui后就是关键的商用了。开源EDA在商用芯片的设计上仍有不少阻碍，就拿PDK为例。固然开源PDK的存在可以帮助实现真正的流片，但这些开源PDK对应到实际的晶圆厂时，所用到的工艺往往并不提供较大规模的量产产能。
比如OpenRoad除了支持格芯GF180和Skywater130这两大开源PDK外，也提供了部分先进工艺节点专有PDK的支持，诸如TSMC65、GF12、Intel22和Intel16等等，zui终可以用于正式量产的，可能也只有这些专有PDK。
其次，Greenrio项目团队也指出，开源PDK缺乏用于时序优化的工艺偏差和关键参数，也存在一定的bug。且相对那些专有EDA来说，开源EDA还不够完善，需要进一步的优化，比如无法实现更高的PPA，更高的he心利用和单元密度等。但开源EDA也不是一无是处，除了开源特性以外，开源EDA在逻辑综合的时间上更具优势。
写在zui后
从以上an例可以看出，依靠开源EDA完成商用芯片的设计，已经不再是痴人说梦，甚至可以用于更高的制造工艺。但要说真正打通开源制造流程的话，仍有一定的差距。毕竟大部分晶圆厂的首要目标依然放在大规模量产和商用上，只有少数厂商会拿出成熟工艺来做开源项目，但往往也不是用来走量的。不过我们无法否认开源设计工具的潜力，尤其是在开源社区的推动下，开源设计工具会先一步走向成熟，甚至更快用上一些AI技术，去突破硬件创新的极限。
开源EDA设计现状
随着RISC-V这一开源架构的推出，市面上已经涌现出越来越多的开源开发工具，供设计者尝试，甚至推出了开源PDK和持续的MPW计划，让这些开源设计得以mian费成功流片。比如国内的RIOS实验室就基于开源EDA，打造了GreenRio这一开源RISC-V处理器。GreenRio 1.0参与了Efabless OpenMPW-7项目，在SkyWater的130nm工艺下，实现了7级流水线、双发射乱序处理器的设计。
而GreenRio 2.0在1.0版本上做了改进，支持RV64ICMA ISA和Zicsr、cei等扩展，同时结合zui新版的OpenLane，单个CPU流水线的门数略大于230K，在15.87mm2的面积下实现了25MHz的主频，展示了即便是利用开源EDA，依然可以实现高性能处理器的设计。
在这样的大趋势下，就连云服务厂商也开始加入进来。比如亚马逊AWS的合作伙伴之一，提供优化服务nCloud，就与Efabless达成了合作，对其集成电路设计平台Open Galaxy EDA进行现代化改造，提高效率、扩展性和安全性并优化成本。比如可将OpenLane RTL到GDSII的工作流打造成Docker容器，从而直接部署在云端运行，减少了Linux配置的麻烦。
从开源到商用
看似开源EDA已经可以走通芯片设计全流程了，zui后就是关键的商用了。开源EDA在商用芯片的设计上仍有不少阻碍，就拿PDK为例。固然开源PDK的存在可以帮助实现真正的流片，但这些开源PDK对应到实际的晶圆厂时，所用到的工艺往往并不提供较大规模的量产产能。
比如OpenRoad除了支持格芯GF180和Skywater130这两大开源PDK外，也提供了部分先进工艺节点专有PDK的支持，诸如TSMC65、GF12、Intel22和Intel16等等，zui终可以用于正式量产的，可能也只有这些专有PDK。
其次，Greenrio项目团队也指出，开源PDK缺乏用于时序优化的工艺偏差和关键参数，也存在一定的bug。且相对那些专有EDA来说，开源EDA还不够完善，需要进一步的优化，比如无法实现更高的PPA，更高的he心利用和单元密度等。但开源EDA也不是一无是处，除了开源特性以外，开源EDA在逻辑综合的时间上更具优势。
写在zui后
从以上an例可以看出，依靠开源EDA完成商用芯片的设计，已经不再是痴人说梦，甚至可以用于更高的制造工艺。但要说真正打通开源制造流程的话，仍有一定的差距。毕竟大部分晶圆厂的首要目标依然放在大规模量产和商用上，只有少数厂商会拿出成熟工艺来做开源项目，但往往也不是用来走量的。不过我们无法否认开源设计工具的潜力，尤其是在开源社区的推动下，开源设计工具会先一步走向成熟，甚至更快用上一些AI技术，去突破硬件创新的极限。