Mentor執行長：IC設計產業新創風潮再現

明導國際(Mentor, A Siemens Business)總裁暨執行長Wally Rhines剖析IC設計產業最新發展態勢。

在明導國際(Mentor, A Siemens Business)日前舉行的Mentor Forum大會上，該公司總裁暨執行長Wally Rhines剖析了目前IC設計產業的最新發展態勢。他指出，在行動世代之後，由於高階製程太過昂貴以及缺乏新的殺手級應用，一度被視為創新動能趨緩的半導體產業，隨著AI、IoT與5G技術的興起與匯聚，又重新展現出蓬勃發展的樣貌。而在新創公司數量大幅成長、更多系統業者進入IC設計領域、以及中國大筆投資半導體產業的多項趨勢帶動下，晶片市場未來將能享有強勁的持續成長。

鎖定AI商機　IC設計新創公司紛紛成立

Rhines表示，從幾個面向可以看出目前IC設計活動的熱絡榮景。首先，據統計，2017年，投入無晶圓半導體新創公司的創投資金總計為9.46億美元，此金額今年預估將快速成長至18億美元。與2009年至2012年平均每年為9.2億美元，以及2013年至2016年大幅降至3.82億美元相比，可以明顯看出這是一個完全翻轉的趨勢。

與這股強勁的新創風潮相比，過去兩年引人矚目的市場整併議題，現已顯得無足輕重。這些如雨後春筍般紛紛成立的新創公司，若以其投入的領域來看，其中絕大部分為AI與機器學習、其次是加密貨幣、5G、記憶體、以及類比與電源。進一步分析，這些業者鎖定了特定領域的AI／深度學習控制器開發，例如臉部/視覺/語音辨識、自動駕駛、疾病診斷、氣味辨識、邊緣運算、加密貨幣等，試圖以創新設計來提升AI應用的執行效能。

事實上，AI已歷經長期的發展，更曾在1980年代掀起過一波熱潮。但由於受到缺乏大量資料、電腦運算能力有限、先進演算法尚未成熟、以及缺乏能夠創造營收的殺手級應用等多項因素影響，使AI沉寂了好長一段時間。但現在來看，這些問題已不復存在，因而造就了AI旋風的再次揚起。

但是，特別值得注意的是，現在大陸IC設計新創業者籌得的資金已經超過美國，顯示出大陸想在AI新世代中佔得一席之地的強烈企圖。

另一方面，大陸的IC設計產業也正逐漸壯大中。據統計，大陸IC設計業者的家數已從2015年的715家，到2017年快速增加至1380家。而且，大陸IC設計公司的規模也早已不可同日而語，據2015年的資料，員工介於100~500人的比例已佔43%，而2006年時，此比例僅為9.8%。大陸政府投入大筆資金扶持半導體產業，且其目標已從晶圓製造移轉至設計領域，長期來看，對市場競爭態勢必定會帶來深遠的影響。

與此同時，更多生力軍加入半導體產業，也是造就IC設計市場榮景的一大因素。除了亞馬遜、Facebook和Google等網路巨擘開始自行開發晶片之外，汽車業者也加入此一行列。例如，Tesla執行長Elon Musk日前公開表示，將投資並擴編晶片設計團隊自行開發專用的自駕車晶片來取代通用型GPU，目標是達到現行技術的10倍效能。汽車零件供應商Bosch也自行設立了一座晶圓廠。

「特定領域」架構設計將帶動下一波的成長

顯然，要有效實現各種AI應用訴求的美好願景，以及把AI帶到各式各樣的邊緣裝置，現有的晶片硬體架構是無法滿足的。Rhines表示，神經型態(neuromorphic)晶片的發展，將能突破目前Von Neumann電腦架構的瓶頸，運用與人腦類似的基於記憶體的處理模式，將能帶來數個數量級的效能提升與功耗降低，是業界積極努力的方向。

他引述知名電腦科學家，現為Alphabet公司董事長的John Hennessy的看法，當摩爾定律趨近終點時，一直以來追求速度更快的通用型處理器的時代已經結束，未來晶片設計將朝「特定領域(domain-specific)」架構移轉，能以極佳的效能執行特定的應用任務。

從目前紛紛成立的IC設計新創公司來看，主要都是從事特定領域架構的晶片開發，未來我們將能看到各種創新架構的出現。Rhines指出，許多新創團隊都是集結了不同領域的人才，為了解決特定的問題來開發晶片。例如，Emoshape公司正在開發能夠感知情緒的情感處理器(EPU)，可為電玩、虛擬實境等應用帶來極大的改變。這與過去IC設計業者主要投入通用型晶片的新創型態有很大的差異。

當然，這麼多的新創晶片公司之中，必定會有許多業者會無法通過市場的競爭而遭到淘汰。但是，他強調，由於未來有無限的可能性，新創業者沒有包袱、行動敏捷，未必無法與既有的大型晶片業者和系統業者競爭，仍有機會大顯身手。

另一方面，對EDA業者來說，特定領域架構設計將帶來對設計方法論與工具的新需求。Rhines解釋說，為了加速設計，萃取與功率分析需要移轉至新的層次，這已帶動了高階合成(HLS)的需求，能直接從高階語言進行設計與分析，以顯著減少驗證與除錯的時間及成本，可實現比現行RTL設計方式更佳的生產力。

此外，HLS可提升功率預估與最佳化設計，在HLS開發階段就準確預估功率，平均能減少10~30%的功率。例如，Google利用HLS方法論設計VP9編解碼器，除了大幅加速模擬與驗證的時間之外，超過99%的錯誤能在C模擬階段就被發現。其他的成功案例還包括NVIDIA、Bosch等領先業者。

Mentor投入HLS領域已有五年多的時間，現在隨著技術成熟，將逐漸獲得更廣泛的採用。Rhines強調，這對晶片設計來說，是一項革命性的進展。另外，針對導入AI來提升EDA工具效能，西門子已於去年收購Solido設計自動化公司，取得其基於機器學習的變異感知與特徵化軟體，來提升模擬分析的準確度與效率。這也顯示出西門子購併Mentor的成效，能以更豐富的資源強化對IC市場的承諾。

最後，Rhines引用Gompertz曲線的成長模式，這是一種時間序列的數學模式，來預測未來半導體產業的發展，並不會因為摩爾定律的趨緩而受到影響。

他認為，摩爾定律是兩個條件成立下的一種學習曲線，而其條件包括累計的電晶體生產數量會隨著時間成指數成長，以及成本減縮是來自於特徵結構尺寸的微縮。若把歷年來電晶體生產的總量來套用在Gompertz曲線中會發現，現在半導體產業才處於電晶體數量的起漲點，他樂觀預期，成長率的高峰為2038年，之後才會逐漸趨緩。而這段期間，多種先進技術的研發，包括DNA儲存、奈米碳管等，將能為傳統的矽晶電晶體找到替代方案，以維持產業的長期榮景，也唯有勇於投入研發的公司，才能因應這一波變革下造就的半導體產業全新格局。