Synopsys:摩尔定律逐渐失效,未来芯片设计该走向何方

作为全球最大的芯片设计软件供应商,新思科技(Synopsys)是如何逐步称霸半导体行业的?摩尔定律逐渐失效,未来芯片设计该走向何方?

最近IEEE Spectrum发表了一篇对新思科技的董事长兼首席执行官阿特·德吉亚斯(Aart de Geus)的专访,全面介绍了他是如何开创电子设计自动化、管理技巧、科技行业的裁员问题以及工程过渡发展带来的气候问题。

新思科技是全球最大的电子设计自动化(EDA)软件工具厂商之一,为全球电子市场提供技术先进的集成电路(IC)设计与验证平台,致力于复杂的片上系统(SoCs)的开发,同时还提供了知识产权和设计服务。

新思科技占据全球半导体设计软件市场的29.1%,其软件产品广泛用于数字前端(RTL仿真、综合)、数字后端、DFT和Signoff等关键环节,影响力在数字芯片设计领域几乎无法替代,雇员约2万人,今年第一季度的收入为13.6亿美元。

管理公司就像指挥乐团

对于新思科技首席执行官阿特·德吉亚斯(Aart de Geus)来说,经营这家电子设计自动化巨头就像是一名乐队领队,他把合适的人聚集在一起,把他们组织成一个有凝聚力的团体,然后领导他们表现出最好的一面。

德吉亚斯在1986年共同创立了新思科技,他确实对组织乐队有一定的经验,这位 IEEE 研究员自上世纪70年代末学习工程学以来,也一直在布鲁斯和爵士乐队中弹吉他。

就像爵士乐手即兴创作一样,工程师们在团队会议上也会随大流,「一个人提出一个想法,另一个人提出改进的方法」。

德吉亚斯被认为是电子设计自动化(EDA)的创造者之一,在20世纪80年代,新思科技公司开创性地利用综合(synthesis)和其它工具实现芯片设计的自动化。

综合通过对电路进行高级功能描述并自动选择逻辑元件(gates)和构造连接(netlist)来构建电路,从而彻底改变了数字设计。

实际上,现在生产的所有大型数字芯片大部分都是综合得到的,使用的软件都是德吉亚斯和他的团队开发的。

综合改变了数字芯片设计的本质,使我们从概念设计(CAD)发展到电子设计自动化(EDA)

在过去的35年里,逻辑综合(logic synthesis)使芯片的复杂性增加了大约1000万倍,出于这个原因,《电气商业》杂志评选德吉亚斯为2002年最具影响力的10名高管之一,并评选他为2004年度最佳首席执行官。

第一个电路综合器

德吉亚斯出生于荷兰南荷兰省弗拉尔丁恩,大部分时间在瑞士巴塞尔长大;1978年,他在洛桑的 EPFL 洛桑联邦理工学院获得了电气工程硕士学位。

上世纪80年代初,在达拉斯攻读南方卫理公会大学电气工程博士学位期间,德吉亚斯加入了 N.C. 三角研究园的通用电气。

根据计算机历史博物馆2009年的口述历史(oral history),德吉亚斯在那里开发了用多路复用器设计逻辑的工具,他和一个设计师朋友用逻辑门和多路复用器的混合物创建了门阵列。

这也促成了德吉亚斯编写第一个专为速度和面积优化的程序综合电路SOCRATES,可以自动根据功能描述创建逻辑块。

问题是,所有毕业的设计师都使用卡诺图(Karnaugh maps),只知道 NAND 门、 NOR 门和反相器(inverter),他们不知道多路复用器,所以用这些东西进行设计实际上很困难。

卡诺图是一种简化布尔代数表达式的方法,使用 NAND 和 NOR 通用逻辑门,任何布尔表达式都可以在不使用任何其他门的情况下实现。

SOCRATES 可以编写一个函数,20分钟后,程序就能生成一个netlist,列出电路中的电子元件以及它们连接的节点。

德吉亚斯表示,综合器通常能够创建更快的电路,使用更少的逻辑门,这个优势非常大,因为逻辑门越少,最终在芯片上占据的体积就越小。

随着这项技术的发展,电路设计人员的工作重点从逻辑门设计转移到基于硬件描述语言的设计上。

后来德吉亚斯被提升为通用电气高级计算机辅助工程(Advanced Computer-Aided Engineering)部门的经理。

1986年,通用公司决定不再开展半导体业务,面对失业的德吉亚斯决定开办自己的公司,继续提高综合工具。

他和通用电气团队的两名成员David Gregory 和Bill Krieger创立了三角研究园最优解决方案公司(OptimalSolutions)。

1987年,该公司更名为 Synopsys,并搬到了加利福尼亚州的山景城。

管理团队是一门学问

德吉亚斯表示,他在年轻时就学会了管理技能和企业家精神。

在暑假期间,他会和朋友们一起建造堡垒、汽车演讲台和其他项目,他通常是团队的领导者,一个富有想象力的人。

一位企业家创造了一些疯狂但有希望的绝妙想法。

他的愿景为项目设定了方向,而企业家的业务方面则试图让其他人相信,这个想法足够现实,大家都知道它可能很重要,但正是激情催化了人们的某些行为。

「综合改变了数字设计构建的本质。」

如果你有一个优秀的团队,每个人都会有所贡献。

在你意识到这一点之前,团队中的某个人对我们能做什么或如何做有了更好的想法,创办公司的企业家通常要经历成千上万个想法才能达成一个共同的使命。

在新思科技公司,德吉亚斯把自己视为「让团队热起来的人」。

他可以是一个管弦乐演奏者,一个乐队指挥,或者是为技术人员或业务员带来激情的人,作为一个团队,我们可以一起完成那些看似不可能完成的任务。

几年前,公司里开始出现一些诸如「No, because…」的口头禅,而德吉亚斯决定把它改成「Yes, if…」,他希望让团队成员艰辛,任何事都是有可能的,一定有办法的!

德吉亚斯表示,他所在的行业正在经历「极具挑战性的时期」,包括技术、全球和商业等各个方面,我发现,一旦一群人承认「某件事」很困难,他们就会变得非常有创造力,这很了不起,我们已经设法让整个公司接受「Yes, if…」,这已经成为了公司的文化基因。

新思科技面临的问题之一是「摩尔定律的终结」。

不过德吉亚斯认为不必过于担心,我们正面临一个令人难以置信的充满机遇的新时代,因为我们已经从「经典摩尔」规模的复杂性转变为「系统摩尔」(SysMoore),系统复杂度同样会遵循摩尔定律发展。

并且他认为该行业的重点正从单芯片转向多芯片模块,将芯片紧密地放置在一个更大的「硅中介板」上,在某些情况下,比如说内存,芯片是堆叠在一起的。

问题是:如何尽可能快地实现这些芯片之间的连接?

技术上来说,你怎么能让这些东西工作呢?如何使它在经济上可行,达到可生产、可靠的、可测试的且可验证的地步?

做工程师吧!去改变世界

对工程的追求是德吉亚斯的使命,工程学也是他所热爱的两件事的交叉点:打造一些东西来实现自己的愿景。

尽管最近科技行业出现了一波裁员浪潮,他还是认为工程师是一个伟大的职业。

德吉亚斯认为裁员仅仅因为一些公司过度招聘或正在重新定位自己,并不意味着工程领域正处于下行趋势。在电子和软件领域,情况正好相反,因为「万物智能」(smart everything)的愿景需要一些非常复杂的能力,并且正在改变整个世界。

在摩尔定律时代,一个人的技术知识必须是深厚的。

我们需要班上最优秀的人,我喜欢叫他们six-ph.D.-deep engineers,包括学校教育和经验上的深度。

你需要非常擅长模拟或设计特定类型的过程,现在,由于系统的复杂性,我们需要将所有这些学科结合在一起。

为了获得这种经验,德吉亚斯建议大学生应该了解多个分支学科,然后「选择那个最能吸引你的」。

对于那些对自己的使命有清晰认识的人来说,找到自己激情所在的那种感觉就像坠入爱河,但是那些不知道应该从事哪个工程领域的人应该「与你认为很棒的人」接触,因为他们会教你一些东西,比如毅力、热情、激情,什么是卓越,让你感受到合作的奇妙。

这样的人可以教会你「享受工作,而不仅仅是拥有一份工作。」

如果工作恰好也是你最大的爱好,那么你就会成为一个完全不同的人。

还气候债是个伟大的工程

德吉亚斯认为,工程师们必须为他们所创造的技术承担更多的责任。

我总是喜欢说,有头脑的人应该有心去帮助别人。随着世界面临越来越多的挑战,他们也应该有勇气采取行动。

我的意思是,我们需要把目光投向我们的领域之外,因为世界过于复杂,我们需要勇气来管理,而不是让复杂性成为自我毁灭的理由。

当今的许多复杂问题都是工程技术的杰出成就,但副作用(比如二氧化碳)没有得到解决,欠下的工程债务现在到了偿还的时候了。

德吉亚斯指出气候危机是目前唯一最大的挑战。

解决气候问题既是一项大工程,也是一项社会挑战,我们不必偿还全部债务,但我们需要设计快速的技术过渡,同时减轻工程带来的负面影响,而一项伟大的工程将是实现这一目标的决定性因素。

参考资料:https://spectrum.ieee.org/aart-de-geus-profile

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