Google 推出芯片设计平台,工具开源、流片免费是在做公益?

标签:Google芯片
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6月1日,Google曾在官方博客上发布了一则消息“与Google一起构建芯片”,宣布正在启动一个开发者的开源工具平台,宣传语“Build your own silicon”意思是让中小企业或个人开发者也能设计自己的大规模客制化芯片。

日前,Google正式上线了这个芯片设计网站。

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Google 介绍,这是 Google 与 SkyWater Technology 晶圆代工厂、IC 设计业者 Efabless 合作,提供完全开源的工艺设计套件 (PDK) 与工具,任何开发人员都能设计芯片。每隔一个月,用户都能送交开放设计以进入 Open MPW 计划,有机会制造自己设计的芯片。

Google 与 Skywater、Efabless 合作,2020 年开始成为 RISC-V 基金会和 Linux 基金会 CHIPS 联盟项目创始成员,Google 一直支持开放芯片计划,包括为 lowRISC 等关键开放硬件工作提供资金、战略和法律支持。

 

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关于芯片设计:有教程,需要自学

网站由Efabless 提供设计 IP,资料显示,Efabless是一个面向“智能”产品的开放式创新、硬件创建平台。通过提供半导体和硬件系统创新者所需的定制集成电子产品,以将他们的产品愿景变为可销售的产品,专注于按需和定制 IP。

外界要从 Efabless 取得 IP 的方法有两种,一是在不断成长且通过验证的设计数据库搜寻现有IP,另一种是委托 Efabless 开发新 IP 和衍生品。Efabless 提供 Caravel 即用型测试工具,使用 Google / Skywater 130nm Open PDK 创建。Caravel 内容支持 IO、电源和配置基本功能,以及管理 SoC 内核的嵌入模块,以及放置用户 IP 约 3,000×3,600 微米的开放项目区域。

Google 除了工具还提供学习课程。理论上来说,这一举动为所有人提供了设计芯片的舞台。这一网站推出后,有评论称这正是半导体从业者期待教育系统能为相关专业学生提供的实践项目。

目前该计划已有 76 个教程,话题领域包括 ASIC、eFPGA、CMOS 芯片、测试流片等。

清华大学资深教授评价,Google 抓住了集成电路产业去中心化的关键点。本次Google的开源项目会为半导体产业带来怎样的改变?人人都能设计芯片的时代真的来了?

可惜,虽然该网站理论上能让人人都自制芯片,但普通人距离这一目标显然还有很大差距。

Google 虽然提供了较为完善的课程,但要能自学成才,对用户知识能力是很大的挑战。网站更大意义在于为半导体专业学生及创业者提供设计芯片样品的机会。

关于流片:免费

一套完整的芯片开发过程中,设计完芯片后要流片(Tapeout),一般是委托芯片制造厂商来做(比如台积电),这也是一笔很高的费用。流片就是把芯片设计原型第一次做出实物,验证它能不能达到设计指标。据说有手机公司独立自行研发一款芯片,流片一共失败了6次,每次的成本都高达人民币几千万。

有代工厂人士表示,现阶段即使是 40 纳米工艺流片,一次成本也约 30 万至 50 万美元,对个人或小企业来说门坎相当高。可见Google这种平台对芯片产业创新发展还是有正面激励作用。

在 2020 年 11 月,Google 为了更好地推动芯片制造,它与代工厂 SkyWater Technology 合作,赞助了开源芯片流片项目 Open MPW Shuttle Program,提供完全开源的工艺设计套件(PDK)。为了降低制造成本,Google跟晶圆厂合作,开放特定时间让芯片公司统一流片。

一块晶圆上面同时堆上不同公司设计的芯片,有点像“团购”,这样就能降低成本。制造完要封测、包装,然后运回企业地址,这些也都是由Google来负担。

基于 Open MPW Shuttle Program,任何人可以提交开源集成电路设计,并在利用开源 PDK 和其他开源 EDA 工具的同时,Google 为其免费制造芯片。当前 Open MPW Shuttle Program 已经收到了从 Microwatt OpenPOWER 64 位芯片到 RISC-V 芯片再到数独加速器、各种游戏的硬件实现、SRAM/ReRAM 生成器和其他小型 ASIC 的提交。

Google这个芯片设计工具采用130纳米工艺,算不上多先进,肯定比不上台积电和三星才玩得起的5纳米、7纳米先进工艺,但性能与功耗兼顾,成本低,能用于IoT物联网芯片,对小企业和个人开发者来说已经够用。

据悉,这个计划已经进行了一段时间,已完成250个芯片项目的设计和制造。上一次跟晶圆厂合作开放的时间是今年3月,帮助来自19个国家的企业和开发者完成了78个芯片项目。下一次开放时间在今年6月,并在8月底让晶圆厂完成芯片的制造。据说报名参加的企业和开发者非常踊跃。

软件可以开源,芯片设计可以吗

对芯片业来说,Google 并不算主要玩家,不过也有产品问世。2021 年 10 月 Google silicon 宣布首款自研芯片 Tensor,采 5 纳米工艺,CPU 八核心,三丛集架构。含两个 2.8GHz 频率 ARM Cortex-X1 超大核心、两个 2.25GHz 频率 Cortex A76 大核心,以及四个 1.8GHz 频率 A55 效能核心,据说耗费 Google silicon 团队四年时间研发。

同时Google也一直在帮助小型开源项目进行芯片研发。根据 Google 发布的博客显示,除了开放网站之外,Google 还与业界共同建立了一个由 3000 多名成员组成的社区,硬件设计人员和软件开发人员都可以以自己的方式为推进开放硅设计的进步做出贡献。

在软件领域,开源已经形成了成熟的生态氛围,也已成为一种超越软件生产界限的运动和工作方式。开源运动旨在利用开源软件的价值和分散的生产模型,为其社区和行业的问题寻找新的解决方法。

从软件行业的经验来看,开源能够让同一社区的所有成员互相协作、开放,让效率变得更高,也让创新性想法被快速了解。由此也诞生了如Github这样的在线源代码托管服务平台。

谷歌这次建立的平台与Github就有异曲同工之妙。

但相比软件,芯片设计和制造的流程更为复杂繁琐,技术和投资成本都不低。随着摩尔定律逼近极限,芯片公司们似乎都迎来的自己的瓶颈期;从芯片设计软件(EDA)的购买费用,到流片费用,一般也只有大公司才负担得起。

芯片研发门槛高客观上阻碍了创新,而降低门槛激发了创新活力、繁荣了芯片产业;芯片架构人才紧缺,而降低门槛有助于快速和大规模培养高水平芯片设计人才。当“挤牙膏”成为各家大厂的下下策,如何打破设计的困局已经亟待解决。

深知芯片从设计到成品之路艰辛的Google,谈到推出这一网站更深层的原因时表示,“免费和开源许可、社区协作和快速迭代改变了我们所有人开发软件的方式。我们相信我们正处于定制加速器开发的类似革命的边缘,硬件设计师通过重构彼此的作品,而不是重新发明轮子来竞争。”

不过芯片设计的开源,究竟能否参考开源软件的模式还要打一个问号。去年12月,《电子工程专辑》就这一问题进行了报道,在首届滴水湖中国RISC-V产业论坛的“RISC-V的开放与开源”圆桌讨论上,与会嘉宾认为即便指令集开放,也不能保证做出商业化的处理器产品。而在“芯片应该被开源吗?”这个问题的选择上,现场53%以上观众和嘉宾选择了不应该。因为他们认为,硬件开源只适用于学校和研究单位等非赢利性机构。更详细内容请参考阅读:https://www.eet-china.com/news/202112201535.html

芯片开源,可以说动了不少大企业的蛋糕。Google此举对于小企业和个人来说是“做公益”,于整体行业发展来说也是好事,但阻力必定很大。我们且拭目以待,Google的这次尝试能否为芯片设计界带来新的可能。

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