2023年改變電子設計樣貌的3大關鍵技術

一、晶片生命週期管理平台已做好準備迎接主流趨勢的挑戰

當今大數據分析已在科學乃至金融等各行各業取得長足進展。而晶片產業也得以將從設備生命週期階段收集到的大量資訊轉化為具有可行性的資料。高效能計算(HPC)和汽車等特定市場的設計團隊精通晶片生命週期管理 (SLM)在HPC領域，SLM技術可幫助資料中心伺服器SoC的設計人員達成服務水平協議的規定運行時間(uptime)—也就是讓特定時間間隔內達到99.99%(四個9)或99.999% (五個9)成為可能。對於汽車設計工程師而言，SLM 技術可評估老化及退化等因素，讓人們能夠採用預測性更準確的方法以維護並更換車載電子系統。而由於許多其他特定市場對關鍵任務應用程序的可靠性、可用性和可維護性(RAS)的重視程度越來越高，SLM有望在接下來的幾年間獲得更廣泛的應用。

由於製程具備變動性(尤其在先進節點)並受到環境和老化的影響，晶片設計面臨巨大壓力。但與此同時，人們又期望晶片效能水平能創新高，並且在某些特定應用下，例如汽車應用，可獲得較長的使用壽命。

SLM提供設計、生產、系統啟動(system bring-up)和現場即時監控及半導體設備分析機制。晶片上感測器(on-chip sensor)和監視器會持續收集資料並將其發送至雲端支援的AI分析引擎，以在晶生命週期各階段實現優化。預測性和規範性分析則可以提升設計流程效率，同時提高設計本身的品質。

二、雲端技術強化本地整合

2022 年我們見證了在雲端進行晶片設計和驗證半導體元件的嶄新方案。靈活的計次付費(pay-per-use)解決方案，讓使用者可以依各別需求(不論是透過軟體即服務(SaaS)模型或自帶雲模型)使用電子設計自動化(EDA)工具，不但簡化軟體授權，更能在沒有規模限制的前題下使用相關工具；賦予設計人員依其設計決定如何使用設計和驗證工具的自由度。進一步將SaaS這個方法或流程應用在類比設計、數位設計和驗證，提供工程師按需、易取得且可擴展的工具訪問權限。

雖然各行各業很早就開始使用雲端技術，但半導體產業時至今日才開始進行雲端化，利用雲端之彈性、靈活度和可擴展性，以更好、更快且更節省成本的方式進行晶片設計。雲端解決方案還有助於運用數位孿生(digital twin)來設計以即時資料為基礎的次世代系統。數位孿生被視為虛擬模型或分身，讓工程師可以根據由現場感測器收集並經由雲端傳送至實驗室處理系統取得的輸入資料進行調整、採用及優化。

雲端本身是否將成為半導體設計的主流已不再是個問題，真正的問題是「何時」將成為主流—2023年似乎是廣泛採用雲端的轉捩點。值得一提的正是SaaS雲端解決方案，它能使IT預算較為有限的公司按需支付EDA資源費用。因此，我們能夠預期業界將推出協作性更高並以雲端為基礎的設計驗證工具。

三、多晶體(multi-die)系統將被廣泛採用

經由將異質小晶片整合至單一封裝中，多晶體架構可提供單一SoC無法實現的效能、功耗、成本和收益優勢。雖然這在半導體界已不是什麼新鮮事，但多晶體系統在2023年可望迎來風光一年。多晶體架構的周遭生態系統正迅速成熟，降低進入門檻，並開創更廣泛採用的康莊大道。更為全面、一致且成熟的工具能夠簡化多晶體系統的設計、驗證、測試、簽核(sign-off)和晶片生命週期管理。穩健、安全的晶片互連(die-to-die)技術標準化IP則可降低整合風險，同時加速標準採用。代工廠以及外包半導體組裝和測試(OSAT)廠商提供先進封裝、生態系統聯盟和多晶體系統流程等產品。通用小晶片互連(Universal Chiplet Interconnect Express, UCIe)等標準為晶片互連介面提供完整堆疊範本，可輕鬆將不同零組件組合，並滿足嚴格的頻寬、延遲和能源效率要求。這些發展趨放一致，在在顯示多晶體將成為未來的主流趨勢。

多晶體系統設計的擴展可能導致轉向多代工廠策略，因為設計團隊可分別選擇使用不同製程節點，例如針對核心晶片採用先進節點；而針對周邊設備採用原本的製程節點。而在2022年面臨的供應鏈挑戰也將促使晶片設計人員考慮採用多代工廠策略以確保可預測性。

與多晶體系統轉型息息相關的因素，正是半導體技術下一個先端領域─矽光子(silicon photonics)。利用光能傳輸並處理資料，光子IC可整合至多晶體系統中，以提供高能源效率的頻寬。隨著多晶體系統日益站穩根基，光子IC也可望出現顯著成長。

充實工程師人才鏈

工程師向來都是毫不畏懼，勇於迎接挑戰的。正如我們過往數年的經歷以及即將於2023年重現的情況─工程師的獨創性將繼續開發強大又可承擔最嚴苛運算工作負載的晶片。因此，我們必須投資人才，Synopsys Academic & Research Alliances (SARA)計畫為學生、教育工作者、研究人員和企業家提供教育機會、取得先進技術以及協作支援，有助於培養新一代工程師人才。

隨著新技術挑戰的出現，新思科技面對已做好萬全準備，可幫助設計團隊實現矽晶目標，不論是設計單晶片、高能效SoC、2.5/3D多晶體系統，還是介於兩者之間的系統。新思科技完備的解決方案，有助於設計、驗證、測試、製造、晶片生命週期管理和軟體安全。

雖然我們無法真正準確地預測未來，但仍可預見對未來數年造成影響的趨勢和模式。人工智慧和大數據分析在日常生活中日益普及(在晶片設計上亦是如此)，而汽車更被賦予更高的智慧水平。超大規模企業對晶片提出更多要求，以找到能解決諸如疫苗研發、電網規模能量儲存和全球飢荒等重大問題的方法。而在這過程中，同時也重塑晶片產業本身的樣貌。多晶體系統正迅速成為摩爾定律趨緩的解決方案，而這些架構也帶來更大的機會，可以滿足現今資料掛帥、頻寬荒的需求。

現在正是電子產業的變革時刻，我們目睹晶片在因應世界上某些重大挑戰方面的創新關鍵作用。因此，我們預期在2023年將大放異彩的三大關鍵技術，包括晶片生命週期管理平台、雲端技術和多晶體系統，將可推動世界朝向更智慧且更公平的方向發展。