芯片設計復雜度不斷提升，而芯片開發(fā)的時間窗口并未延長。這意味著，一方面，芯片開發(fā)團隊需要信任成熟技術，大量復用IP；另一方面，新技術引入前需要更全面的分析仿真，以確保引入的新技術與工藝及成熟技術兼容。

工藝復雜化的趨勢主要表現(xiàn)為兩個方向。橫向上，需要同時考慮的參數(shù)越來越多，很多傳統(tǒng)工藝不需要考慮的寄生效應，在先進工藝中變得越來越不能忽視；縱向上，由底至頂通盤考慮成為必要，而不止于可制造設計（DFM）與可測試設計（DFT）等傳統(tǒng)設計思維，用Silvaco全球市場副總裁Thomas Blaesi的話來說就是，系統(tǒng)級芯片（SoC）設計需要從原子到系統(tǒng)的一貫式設計流程。

在從原子到系統(tǒng)一貫式設計流程概念提出之前，EDA公司就提倡設計與工藝共同優(yōu)化（Design Technology Co-Optimization， 簡稱DTCO）概念。筆者理解，從原子到系統(tǒng)一貫式設計，是DTCO理念的發(fā)展，更強調(diào)由底至頂通盤考慮的重要性。

如今復雜芯片集成度高達數(shù)十億顆晶體管，蘋果公司的A12處理器就集成了69億顆晶體管。英偉達（Nvidia）公司的Tegra Xavir處理器更是集成了90億顆晶體管，耗資20億美元，總投入工程資源達8000人年。對于這樣復雜的芯片開發(fā)，IP復用是開發(fā)的關鍵，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在復雜SoC中超過85%的模塊是復用模塊，預計到2025年，復雜SoC中的復用模塊比例將達到90%，只有10%是新技術。

芯片設計復雜度不斷提升，而芯片開發(fā)的時間窗口并未延長，這意味著芯片開發(fā)團隊需要信任成熟技術，大量使用經(jīng)過驗證的成熟技術（IP）。成熟IP管理及優(yōu)化成為芯片開發(fā)團隊的必然需求，針對此需求，Silvaco提供Xena工具，來統(tǒng)一管理SoC開發(fā)過程中所需要的IP。據(jù)Thomas Blaesi介紹，Silvaco從并購IPExtreme開始進入IP市場，近年來通過并購整合已經(jīng)打造了豐富的IP產(chǎn)品線，其中車載半導體用IP覆蓋面非常廣，其他先進工藝IP也不斷取得突破，在2019年5月三星宣布與Silvaco達成協(xié)議，雙方將在先進工藝上進行合作，三星將在14納米等先進工藝采用Silvaco的IP。

IP與標準單元庫等成熟模塊在SoC當中的應用也并非拿來就用，針對需求的定制化優(yōu)化非常重要。

在2019 Silvaco用戶大會（上海站）上，Certus半導體公司首席技術官Stephen Fairbanks就向與會者介紹了定制化輸入/輸出模塊（I/O）的重要性。他表示用戶購買IP主要考慮三個因素，即成本、時間以及將技術應用于硅工藝的挑戰(zhàn)。

Stephen Fairbanks在SURGE 2019上的演講

Stephen Fairbanks表示，每一家晶圓代工廠都提供標準IO庫，這些通?？梢悦赓M獲得，但是全球前十大芯片設計公司，每一家都有自己開發(fā)的數(shù)字IO與模擬IO庫，這是因為標準IO庫為了適應更多應用，存在很多冗余設計，對于定制化芯片開發(fā)，這些冗余設計就成為成本的大敵。優(yōu)化IO設計，不僅能大幅度縮減面積以降低成本，而且能提升防靜電水平，滿足多電源供電等復雜設計需求。

大量成熟技術復用為芯片開發(fā)節(jié)約了時間，但仍有一定比例的新技術在引入，如前所述，由于先進工藝中需要考慮的參數(shù)越來越多，因此如何確保引入的新技術能在硅工藝上正常工作也變得越來越有難度。

85%復用IP模塊通常是架構層面的技術復用，而15%或10%的新技術，往往與新材料、新工藝密切相關，這就需要在納米及原子層面進行仿真和分析。

Thomas Blaesi表示，按照尺寸從大到小，從原子到系統(tǒng)一貫式設計流程大體可以分為四層：整機層面，尺寸是幾厘米到幾米，主要考慮的因素是系統(tǒng)效率、壽命及穩(wěn)定性，還有成本及工藝可擴展性；單元電路，尺寸在微米級別，主要考慮的是效率、開路電壓、短路電流，以及填充因子（太陽能電池）等；材料疊片（stack），尺寸小于100納米，主要考慮傳輸特性、材料接口、晶體形態(tài)等因素；材料層面，尺寸在納米或0.1納米級別，主要考慮散體物理特性、能級、吸收光譜特性等因素。

將來的設計師，必須具備在原子層面進行仿真分析的能力，能夠理解材料特性，并能推導材料在工藝或器件級的性能表現(xiàn)。

“設計師需要對材料在納米級別進行仿真，分析原子在芯片運作時的行為模式，在應用一種新工藝時，設計師需要了解工藝底層的材料物理特性，并在量產(chǎn)前進行足夠完善的仿真，來保證設計的可制造性。” Silvaco首席技術官Babak Taheri也曾這樣表示。