在先进制造、智能制造的今天,大到飞机、航母,小到汽车、芯片甚至鞋子,依靠设计师的手和笔来完成已是不可能之事;产品研发的反复迭代,每一步都离不开计算机辅助设计。但在工业设计、模拟辅助软件(CAD/CAE)领域,中国处于产业萎缩、投入不足、人才流失、学科凋零的困境,大量依赖国外产品。这已经对中国的国家安全、国民经济造成潜在危害。
近来,福州大学副教授陈建利收到了一份邀请,有朋友问他,是否愿意加入Cadence。在芯片设计自动化领域,Cadence是行业老大。它和另外两家美国公司Synopsys、MentorGraphics垄断了全球市场的95%。凡设计芯片都要用到它们的软件工具。陈建利被“惦记”并不奇怪。
在芯片电子设计自动化这行,他已然是一颗冉冉升起的新星——2017年6月的DAC(Design Automation Conference)最佳论文奖获得者、11月的ICCAD(International Conference on Computer-Aided Design)的CAD学术竞赛冠军,都是大陆学者首次。
他还在今年1月起担任CEDA(The Council on Electronic Design Automation)设计自动化技术委员会委员,为7名委员中的唯一大陆学者。此外,他还有一篇论文获得ICCAD 2018最佳论文提名奖。
可问题是,这家Cadence公司在4月时率先响应美商务部号召,对中兴实施禁运。没有它的授权,中国公司便很难设计芯片。外界大多关注了器件、知识产权模块的禁运,而少有人知道,软件工具的禁运照样一箭封喉。如今中兴虽然已解禁,但卡脖子之痛尤在昨日,回过头看陈建利的这份邀约,多少有些别样的意味。
不过,陈建利想继续留在学界,并无进入工业界的打算。他从事的研究称之为“物理设计”,属于芯片设计流程当中的一步。其中有两大关键问题:如何在指甲盖大小的芯片之上,将成百上千万的器件(几十亿个晶体管)摆放下去?又如何将这几千万的器件连接起来组成电子电路?当然,这些摆放和连线都要满足一系列苛刻条件。
通常来说,设计方需要从上游的公司如ARM获得器件、知识产权模块授权,然后再从Cadence等公司获得设计软件授权,设计完成的芯片“图纸”再交给下游的晶圆厂如台积电完成量产流片。“从整个芯片设计流程来说,百分之七八十的时间都是要跟芯片设计软件打交道的。可以说,在把最后方案交给晶圆厂制造之前,全部都是用这些工具进行反复迭代的过程。
”从事机器人芯片设计研究工作的中国科学院计算所研究员韩银和告诉《知识分子》。
长期以来,国内似乎已经习惯了花钱买授权,甚至是不花钱使用盗版,直到中兴事件,才如梦初醒,原来也有花钱也买不来的时候。多位受访人士表示,不仅是芯片,从飞机、航母,到汽车、手机甚至鞋子,与各个行业紧密联系的工业设计、模拟仿真软件已经成为支撑先进制造的共性关键技术,中国基本处在“人有我无”的卡脖子状态。
由于正版高端软件相对昂贵,国内不少企业靠盗版过活,而一些高级的模块无法直接购买,还需要走第三方渠道,比如在国外注册公司再去购买。“为什么我们做出来的东西不如别人漂亮,或者不如别人快,一个原因就是这些工具软件关键的模块不卖给你,只给你一级二级的技术,不会给你高级的技术。而随着软件工具转向云端服务,盗版也将难以为继。
”华航唯实机器人科技股份有限公司技术总监宋智广介绍说,如果不自主的话,可能今天不会感到痛,但再过几年,“会突然发现竞争对手,比如国外企业每隔两个月就推出新品,而国内企业半年甚至一年才能推出新品,从效率上就大大落后了”。
在芯片设计领域,受阿尔法狗(AlphaGo)打败世界围棋冠军的启发,科研人员正在试着用AI打败电路设计师。
国内外有不少研究团队已经将人工智能用于芯片的设计验证、架构探索和优化,并取得了不错的效果。“如果把智能和自动化结合起来,将来做一个芯片,可以基于开源的知识产权核组合起来,用工具自动生成,可能一个芯片做出来只要三个月时间,而不是过去的两年。那传统的设计软件是完全做不到的,这里面就有机会。”韩银和认为,开源芯片结合智能化会带来芯片设计流程的重构,必然带来工具的变革。
在商业模式上,工业软件也将一改过去的授权,转为云端的服务,由卖改为租,这都为国产软件的崛起提供了机会。