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半導體設計為什麼迎來「開源潮」?

半導體設計很燒錢,2006年至2020年,尖端產品設計成本漲了19倍,慢慢導致只有大企業才能自主設計半導體。壟斷加劇時,往往會出現新動向,於是半導體「開源潮」出現了。

半導體設計-開源-IC設計-GitHub-生成式AI 圖片來源:Shutterstock
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在半導體設計領域,免費對外開放的「開放源代碼(Open Source)」開始被廣泛應用。

這是一種通過任何人都能訪問的工具群來解決高級化導致的成本增加和技術人員短缺等結構性問題的嘗試。日本產業技術綜合研究所(產綜研)和美國谷歌已開始完善其使用環境。採用開放規格的企業也越來越多。

(日經中文網提供)

4月,一個倡議半導體產業開放化的團體在日本成立。那就是由產綜研全額出資的AIST Solutions設立的「OpenSUSI」。該團體描繪的藍圖是,完善可利用設計所需工具群的環境,以促進日本國內半導體工廠的代工接單服務。

半導體設計需要耗費大量金錢。據美國半導體產業協會介紹,截至2020年,相當於尖端產品的5奈米半導體的設計成本為5.42億美元。與2006年的尖端產品(64奈米)的設計成本相比,膨脹到了19倍。

設計成本為何會越來越高?半導體設計需要工具群和人才。需要購買電路設計圖(IP)以及含有所需資訊的設計套件,用專用的設計軟體來設計。

隨著技術水準提高,流程變得更為複雜,「開發成本和團隊規模都在過度增大」,美國國防高級研究計劃局表示。結果導致只有大企業才能自主設計半導體。

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壟斷加劇時,往往會出現相反的動向。在IT領域,開源是技術發展的原動力。實名和匿名的工程師們聚集起來形成社群,共享相當於軟體設計圖的源代碼,並進行改進和管理。這是一種希望通過開放技術(而非壟斷技術)來實現技術發展的思想。

具有代表性的例子是軟體「GitHub」,全世界的工程師共享源代碼,並將其應用於軟體開發。操作系統(OS)Linux是驅動智慧手機等多種電子設備運行的基礎。

如今,在半導體設計領域,同樣的動向也在加快。對外開放的工具群可降低設計的費用和門檻,也為新興企業等帶來更多機會。AIST Solutions的業務總監岡村淳一表示:「開源的工具和半導體有助於提高產業競爭力」。歐洲的研究人員3月向各國機構發出了要求擴充支援體制的公開信,呼籲「開源工具可大幅降低有志從事晶片設計的學生和研究人員的進入門檻」

(日經中文網提供)

美國聚集了新思科技(Synopsys)、楷登電子(Cadence Design Systems)等設計軟體巨頭,以蘋果為代表,還有很多擁有高水準半導體設計能力的大型科技企業。而且,美國的開源步伐也很快,設計軟體「OpenRoads」等已經誕生。美國谷歌與新興企業等合作,主導了以開源代碼為基礎的服務。使少量半導體也可以委託生產,從而拓寬了自主設計領域。

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作為設計核心的開源指令集「RISC-5」在商業應用方面走在了前面。指令集規定了半導體在面對指令時如何運行。如果將半導體晶片比作一座城市的話,那麼指令集就相當於交通規則。按照這個規則,來製作每個區域的設計圖(IP)。英國ARM製作的省電性能出色的IP掌握著該市場,在這種情況下,人們對壟斷結構抱有很高的危機感。在提高設計自由度的需求的推動下,新指令集備受關注。

瑞薩電子已於3月開始量產用RISC-5設計的半導體。瞄準的應用領域是家電產品等。瑞薩電子計劃擴充支持體制和産品,MCU開發業務部長江藤公治表示:「長期來看,需求將擴大」。德國博世、英飛凌(Infineon Technologies)等5家大型海外企業也於2023年末成立了從事開發業務的新公司。

生成式AI(人工智慧)用半導體也在使用開源指令集。美國Meta於4月發佈的自主設計半導體就使用了RISC-5。與Rapidus合作的加拿大設計企業Tenstorrent也在進行相關開發。

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據美國調查公司SHD集團介紹,使用RISC-5設計的大型晶片(SoC)的出貨量預計到2030年將達到160億顆,年均成長率將超過40%。

開源同時也存在課題。英國調查公司Omdia的鈴木壽哉指出:「與單純的軟體相比,要開放與製造工序相關的設計工具,使任何工廠都能使用,技術方面的難度很大」。

但是,對於提出半導體產業復興方針的日本來説,高水準的設計能力和人才不可或缺。為開源付出的努力是拓寬自主設計領域、提高教育和研究活力的重要一環。

(本文轉載自日經中文

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