Google上線芯片設計網站，邁出半導體開源的一大步？

6月Google開發者上線了一個芯片設計的網站，網站的宣傳語表示該網站會讓每個人更容易大規模地構建定制芯片。

據Google介紹Google與SkyWater Technology代工廠和Efabless合作，提供完全開源的工藝設計套件 (PDK) 和相關工具，以便任何開發人員都可以創建可制造的硅設計。每隔一個月，用戶可以提交開源設計以進入Open MPW穿梭計劃并免費制造自己設計的芯片。

Google與Skywater efabless的合作從2020年開始，作為 RISC-V 基金會和 Linux 基金會 CHIPS 聯盟項目的創始成員，谷歌其實一直在支持開源芯片相關領域，包括為 lowRISC 在內的關鍵開放硬件工作提供資金、戰略和法律支持。

清華大學資深教授評價，Google 抓住了集成電路產業去中心化的關鍵點。本次Google的項目會帶來什么樣的不同，開源會為半導體產業帶來怎樣的改變呢?

01 人人都能設計芯片的時代來了？

Google的這一網站并不是從0到1建立起來的，而是與其他公司共同合作以實現用戶的需求。

其中，提供設計IP的公司為Efabless。Efabless是一個面向“智能”產品的開放式創新、硬件創建平臺。通過提供半導體和硬件系統創新者所需的定制集成電子產品，以將他們的產品愿景變為可銷售的產品。Efabless 專注于按需和定制 IP。芯片公司從Efabless 獲取IP的方法有兩種：一種是可以在不斷增長的經過驗證的設計庫中搜索現有 IP，第二種則是委托 Efabless 社區設計新的 IP 和衍生產品。

Efabless Caravel是一種即用型測試工具，用于使用 Google/Skywater 130nm Open PDK 創建設計。Caravel 線束包括支持 IO、電源和配置的基本功能以及用于管理 SoC 內核的插入模塊，以及用于放置用戶 IP 塊的大約 3000 微米 x 3600 微米的開放項目區域。

除了工具，Google還給使用者提供了學習的教程，理論上來說，這一舉動為所有人提供了設計芯片的舞臺。這一網站推出后，有評論稱這正是半導體從業者期待教育系統能為相關專業學生提供的實踐項目。

目前這一計劃已經有了76個教程，話題領域包括ASIC、eFPGA、CMOS芯片、測試流片等。

雖然在理論上可以實現人人都能造芯片，不過距離這一現實顯然時間很長。雖然Google提供了教程，但能夠通過自學學會相關課程對用戶本身的知識體系就有很大的挑戰，總體而言這個網站的意義更大的點在于為集成電路專業的學生以及創業者提供設計芯片樣品的機會。

據在代工廠的相關人士介紹，即使是使用40nm制程的流片，一次成本也在30萬-50萬美元左右，這樣的數字對于于個人來說，很難承受。但是這樣的平臺對于芯片行業的創新力一定會有正向的激勵。

從芯片產業來說，Google并不算產業上的主要玩家。不過Google silicon團隊已經有產品問世。2021年10月Google silicon團隊宣布了其首款自研芯片Tensor。Tensor 芯片采用 5nm制程，CPU 為八核設計，分為大中小三核——兩個以 2.8GHz 運行的 ARM Cortex-X1 內核、兩個以 2.25GHz 運行的 Cortex A76 內核，以及四個 1.8GHz A55 內核。GPU 為 20 核設計。據悉這款設計耗費了Google silicon團隊四年的時間，那么深知芯片從設計到成品之中的艱辛的Google 為何要推出這一網站呢?

02 Google的芯片網站是芯片界的Github？

Google的這一次操作更深層的關鍵在于搭建一個開源的社區。

開源，在Google更加熟悉的軟件領域已經形成了成熟的生態氛圍。開源已成為一種超越軟件生產界限的運動和工作方式。開源運動旨在利用開源軟件的價值和分散的生產模型，為其社區和行業的問題尋找新的解決方法。

在開源的環境下，互聯網團結了同一社區的所有成員。協作、開放讓效率變得更高，也讓創新性想法被快速了解，星星之火，得以燎原。

在開源的生態下，也誕生了如Github這樣的在線源代碼托管服務平臺。

而谷歌本次建立的網站，與Github就有許多相似之處。而隨著Github在軟件行業的重要性越來越高，開源的價值被再次證明。

眾所周知芯片設計制造是一個復雜繁瑣的流程，而隨著芯片設計正在逼近極限，芯片公司們似乎都迎來的自己的瓶頸期。芯片研發門檻高客觀上阻礙了創新，而降低門檻激發了創新活力、繁榮了芯片產業;芯片架構人才緊缺，而降低門檻有助于快速和大規模培養高水平芯片設計人才。當“擠牙膏”成為各家大廠的下下策，如何打破設計的困局已經亟待解決。

Google的這次嘗試或許能夠為芯片設計界帶來新的可能。

03 半導體的開源時代

Google并不是第一家嘗試在芯片領域開源的公司。

RISC-V是半導體開源的代表性成果。截至2021年9月，RISC-Ⅴ國際基金會的會員已覆蓋70多個國家，總數已超過2300個，其中企業和機構超500家。RISC-Ⅴ物聯網處理器芯片已大規模商用，僅國內就有超5億顆RISC-Ⅴ核心芯片投放市場。華米科技等可穿戴設備廠商一直采用這種RISC-V架構。阿里巴巴集團以RISC-V為基礎開發出了用于物聯網的AI芯片，并將其IP公開。此前有消息稱，華為也推出了基于RISC-V架構的Hi3861芯片。

開源的RISC-V也成功孵化出了商業化案例，SiFive基于RISC-V開發了完整的處理器核和開發板，已可以完整地運行Linux操作系統。作為當前炙手可熱的SoC領導廠商，SiFive設計了SiFive Core Designer工具，參數化核設計，用戶可以自定義模式和指令集，片上存儲，調試單元，接口選擇，保密控制，中斷設置，是否插入DFT，功耗管理和預測指令(根據性能或面積)等選項，大大提高了SoC設計的多樣性和減小了SoC的設計難度。用戶可選擇的核目前有E2/E3/E7/S2/S5/S7/U5/U7。最新消息，SiFive設計了最新的U8處理器，擁有可擴展的亂序執行的RISC-V CPU核心，與Arm Cortex A72相比，U8系列的目標在性能上具有可比性，面積只有A72一半。

SiFive目前的融資金額已超過 3.5 億美元的資金，現有投資者包括Coatue、AMD(通過 Xilinx Ventures)、Ibex Investors、英特爾、Osage University Partners、Prosperity7 Ventures、高通、三星、SK 海力士、Spark Capital、Sutter Hill Ventures 和西部數據。

2022年3月16日，SiFive在 F 輪融資中籌集了 1.75 億美元，公司估值超過 25 億美元。這再一次展現了市場對于開源RISC-V的信心。此外SiFive也與intel形成了合作，英特爾方面表示，公司對RISC-V基金會的投資就包括與 RISC-V 領導者 SiFive 合作構建基于英特爾 4 工藝技術的 Horse Creek 開發者平臺，該平臺將于 2022 年底廣泛使用。

眾多公司對SiFive的投資除了證明SiFive的商業價值也展現了基于開源架構商業化的可行性。

04 開源路漫漫，希望常相伴

開源在半導體領域并不是新興概念。

在1999年就有一個本著自由和開源協作精神共享和推廣開源IP(知識產權)核的社區OpenCores成立。OpenCores 門戶托管不同數字網關項目的源代碼，并支持用戶社區，提供一個用于列出、展示和管理此類的平臺項目;以及用于資源管理的版本控制系統。

目前該網站的開源項目包括：算術內核、原型板、通信控制器、協處理器、加密內核、DSP內核、ECC內核、庫、內存內核、處理器、片上系統、模塊上系統、系統控制器、測試/驗證、視頻控制器等。

不過值得注意的是雖然Opencores已經運行超過20年，但目前的項目僅有1000個，網站的上次更新也停留在2021年。

這在一定程度上說明了半導體開源體系存在的局限。包云崗教授將問題歸結為生態不成熟且碎片化嚴重。缺少技術主線和主導力量，尚不能真正有效匯聚全球研發力量，這阻礙了技術的持續迭代和應用拓展。此外，一些開源的聯盟僅承擔了有限的職能，組織松散且力度不足，無法形成對生態的系統性支持和引導。相關科研院校、龍頭企業未能形成合力，諸多共性技術未能有序布局、合作攻關。

對于半導體來說，技術的獨特性是第一競爭力。但放大去看，其實半導體行業一直存在著共同合作。Wi-Fi、USB、DDR等等都是行業共同合作形成的產物，最近的UCIe聯盟更是打破了工藝與晶圓廠的界限。

對于中國半導體公司來說，開源是發展的必經之路。目前也有國內的EDA公司參與了開源，并表示在開源的平臺上，EDA使用和創新門檻都被降低，同時也切實地提高了推進的效率。

國產化并不是國產半導體公司應該追求的終點，未來國產半導體廠商要在全球產業中，擁有自己的主動權。那么以開源為核心，以合作共贏為思想的行業氛圍，對于國產半導體來說必不可少。

閉源意味著封閉，而開源則意味著開放，封閉很難進步，開放才會進步。開放讓人類的智慧有聚集的可能，人類的智慧聚集起來不再是1+1=2，這是開源的力量?！矩熑尉庉?江小白】

來源：半導體產業縱橫

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