解决更复杂的定制芯片设计的策略

边缘计算和高性能计算 (HPC) 的空前增长和需求为定制芯片创造了新的机遇和重大挑战。我们采访了Sondrel 首席执行官 Oliver Jones 讨论了一些满足这些需求的方法。

定制芯片设计是一个多方面的过程，涉及许多考虑因素，从功率效率和性能权衡到制造和封装复杂性。该领域的主要挑战之一是管理功率、性能和面积 (PPA) 权衡。

设计师必须仔细平衡这些因素，以确保最终产品满足边缘 AI或 HPC 工作负载等现代应用的严格要求。此外，该过程还涉及应对地缘政治干扰和供应链限制，这可能会延迟生产并增加成本。

初创公司和成熟公司也面临着资源有限、缺乏先进制造设施以及无法驾驭生产所需的复杂供应链等障碍。专业 ASIC 供应商的作用是提供平衡电源效率、管理供应链和精简生产方面的专业知识。

“选择一家交钥匙供应商来处理整个 ASIC 项目比选择一家 ASIC 设计公司要困难得多。需要有高度的信心和信任，”琼斯说。

解释交钥匙模式的流程图。（来源：Sondrel）

为了应对这些挑战，一些公司采用了交钥匙模式，即管理芯片开发的每个阶段——从最初的概念到批量生产。这种方法简化了客户的流程，尤其是那些缺乏资源或专业知识来独立开发定制芯片的初创公司。通过整合架构设计、物理设计和测试设计等服务，交钥匙供应商降低了与芯片生产相关的风险和复杂性。

例如，交钥匙供应商的合作伙伴生态系统（包括台积电和 GlobalFoundries 等代工厂）可确保从设计到制造的顺利过渡。“初创公司通常有很棒的想法，但缺乏将其转化为硬件的能力和资源。我们对合作伙伴非常挑剔，这使我们能够为每位客户提供更密切的关注和更好的服务，”Jones 解释道。

案例研究：边缘人工智能

例如，一家专注于图像和视频识别技术的美国 AI 初创公司需要开发一款用于边缘应用（如监控和人脸识别）的AI 加速器芯片。这需要定制设计以应对架构、封装和供应链管理方面的挑战——这些领域对于资源有限的初创公司来说尤其令人生畏。

对于这个项目，Sondrel 帮助这家初创公司确定了对 2.5 毫米超薄倒装芯片 CSP 封装的需求，以满足空间和性能限制。通过预订封装槽，交货时间从 42 周缩短到 12-16 周，加快了产品的上市时间。该项目集成了这家初创公司的专有 AI IP，以提供可靠高效的芯片，成为这家初创公司 AI 加速器硬件的核心。

通过利用供应商的生态系统和专业知识，该初创公司仅用两年时间就成功开发出了 16 纳米 FinFET 芯片。

交钥匙定制芯片设计公司的作用

初创公司在定制芯片设计方面面临着独特的挑战，他们往往难以获得实现创意所需的资源和专业知识。资源限制可能使确定最佳 PPA 权衡或确保制造能力变得困难。此外，无论是由于地缘政治紧张局势还是市场波动导致的供应链中断，都可能造成重大障碍。

边缘 AI 应用（例如自动驾驶汽车、智能城市和物联网设备）需要能够在本地处理大量数据并最大程度降低功耗的定制芯片。同样，包括科学模拟和大数据分析在内的 HPC 工作负载也需要针对性能和可扩展性进行优化的芯片。

琼斯说：“我们看到边缘人工智能和高性能计算 (HPC) 的需求最为强劲。”

考虑到快速发展的形势，设计公司、代工厂和生态系统合作伙伴之间的合作至关重要。集成先进工艺节点、创新封装解决方案和强大供应链战略的能力将决定定制芯片设计的未来。

为了解决这些问题，交钥匙供应商开发了与代工厂无关的方法，以提供更大的灵活性。这些方法涉及以可以在不同代工厂制造的方式设计芯片，而不依赖于单个供应商，从而使公司能够适应不断变化的制造能力并避免瓶颈。

通过与多家代工厂保持紧密关系，供应商可以确保晶圆分配和先进的封装解决方案，从而缩短交货时间并最大程度地降低风险。选择正确的芯片封装类型在这里起着关键作用，交钥匙供应商可帮助公司采用最新的创新封装解决方案。

先进封装和开源技术加入其中

虽然交钥匙模式提供了有价值的解决方案，但其他应对定制芯片设计挑战的策略也正在兴起。合作研究计划和公私伙伴关系在推动创新方面发挥着越来越重要的作用。例如，欧洲和北美的政府支持计划正在资助旨在开发下一代半导体的项目。

开源硬件计划是另一个有前途的途径。通过为芯片设计提供共享基础，这些计划可以降低成本并加快开发时间——尤其是对于初创公司而言。此外，设计自动化工具的进步使公司更容易优化 PPA 权衡并简化开发流程。

创新封装解决方案是现代芯片设计的关键组成部分，可帮助制造商实现更高的集成度和性能。倒装芯片和晶圆级封装等技术在边缘 AI 和 HPC 应用中越来越受欢迎。

倒装芯片封装允许芯片和基板之间直接电连接，从而减少信号干扰并改善热管理。另一方面，晶圆级封装将封装过程直接集成在晶圆上，从而实现更小的外形尺寸、更高的性能和更低的生产成本。这些方法不仅可以提高性能，还可以降低芯片的整体尺寸和功耗。

例如，在上述案例中，采用2.5毫米超薄倒装CSP封装，大大缩短了交货时间并提高了芯片的性能。这个例子凸显了封装创新对于满足下一代应用需求的重要性。

随着边缘计算和 HPC 的持续增长，对定制芯片设计的需求只会增加。半导体行业的未来将受到工艺技术、创新封装解决方案和协作生态系统的进步的影响。能够有效应对定制芯片开发挑战的公司将在这个充满活力的市场中占据领先地位。

为了实现这一目标，行业利益相关者必须优先考虑合作，投资于涵盖设计、制造和供应链管理的合作伙伴关系。通过合作，他们可以克服进入壁垒，加速推动下一波技术创新的芯片开发。

定制芯片设计流程证明了满足边缘 AI 和 HPC 需求所需的复杂性和独创性。通过创新战略和协作努力的结合，该行业正在重新定义可能性，为技术继续突破性能和效率界限的未来铺平道路。