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　　系統(tǒng)級優(yōu)化：超越芯片級的思考
　　
　　本文翻譯轉載于：Cadence blog
　　
　　作者：Steve Brown
　　
　　在系統(tǒng)級優(yōu)化芯片對于實現(xiàn)峰值性能、效率和系統(tǒng)可靠性至關重要。
　　
　　伴隨著摩爾定律的收益遞減問題，單純地通過過渡到最新工藝節(jié)點已不再能保證為迭代產(chǎn)品帶來更為實質性的功耗、性能改進或成本降低。相反，目前的重點已經(jīng)轉移到對整體設計的全面優(yōu)化，從布線到熱能管理和功耗預算，這已成為實現(xiàn)重大進步的基本要求。
　　
　　這個復雜而昂貴的工作流程涵蓋多個學科：設計、原型、測試、跨越多次迭代的精化、驗證和最終制造。這是一個需要對設計團隊進行大規(guī)模重組的工作流程——從以往的順序交付轉向系統(tǒng)內多個組件的同時設計。
　　
　　隨著越來越多的系統(tǒng)公司自行設計芯片，半導體公司也開始交付軟件棧，優(yōu)化也擴展到軟件層面。盡管這種方法已取得了許多卓越成果，并使終端產(chǎn)品的實質性差異化成為可能，然而系統(tǒng)級優(yōu)化的下一個巨大飛躍則要求我們比以往任何時候都需要思考得更深、更廣泛、更全面。我們需要針對終端設備、最終用戶、環(huán)境和不斷發(fā)展的市場進行優(yōu)化——重新定義我們所說的“系統(tǒng)級”，涵蓋面從芯片到整個終端產(chǎn)品的一切，它可能是一部智能手機、一輛汽車甚至是整個數(shù)據(jù)中心。
　　
　　1
　　
　　全局思考
　　
　　這并不是一個新的想法——例如在汽車工業(yè)領域，人們關注汽車芯片和硬件的設計，探索針對整個電動汽車和各個零部件的優(yōu)化技術，以適應智能駕駛、汽車電池和全球各國的采購政策，并關注其整體的生命周期成本。
　　
　　而借助 Cadence Optimality Intelligent System Explorer，我們首次將設計中的優(yōu)化引入芯片設計。但如果說汽車行業(yè)一直關注電動汽車的整體設計，而 Cadence 軟件是用來創(chuàng)造用于電動汽車的技術，那我們的角色為什么要僅僅停留于芯片設計呢？將“系統(tǒng)級層面”擴展到電動汽車的整個電子系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡、車身的形狀和結構材料、電動汽車的車身輪廓、以及未來維護和升級的方便程度，這是非常合理且有意義的。
　　
　　在這個尺度上，或許我們接近了混沌理論——每個元素都相互作用，相互影響。例如，如果優(yōu)化了電子系統(tǒng)設計，改變了車身的形狀，電子設備是否需要以某種方式重新優(yōu)化？甚至電動汽車最終使用的環(huán)境條件也可能影響我們設計某些系統(tǒng)的方式。
　　
　　上述都只是猜測，但這確實是自然界的運作方式。如今的動物和植物已經(jīng)進化到在隔離和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)中——從細胞到行星——發(fā)揮最佳功能。以北極熊為例，數(shù)十萬年來，它擁有完美優(yōu)化的能量保存和熱調節(jié)系統(tǒng)，能夠在零下 50 華氏度的低溫，并且在沒有食物的情況下生存長達半年。然而今天，擁有完美優(yōu)化的北極熊數(shù)量在全球范圍內迅速減少。預計到 2050 年，它們的數(shù)量將減少 30%。殘酷的現(xiàn)實就是北極熊已經(jīng)不能適應它所居住環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)了。
　　
　　2
　　
　　不要揣測，讓仿真說話
　　
　　產(chǎn)品設計與自然演化不同，我們擁有更快的迭代和進化能力。但現(xiàn)實世界中的迭代設計是一項耗時耗力的工作，而且即便如此，你也永遠不知道自己是否真正實現(xiàn)了優(yōu)化。傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā) V-model 將實施放在了生命周期的中間，而當你開始推斷出如此巨大的規(guī)模和看似無限的需求與變量時，在物理世界中構建任何事物只會限制系統(tǒng)作為一個整體的優(yōu)化。
　　
　　解決方案是在設計的同時進行仿真。但即使是最簡單的設計，仿真任何如此復雜的事物仍然很難。在過去的幾年里，我們嘗試將人工智能（AI）應用于每個特定領域的設計工具，幫助客戶在加速設計、仿真和驗證極其復雜的系統(tǒng)方面取得了突破性的進展。
　　
　　對工程師來說，這改變了他們的生活。過去 30 年里，他們一直遵循著輸入、輸出、分析、調整參數(shù)的流程，不斷重復，直到幾周、幾個月、甚至可能幾年之后，才能達到一個類似優(yōu)化設計的效果。而在人工智能驅動的仿真中，這個迭代過程可以縮短到只需要幾天甚至幾個小時。
　　
　
　　
　　Cadence 已經(jīng)將其專業(yè)知識擴展到包括計算流體力學（CFD）在內的領域，用于表征物理產(chǎn)品內部和周圍液體、氣體的流動，以及分子仿真等領域。通過為完整系統(tǒng)開發(fā) AI，Cadence 正在嘗試打破常規(guī)，提供全面的系統(tǒng)優(yōu)化方法——一個超越芯片級的，同時考慮到產(chǎn)品設計和應用等所有方面的方法。
　　
　　借助 Cadence 所獨有的優(yōu)勢，我們正在開發(fā)一種真正集成的優(yōu)化方法，通過杰出的設計和極具競爭力的承諾，幫助客戶實現(xiàn)多個維度的同步優(yōu)化。這一前景無限的領域，值得您持續(xù)關注！
　　
　　關于 Cadence
　　
　　Cadence 是電子系統(tǒng)設計領域的關鍵領導者，擁有超過 30 年的計算軟件專業(yè)積累?；诠镜闹悄芟到y(tǒng)設計戰(zhàn)略，Cadence 致力于提供軟件、硬件和 IP 產(chǎn)品，助力電子設計概念成為現(xiàn)實。Cadence 的客戶遍布全球，皆為最具創(chuàng)新能力的企業(yè)，他們向超大規(guī)模計算、5G 通訊、汽車、移動設備、航空、消費電子、工業(yè)和醫(yī)療等最具活力的應用市場交付從芯片、電路板到完整系統(tǒng)的卓越電子產(chǎn)品。Cadence 已連續(xù)九年名列美國財富雜志評選的 100 家最適合工作的公司。如需了解更多信息，請訪問公司網(wǎng)站 www.cadence.com。
　　
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