一個時代有一個時代的架構。

PC時代以CPU爲王，智能手機時代，多媒體與圖形渲染需求增加，CPU和GPU的重要性逐漸平衡。而到了如今的智能汽車和雲計算時代，AI計算需求大增，通用處理器演進遇到了瓶頸，芯片功耗和成本急劇上升，同時單核性能極限，多核架構性能提升也變得越來越慢。

因此，面向AI時代的計算架構呼之欲出。

2017年，圖靈獎獲得者John Hennessy與David Patterson在其“計算機體系架構的黃金年代”主題演講中指出，由於目前通用計算的性能瓶頸，需要面向不同應用場景开發針對性優化的架構，他們給出的解決方案是DSA。

所謂DSA（domain specific architecture，特定領域架構），是一種針對特定領域定制的可編程處理器，能夠用於加速某些應用程序，實現更好的性能和性價比。

尤其是在當前摩爾定律放緩的趨勢下，DSA更是成爲一種持續提升處理器性能的重要技術理念，即採用可編程的專用集成電路去加速特定的高強度的處理器負載，比如加速圖形渲染、加速AI神經網絡的前向推理計算、提高巨量網絡數據的等。

可以簡單理解爲，以CPU爲代表的通用計算芯片架構，已經無法很好地匹配和滿足當前的市場需求，所以在AI、雲計算、自動駕駛等各類新技術和應用層出不窮的同時，“通不如精”成爲處理器架構的演進趨勢，智能計算需求激增的背後，是從傳統的通用芯片向專用領域處理器芯片的轉變。

基於這個趨勢，很多公司开啓了DSA的實踐，推出了針對特定領域應用的DSA處理器，於是包括NPU、TPU、DPU、DSP等在內的各種“XPU”應運而生，盡管這些芯片類別不同，適用領域有所差異，但其作爲專門爲AI任務和特定領域需求而生的新芯片，它們都有着比通用計算功耗低、計算性能高、成本更低等優勢。

不難判斷，定制化和異構化DSA作爲整個系統的算力中堅，將成爲未來處理器架構的趨勢，有望在下一代計算平台中發揮更大的價值。

DSA大行其道，EDA亟待革新

不難理解，DSA的目標就是提升計算的能效比，更好地滿足特定領域SoC設計的差異化、能效比以及推向市場的時效性。

然而，AI時代在爲DSA處理器應用場景提供了更多可能性的同時，也對芯片研發的效率提出了更高的挑战。

在DSA芯片公司實際的开發過程中，傳統的EDA工具存在費人、費時、費錢且風險大等問題。尤其在芯片行業如此“卷”的後摩爾時代，在專用處理器規模指數式上升和面市時間快速縮短的雙重壓力下，如何快速生成專用處理器，成倍提升處理器設計效率，加速產品迭代已然成爲市場制勝的關鍵。

這也對EDA工具提出了新的要求。對此，芯易薈通過對行業需求的深刻理解以及專業知識和經驗的長期累計，推出了一款賦能專用計算、具有顛覆性創新的EDA軟件工具——FARMStudio。

據芯易薈聯合創始人徐勇介紹，FARMStudio是一款以C語言描述，基於RISC-V基礎指令集的專用處理器生成工具，針對密集計算和復雜數據處理的應用場景，賦能工程師自由探索計算架構，優化PPA，快速收斂至最佳設計。

該工具基於FARM設計方法學，參考DSA設計範式，可方便的針對不同應用，進行不同架構下處理器的性能探索，用戶僅需在軟件中輸入基礎核、超級指令、預置模板三項數據，便可分鐘級自動生成符合使用者功能、性能描述的處理器硬件及軟件工具鏈，並提供相關FPGA开發驗證平台。RTOS、相關數學庫及應用層軟件包也可一並交付，可最大程度縮短產品上市時間，提高競爭力。

作爲自動生成專用處理器的EDA平台，FARMStudio擁有諸多優勢：

加速進程：分鐘級自動生成DSA處理器和配套工具鏈，可最大程度縮短產品上市時間，提高競爭力；

FARM多層級驗證：用C語言實現快速芯片設計，並全方位保障C to RTL的正確性和一致性；

靈活高效：探索“左移”、決策“右移”，讓架構探索和硬件設計更靈活，獲取最符合特定需求的DSA處理器；

自主可控：FARMStudio擁有完整的技術儲備和开放的生態圈，實現國產化、自主可控。

資源復用：自定義指令和預制指令資源復用

如徐勇所言，隨着芯片規模和芯片制造成本的指數級上升，芯片項目的決策不能等到芯片开發生產完成後再去做，而是需要在預研階段就能根據應用需求做好軟硬件劃分和驗證，去實際評估最終能否達到性能需求。

相較於傳統設計流程中的決策往往伴隨着較大的不確定性，芯易薈升級設計流程，基於FARMStudio的設計並行化，通過將“軟硬協同、設計優化、驗證”等流程左移，以及該工具分鐘級的快速響應，以此來幫助客戶降低決策風險，加快客戶研發速度。

而之所以能夠取得上述顛覆性優勢的原因，徐勇在接受半導體行業觀察採訪時表示，首先我們是以創新爲出發點，迫切的想要進行創新；此外，公司研發團隊實力強，由40多年行業經驗的科學家領頭，團隊碩士及以上學歷人才佔比達80%，且非常了解行業痛點和發展趨勢。

在此基礎上，芯易薈通過思維方法的整合，進行深度技術創新融合，實現了一系列技術的突破：

基於RISC-V基礎指令，無需微架構知識，自主可控

基於C語言，軟硬件設計語言統一，全球首創

分鐘級自動生成DSA處理器和配套工具鏈

高性能編譯器，支持自動VLIW，自動流水线排布

多層次驗證環境，指令級別驗證在X86平台實現，世界唯一

周期精確仿真器，仿真速度達到MHz級別，業界最快

FPGA雲开發測試環境，即插即用

嵌入式OS，自動配置

在諸多突破性技術和優勢的加持下，FARMStudio工具內嵌面向豐富應用場景的DSA設計範式，便於客戶快速集成、優化和驗證DSA處理器，可廣泛應用於定制針對視覺、AI、通信、音頻、DPU、工業控制等領域的處理器解決方案，助力芯片設計公司突破傳統IP能效上限，並以更低的成本適應算法與產品的持續迭代。

對此，芯易薈市場總監徐明以DSP和NPU兩個典型應用方向爲例，展現了使用FARM方法學研發DSA處理器的優勢和靈活性。

其中，DSP作爲目前芯片市場比較典型的處理器，特別適合快速地實現各種數字信號的處理和運算，己成爲AI、計算機視覺、音頻等領域的關鍵核心。在研發DSP方面，FARM方法學具有較大優勢，使用FARMStudio工具，通過非標數據類型、個性化小數標定以及提煉典型應用場景的算法需求，聚焦不同應用方向提供靈活的可選組件來加速DSP的設計、开發及驗證流程。這其中也包括專用的加速指令，依托於強大的編譯器可以顯著提升性能和資源利用率。

徐明表示，相較於傳統的DSP IP，使用FARMStudio平台能以更少的面積和功耗，更小的code size，獲得更極致的性能，以滿足數字化時代處理密集型應用的數據計算需求。

此外，通過FARM方法學研發NPU同樣存在諸多優勢，包括應用需求驅動NPU設計、不同架構範式適配復雜應用需求、支持非標數據類型、支持內存架構定制等，進而可以在幫助NPU芯片追求極致性能的同時，大幅縮減人力和時間成本。

“綜合來看，FARM方法學靈活高效，降低數量級級別處理器开發成本；顛覆功能，突破傳統處理器IP能力邊界；自主可控，多種合作方式解決客戶處理器需求。”徐明總結道。

伴隨技術創新而來的，還有芯易薈對其商業模式的思考和重新定義。

據介紹，FARMStudio工具分爲企業版和個人版兩種類型，企業版支持軟件工具鏈、仿真器、SDK/OS、RTL下載、專家技術支持等功能；個人版則在企業版基礎上減少了RTL下載功能，專家技術支持調整爲在线技術支持。

“相較於其他EDA/IP廠商動輒幾百上千萬的授權費用以及1%-2%甚至更高比例的版稅，FARMStudio企業版採用1+1的定價模式，即EDA授權費100萬人民幣每年+1%的ASP版稅；更是發布個人版，僅需每年299人民幣，但不可用於商業用途。”徐勇補充道。

對於推出個人版的原因，徐勇強調，EDA核心是用戶使用量，個人版一方面可以提高用戶使用量，解鎖個人對行業的了解，爲生態培養貢獻力量；另一方面，可以借此來加速收集用戶反饋，爲自身軟件的後續更新迭代做基礎。

綜合來看，作爲一款以C語言描述，基於RISC-V基礎指令集的專用處理器生成工具，FARMStudio知識產權自主，助力客戶高效積累自研IP是其核心競爭力所在。借此優勢，FARMStudio得以降低工程師使用門檻，提升工程師技能樹能級，自由探索架構，分鐘級優化硬件，進而成倍提高芯片設計效率，爲中國半導體事業添磚加瓦。

計算架構黃金年代，國產EDA迎來拐點

衆所周知，隨着芯片設計的復雜程度不斷提升，EDA已經滲透到芯片設計生產的各個環節，EDA與產業鏈結合愈加緊密，已經成爲提高設計效率、加速技術進步的關鍵推手。

同時EDA槓杆效應顯著，根據SEMI數據，2021年全球EDA市場規模僅爲132億美元，卻撬動着數千億美元的集成電路產業，以及背後數十萬億規模的數字經濟，其屬性和重要性可見一斑。

近年來，受地緣政治關系的影響，我國在包括EDA在內的多個半導體領域面臨關鍵核心技術卡脖子的危機。因此，如何盡快打破壟斷，實現相關領域的“自主可控”成爲全社會的廣泛共識。

2021年，工信部出台的《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》中提出要重點突破工業軟件，EDA作爲工業軟件的皇冠明珠，是短板所在，也是未來重點發力方向。

在此背景下，國產EDA廠商正卯足力氣、加緊追趕，芯易薈也是在這個過程中成立並逐步壯大，在專用計算領域實現技術突破，解決了行業客戶在芯片實際开發過程中的一系列復雜挑战和難題，顛覆了國外巨頭對EDA領域的長期壟斷。

FARMStudio工具目前已由國內外多家IC廠商進行實踐測試及使用，應用市場涵蓋手機、安防、汽車、通信、消費電子、工業控制等諸多領域，正在發展成爲我國自主研發集成電路產業生態的重要部分。

徐勇表示，近年來，隨着更多政策加碼，相關技術正日益成熟，國產EDA企業正迎來發展的黃金期。我們也十分期待看到EDA產業日益加劇的市場競爭中，催生更多、更先進的國產EDA工具，共同助推中國集成電路產業的進一步發展。

作爲芯片設計行業的賦能者，芯易薈自主研發專用處理器設計與驗證自動化的前瞻性技術，提供處理器开發的一站式平台，針對豐富的應用場景，自動產生最佳匹配的軟硬件協同方案，爲中國乃至全球範圍日益增長的芯片設計需求提供新型設計方法學、工具軟件和最佳實踐。

正如在文章开頭John Hennessy和David Patterson提到的，計算機架構正在迎來一個新的黃金時代。

對於芯易薈來說，這也是他們的一個機會。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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