新思科技：新摩尔定律（SysMoore）仍能支撑性能指数型增长

自从戈登·摩尔于1965年提出摩尔定律以来，主流芯片集成度(性能)与成本变化曲线基本遵循了摩尔定律的指引，即每两年集成度提高一倍，同样集成度产品价格下降一半。

传统上，主要依靠晶圆制造工艺升级换代以缩小晶体管尺寸就能指数型提高集成度、提升芯片性能、降低芯片的功耗与成本。历经数十年发展，晶体管工艺尺寸已接近10埃米级，超大芯片单颗也可集成超百亿个晶体管。在片上系统(SoC)开发理念主导下，开发人员将电子产品电路板上的功能不断集成到芯片内部，芯片越来越复杂，带来的好处是终端产品功能更丰富，同时板级系统构成更简单。简而言之，过去几十年中，在摩尔定律指引下，电子信息产业发展的主线就是提升芯片集成度和系统规模，让人们用同样的价格(甚至更低的价格)享用更多的功能，这就是摩尔定律的经济与社会效益。

但随着晶圆制造工艺接近物理极限，单靠微缩晶体管工艺尺寸，已经难以满足芯片集成度和系统规模两年翻一倍的目标，而由于先进工艺芯片产线投资及开发成本上升剧烈，晶体管工艺尺寸微缩带来的电子产品成本下降的红利也开始削弱。数十年来，电子信息产业发展预测的基础就是摩尔定律，摩尔定律放缓无疑将影响到电子信息产业发展速度，甚至会整体改变电子信息产业发展模式，为了延续摩尔定律，产业界前赴后继，想了很多方法，提出了诸如超越摩尔定律(More than Moore)或芯粒(Chiplet)等概念和方法，这些方法和概念，在一定程度上延续着摩尔定律的生命。当然，只有More than Moore和Chiplet还不够。

在2021新思科技全球用户大会(SNUG World 2021)上，新思科技联席CEO、创始人Aart de Geus提出“系统摩尔定律(SysMoore)”概念。系统摩尔定律将提升集成度和复杂度的理念拓展到电子系统的每个环节，从硅晶圆、晶体管、芯片、系统硬件到软件和服务，每一个环节都可以为构建更复杂、性能更高、能耗更低而成本更优的产品做出贡献，开发者不再只依赖工艺和架构等少数几个维度去实现性能和复杂度的指数型提升，将指标分散到不同环节去承担之后，电子系统性能和功能复杂度增长曲线重回指数型增长轨迹，新思科技为业界带来千倍开发效率和性能提升的承诺。

近日，在新思科技上海新办公楼启用仪式上，新思科技首席运营官Sassine Ghazi和全球资深副总裁兼中国董事长葛群向中国媒体就SysMoore做出专业解读。

半导体行业发展新趋势

Sassine Ghazi表示，与2005年前后相比，现在半导体生态发生了很大变化。

一方面，由于最先进工艺晶圆制造生产线的建设成本不断抬升——一条最先进逻辑工艺生产线，投入资金从几亿美元上升到如今超百亿美元——使得众多厂商退出了先进工艺制造竞赛，在2005年时，拥有先进工艺(130至90纳米)晶圆制造产线的厂商有十多家，到2021年，还能持续进行先进工艺产线投入的厂商只剩下台积电、三星和英特尔三家。

另一方面，先进工艺制造成本上升推动了无晶圆模式(即晶圆制造代工与芯片设计分开)持续繁荣，而芯片设计参与者主体也从芯片设计公司，延伸到了互联网巨头。近年来，国内的百度、阿里和腾讯，国外的微软、谷歌和亚马逊等都纷纷宣布自研芯片。

虽然成本越来越高，但最先进工艺并不缺用户。Sassine Ghazi指出，在汽车(自动驾驶)、人工智能和超大数据中心等领域，技术人员对先进工艺的追求不遗余力。这三个方向技术复杂度高、处理数据量大，而且市场空间广阔，因此参与者众。厂商若想在激烈的市场竞争中脱颖而出，就离不开产品差异化，而芯片的功能与性能差异是产品差异化的基础，如Sassine Ghazi所说：“要想取得竞争优势，厂商需要从芯片级构建专有应用架构(Domain Specific Architecture)，这就是越来越多人开始向硅产业(半导体)进行投资的原因。”

就这样，定制化芯片(特别是系统级芯片SoC)决定了电子系统差异化程度，做产品的系统公司如果想在竞争中脱颖而出，就很有必要修炼起芯片设计技能。于是，系统公司在半导体技术上的投入越来越大，大型系统公司在芯片技术上的积累越来越雄厚，成为半导体产业发展的一个显著趋势。

芯片摩尔定律放缓，系统摩尔定律正当时

Sassine Ghazi解释，传统摩尔定律就是不断增加单芯片集成晶体管的数量，但集成度越高，芯片规模越大，需要考虑的参数越多，开发成本就越高，最终导致摩尔定律接近失效。摩尔定律的放缓主要体现在三个方面遇到瓶颈，一个是芯片的设计收敛与性能指标越来越难预测评估(Predictability)，一个是成本高昂难以承受(Affordability)，还有一个是开发难度大幅增加(Ease of design)。

但换个角度看，芯片向工艺制程要的红利可以分解为三个：降低功耗、增强性能和降低成本，即业内术语PPA(Power、Performance、Area)。当提升单芯片晶体管数量难以满足电子产品升级换代对PPA的要求时，新摩尔定律(SysMoore，试译为“系统摩尔定律”)从系统层面找出路，虽然硅晶圆、晶体管、芯片、系统硬件和软件每一个环节本身在限定开发时间内的PPA提升幅度有限，但不同环节衔接处的PPA提升空间巨大，将不同环节的技术红利与环节衔接处的技术红利组合起来，可以打破当前摩尔定律遇到的瓶颈。“从单纯提升晶体管数量的层面延伸开，站在系统的高度去优化，我们就能走出泥潭。”Sassine Ghazi说，SysMoore能让电子产业重回指数型发展道路

打开千倍技术红利空间

新摩尔定律SysMoore并不是要推翻传统摩尔定律，而是引入更多方法为摩尔定律续命。Sassine Ghazi表示，基于集成度去考核晶体管规模体量的摩尔定律是SysMoore的基础，也是电子企业赚取利润的前提，仍是电子系统开发工作的重点和起点。但在SysMoore时代，系统能耗指标变得更重要，开发者要在提高能效比上做更多工作。

立体封装、异质集成的2.5/3D多裸片(Die)设计是当前成熟的超越摩尔定律(More than Moore)实现方法，也是SysMoore的重要支撑，实现2.5/3D多裸片设计的关键是IP化开发，新思科技的IP为2.5/3D多裸片设计和Chiplet等新型封装技术普及打通了道路。

随着电子系统复杂度的提升，芯片的运行状况和可靠性对系统运营成本影响巨大，在超大规模数据中心和汽车行业尤其明显，这些行业一旦出现故障往往会造成极大的损失。因此，对芯片全生命周期进行状态管理和监控成为关键行业应用的一个趋势，在SysMoore时代，这一点也将被加强。

Sassine Ghazi强调，在SysMoore时代，要提高硬实力，更要重视软实力。一方面，开发工作中软件占比越来越高，必须重视云技术的杠杆作用，而人工智能将在软硬件开发的各个环节都发挥重要作用。此外，随着软件占比增加，开发者必须重视软件质量，软件的可信度与安全性都将是成熟产品的重要考核指标。

打个比方，SysMoore类似现代物流业，通过互联网技术组合高铁、公路、空运、海运以及最后三公里快递员的电动货运小车等运输手段，充分利用不同运输方法的优势，缩小上下游衔接的冗余时间，极大程度上解放了运输潜能，和SysMoore一样，高效物流具备杠杆作用，其对社会的贡献并非局限于物流业本身，而是影响到社会经济的方方面面。

Sassine Ghazi说：“新思科技对行业承诺，我们有志于用SysMoore完整解决方案帮助客户把生产率提高一千倍。”

新思科技的SysMoore

系统摩尔定律SysMoore并不是新思专属，但首倡SysMoore的新思科技已经为行业接受SysMoore开发理念做好了准备。作为电子系统开发工具链产品最丰富的公司，新思科技的解决方案贯穿从硅晶圆到软件的全流程，除了前述传统工具、3D IC和硅生命周期管理(SLM)等，Sassine Ghazi还重点介绍了融合设计平台(Fusion EDA)、设计与空间优化AI工具DSO和软硬件原型验证等开发工具和技术理念。

新思科技全球资深副总裁兼中国董事长葛群则指出，SysMoore时代，新思科技瞄准两个发展方向，一个是解决半导体工艺建模和抽象难题，能够让从业者更好地控制、使用不同的半导体工艺;另一个是降低开发门槛，让更多人参与到半导体产业当中来，满足信息技术规模不断扩大的需求。

Sassine Ghazi表示，针对当前行业痛点，新思科技能提供全方位一体化的解决方案，以帮助客户破解系统复杂性指数型上升的难题。而在当前社会数字化转型过程中，提出SysMoore更有特殊意义。

葛群表示，中国具备全球最齐全的工业门类，通过数字化改造提高生产力和生产效率的需求很迫切，但将传统产业进行数字化改造所面临的挑战，比数字化技术本身面临的挑战要大很多。葛群说：“依靠SysMoore理念，把芯片技术和电子技术在具体行业中落地，帮助中国进行数字化转型，就是新思接下来最主要做的工作。”