AI 對集成電路產業(yè)的設計、制造都帶來了較大影響。

在科技日新月異的今天，人工智能（AI）技術的飛速發(fā)展正深刻改變著各行各業(yè)的面貌，其中，集成電路產業(yè)作為信息技術的核心領域，正迎來一場由 AI 驅動的深刻變革。

今日，在 2024 國際集成電路展覽會暨研討會（IIC Shanghai）上，東南大學集成電路學院教授、中國集成電路設計創(chuàng)新聯(lián)盟專家組組長時龍興教授提出了他對 AI 如何影響中國集成電路的幾點思考，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關注和熱烈討論。

時龍興教授指出，AI 對集成電路產生的最顯著影響在于：隨著 AI 大模型的發(fā)展，其對算力的需求呈現(xiàn)爆炸式增長。然而，當前集成電路器件微縮所帶來的能效提升正逐漸減緩，難以滿足日益增長的人工智能算力需求，這無疑給集成電路產業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

AI 對中國集成電路產業(yè)的影響

隨著人工智能的發(fā)展，人類正在進入 AI 時代，AI 做到了賦能千行百業(yè)。

當下，全球以 AI 為主打產品的公司正在得到快速發(fā)展。國際排名前十的 AI 芯片企業(yè)包括：英偉達、英特爾、恩智浦、IBM、AMD、谷歌、Arm、蘋果、高通、博通。國內排名前十的 AI 芯片企業(yè)包括寒武紀、云飛勵天、思必馳、百度、云知聲、比特大陸、紫光展銳、深鑒科技、地平線機器人、天數(shù)智芯。除此之外，一些傳統(tǒng)公司也在植入 AI 元素。

時龍興教授指出，隨著 AI 大模型的發(fā)展，其對算力的需求呈現(xiàn)爆炸式增長。然而，當前集成電路器件微縮所帶來的能效提升正逐漸減緩，難以滿足日益增長的人工智能算力需求。在這種情況下，除了通用的人工智能芯片，一些新型的計算架構被大家寄予希望。

模擬計算架構

模擬計算架構便是被看好的新型架構之一，現(xiàn)如今模擬計算架構是 ISSCC、IEDM 和 ISCA 等會議上的研究熱點，也是一些半導體大廠（臺積電、三星）的布局重點。

在現(xiàn)實應用中，基于先進工藝的傳統(tǒng)數(shù)字計算 AI 芯片能效瓶頸提升緩慢，模擬計算 AI 芯片雖不成熟，但已經(jīng)展示了其巨大能效潛力。

以下是模擬計算 AI 芯片仍在面臨的一些問題：

第一點，模擬計算難以滿足多樣化的網(wǎng)絡需求。因為 AI 芯片的網(wǎng)絡設計理念是復雜化的，而模擬計算的規(guī)則化理念比較強，這樣一來就導致多樣化的網(wǎng)絡需求難以被滿足。

第二點，單一范式的模擬計算難以同時兼顧精度、能量效率和面積效益。

第三點，模數(shù)轉換等外圍電路能耗是模擬計算的新瓶頸。

時龍興教授表示，他們團隊的模擬計算研究已開展多年，研究內容主要包括算法架構的融合、陣列電路、外圍電路和演示系統(tǒng)等。

存算一體

第二個被看好的新型架構便是存算一體。眾所周知，存算一體架構可以大幅降低存儲墻和功耗墻的限制，存內計算架構能夠以高計算能效、傳輸能效工作，尤其適用于高算力需求的任務執(zhí)行。

在存內計算當中，有很多的技術路線，時龍興教授重點比較了非易失性存算芯片和 SRAM 存算芯片。相比于非易失性器件，基于 SRAM 的存內計算具有工藝適配性強、可配置性強、可靠性高等特點，是更合適大算力的實現(xiàn)方案。

時龍興教授團隊的存內計算研究內容主要包括 CIM 宏單元、AI 加速器、編譯器設計和 SOC 芯片。

此外，AI 對集成電路產業(yè)的制造也帶來了較大的影響。比如虛擬制造可大幅降低集成電路研發(fā)對設計流片測試的依賴度，使得時間縮短和成本下降。最后AI 對 EDA 工具的發(fā)展也帶來了深遠影響。時龍興教授表示下一代 EDA 需要智能化、敏捷化，AI-EDA 或許會成為卡脖子攻關破局關鍵。

除了以上內容外，時龍興教授還帶大家回顧了中國集成電路產業(yè)的幾點主要特征。

集成電路的產業(yè)特征

集成電路的產業(yè)特征主要包含以下幾點：

第一點，集成電路的發(fā)展是一步創(chuàng)業(yè)史。集成電路的產業(yè)特征呈現(xiàn)了分久必合合久必分的特點，自從 1957 年的羅伯特·諾伊斯、戈登·摩爾等「八大金剛」創(chuàng)辦仙童半導體開始，集成電路產業(yè)就掀起了一場裂變風潮，如今中國的芯片設計企業(yè)有三千多家，未來的一段時間必然會有一個并購整合的過程，從而有更多的龍頭企業(yè)誕生。

第二點，集成電路產業(yè)以產品為中心。眾所周知，產業(yè)的協(xié)同是為了把產品做出來，如果把集成電路比喻為一顆果樹，這棵樹的根就是當下重要的半導體設備、材料、EDA 等工具，樹干就是集成電路制造，最后的果子就是最后的集成電路產品。對于一顆果樹來說，只有根深了才能葉茂，但是中國集成電路產業(yè)的根基還不算穩(wěn)固，同樣葉茂也能反哺根深，產品和市場也能促進集成電路產業(yè)的根基更加穩(wěn)固。

第三點，集成電路產業(yè)以系統(tǒng)應用為牽引。時龍興教授表示，從原來的手機到現(xiàn)如今各種 AI 設備的應用牽引著集成電路產業(yè)向前進步，這本質也是一個生態(tài)的問題。

第四點，集成電路的發(fā)展本質是經(jīng)濟學問題。根據(jù)摩爾定律，每 18 個月晶體管特征尺寸縮小一半，性能提升一倍。功耗降低的同時，集成電路的制造成本也在降低。此外，集成電路產業(yè)本身也是一個資金密集、投資驅動的產業(yè)。

第五點，集成電路產業(yè)鏈的全球化分工。美國在集成電路支撐和集成電路制造產業(yè)的多個細分領域占據(jù)顯著優(yōu)勢，尤其在 EDA/IP、邏輯芯片設計、制造設備等領域占比均達到 40% 以上。從全球其他國家和地區(qū)來看，日本在集成電路材料方面具有優(yōu)勢，而中國臺灣和中國大陸在晶圓制造和封裝測試方面占據(jù)領先地位。全球集成電路產業(yè)鏈形成深度分工協(xié)作格局，相關國家和地區(qū)的集成電路企業(yè)專業(yè)化程度高，在集成電路產品設計和制造等環(huán)節(jié)形成優(yōu)勢互補關系。

集成電路的技術特征

時龍興教授還對集成電路產業(yè)的技術特征做了概括。

第一點，集成電路發(fā)展史就是一部創(chuàng)新史。從 1947 年世界上第一個晶體管誕生，到 1958 年世界上第一塊鍺集成電路誕生再到后來摩爾定律的提出、動態(tài)隨機存取存儲器的發(fā)明、EDA 工具的出現(xiàn)等等?？梢钥吹剑麄€集成電路的發(fā)展史就是一個創(chuàng)新史。

第二點，技術創(chuàng)新趨勢：高集成、高能效、敏捷化。隨著算力需求的多樣化，對能效的需求度越來越高，高能效是集成電路設計的永恒追求。敏捷化也是集成電路技術創(chuàng)新中的一個重要趨勢，「EDA+設計方法學」正成為后摩爾時代實現(xiàn)設計敏捷化的重要手段。

第三點，算力是剛需。時龍興教授表示，當前要解決的首要問題便是算力的問題。集成電路產品應用的發(fā)展離不開算力的支撐，而算力的提升又需要依賴器件、材料、架構的創(chuàng)新。

最后，時龍興教授提出，集成電路產業(yè)還有一個很明顯的特征——以人為本。集成電路是一個交叉的學科，與十多個一級學科都有相互聯(lián)系，因此該產業(yè)對人才的需求量極大。集成電路產業(yè)需要的不僅是實踐型人才，還需要更多的復合型和創(chuàng)新型人才。