一个时代有一个时代的架构。

　　PC 时代以 CPU 为王，智能手机时代，多媒体与图形渲染需求增加，CPU 和 GPU 的重要性逐渐平衡。而到了如今的智能汽车和云计算时代，AI 计算需求大增，通用处理器演进遇到了瓶颈，芯片功耗和成本急剧上升，同时单核性能极限，多核架构性能提升也变得越来越慢。

　　因此，面向 AI 时代的计算架构呼之欲出。

　　2017 年，图灵奖获得者 John Hennessy 与 David Patterson 在其“计算机体系架构的黄金年代”主题演讲中指出，由于目前通用计算的性能瓶颈，需要面向不同应用场景开发针对性优化的架构，他们给出的解决方案是 DSA。

　　所谓 DSA（domain specific architecture，特定领域架构），是一种针对特定领域定制的可编程处理器，能够用于加速某些应用程序，实现更好的性能和性价比。

　　尤其是在当前摩尔定律放缓的趋势下，DSA 更是成为一种持续提升处理器性能的重要技术理念，即采用可编程的专用集成电路去加速特定的高强度的处理器负载，比如加速图形渲染、加速 AI 神经网络的前向推理计算、提高巨量网络数据的吞吐等。

　　可以简单理解为，以 CPU 为代表的通用计算芯片架构，已经无法很好地匹配和满足当前的市场需求，所以在 AI、云计算、自动驾驶等各类新技术和应用层出不穷的同时，“通不如精”成为处理器架构的演进趋势，智能计算需求激增的背后，是从传统的通用芯片向专用领域处理器芯片的转变。

　　基于这个趋势，很多公司开启了 DSA 的实践，推出了针对特定领域应用的 DSA 处理器，于是包括 NPU、TPU、DPU、DSP 等在内的各种“XPU”应运而生，尽管这些芯片类别不同，适用领域有所差异，但其作为专门为 AI 任务和特定领域需求而生的新芯片，它们都有着比通用计算功耗低、计算性能高、成本更低等优势。

　　不难判断，定制化和异构化 DSA 作为整个系统的算力中坚，将成为未来处理器架构的趋势，有望在下一代计算平台中发挥更大的价值。

　　DSA 大行其道，EDA 亟待革新

　　不难理解，DSA 的目标就是提升计算的能效比，更好地满足特定领域 SoC 设计的差异化、能效比以及推向市场的时效性。

　　然而，AI 时代在为 DSA 处理器应用场景提供了更多可能性的同时，也对芯片研发的效率提出了更高的挑战。

　　在 DSA 芯片公司实际的开发过程中，传统的 EDA 工具存在费人、费时、费钱且风险大等问题。尤其在芯片行业如此“卷”的后摩尔时代，在专用处理器规模指数式上升和面市时间快速缩短的双重压力下，如何快速生成专用处理器，成倍提升处理器设计效率，加速产品迭代已然成为市场制胜的关键。

　　这也对 EDA 工具提出了新的要求。对此，芯易荟通过对行业需求的深刻理解以及专业知识和经验的长期累计，推出了一款赋能专用计算、具有颠覆性创新的 EDA 软件工具——FARMStudio。

　　据芯易荟联合创始人徐勇介绍，FARMStudio 是一款以 C 语言描述，基于 RISC-V 基础指令集的专用处理器生成工具，针对密集计算和复杂数据处理的应用场景，赋能工程师自由探索计算架构，优化 PPA，快速收敛至最佳设计。

　　该工具基于 FARM 设计方法学，参考 DSA 设计范式，可方便的针对不同应用，进行不同架构下处理器的性能探索，用户仅需在软件中输入基础核、超级指令、预置模板三项数据，便可分钟级自动生成符合使用者功能、性能描述的处理器硬件及软件工具链，并提供相关 FPGA 开发验证平台。RTOS、相关数学库及应用层软件包也可一并交付，可最大程度缩短产品上市时间，提高竞争力。

　　作为自动生成专用处理器的 EDA 平台，FARMStudio 拥有诸多优势：

　　加速进程：分钟级自动生成 DSA 处理器和配套工具链，可最大程度缩短产品上市时间，提高竞争力；

　　FARM 多层级验证：用 C 语言实现快速芯片设计，并全方位保障 C to RTL 的正确性和一致性；

　　灵活高效：探索“左移”、决策“右移”，让架构探索和硬件设计更灵活，获取最符合特定需求的 DSA 处理器；

　　自主可控：FARMStudio 拥有完整的技术储备和开放的生态圈，实现国产化、自主可控。

　　资源复用：自定义指令和预制指令资源复用

　　如徐勇所言，随着芯片规模和芯片制造成本的指数级上升，芯片项目的决策不能等到芯片开发生产完成后再去做，而是需要在预研阶段就能根据应用需求做好软硬件划分和验证，去实际评估最终能否达到性能需求。

　　相较于传统设计流程中的决策往往伴随着较大的不确定性，芯易荟升级设计流程，基于 FARMStudio 的设计并行化，通过将“软硬协同、设计优化、验证”等流程左移，以及该工具分钟级的快速响应，以此来帮助客户降低决策风险，加快客户研发速度。

　　而之所以能够取得上述颠覆性优势的原因，徐勇在接受半导体行业观察采访时表示，首先我们是以创新为出发点，迫切的想要进行创新；此外，公司研发团队实力强，由 40 多年行业经验的科学家领头，团队硕士及以上学历人才占比达 80%，且非常了解行业痛点和发展趋势。

　　在此基础上，芯易荟通过思维方法的整合，进行深度技术创新融合，实现了一系列技术的突破：

　　基于 RISC-V 基础指令，无需微架构知识，自主可控

　　基于 C 语言，软硬件设计语言统一，全球首创

　　分钟级自动生成 DSA 处理器和配套工具链

　　高性能编译器，支持自动 VLIW，自动流水线排布

　　多层次验证环境，指令级别验证在 X86 平台实现，世界唯一

　　周期精确仿真器，仿真速度达到 MHz 级别，业界最快

　　FPGA 云开发测试环境，即插即用

　　嵌入式 OS，自动配置

　　在诸多突破性技术和优势的加持下，FARMStudio 工具内嵌面向丰富应用场景的 DSA 设计范式，便于客户快速集成、优化和验证 DSA 处理器，可广泛应用于定制针对视觉、AI、通信、音频、DPU、工业控制等领域的处理器解决方案，助力芯片设计公司突破传统IP能效上限，并以更低的成本适应算法与产品的持续迭代。

　　对此，芯易荟市场总监徐明以 DSP 和 NPU两个典型应用方向为例，展现了使用 FARM 方法学研发 DSA 处理器的优势和灵活性。

　　其中，DSP 作为目前芯片市场比较典型的处理器，特别适合快速地实现各种数字信号的处理和运算，己成为 AI、计算机视觉、音频等领域的关键核心。在研发 DSP 方面，FARM 方法学具有较大优势，使用 FARMStudio 工具，通过非标数据类型、个性化小数标定以及提炼典型应用场景的算法需求，聚焦不同应用方向提供灵活的可选组件来加速 DSP 的设计、开发及验证流程。这其中也包括专用的加速指令，依托于强大的编译器可以显著提升性能和资源利用率。

　　徐明表示，相较于传统的 DSP IP，使用 FARMStudio 平台能以更少的面积和功耗，更小的 code size，获得更极致的性能，以满足数字化时代处理密集型应用的数据计算需求。

　　此外，通过 FARM 方法学研发 NPU 同样存在诸多优势，包括应用需求驱动 NPU 设计、不同架构范式适配复杂应用需求、支持非标数据类型、支持内存架构定制等，进而可以在帮助 NPU 芯片追求极致性能的同时，大幅缩减人力和时间成本。

　　“综合来看，FARM 方法学灵活高效，降低数量级级别处理器开发成本；颠覆功能，突破传统处理器 IP 能力边界；自主可控，多种合作方式解决客户处理器需求。”徐明总结道。

　　伴随技术创新而来的，还有芯易荟对其商业模式的思考和重新定义。

　　据介绍，FARMStudio 工具分为企业版和个人版两种类型，企业版支持软件工具链、仿真器、SDK/OS、RTL下载、专家技术支持等功能；个人版则在企业版基础上减少了 RTL 下载功能，专家技术支持调整为在线技术支持。

　　“相较于其他 EDA/IP 厂商动辄几百上千万的授权费用以及 1%-2% 甚至更高比例的版税，FARMStudio 企业版采用 1+1 的定价模式，即 EDA 授权费 100 万人民币每年+1% 的 ASP 版税；更是发布个人版，仅需每年 299 人民币，但不可用于商业用途。”徐勇补充道。

　　对于推出个人版的原因，徐勇强调，EDA 核心是用户使用量，个人版一方面可以提高用户使用量，解锁个人对行业的了解，为生态培养贡献力量；另一方面，可以借此来加速收集用户反馈，为自身软件的后续更新迭代做基础。

　　综合来看，作为一款以 C 语言描述，基于 RISC-V 基础指令集的专用处理器生成工具，FARMStudio 知识产权自主，助力客户高效积累自研 IP 是其核心竞争力所在。借此优势，FARMStudio 得以降低工程师使用门槛，提升工程师技能树能级，自由探索架构，分钟级优化硬件，进而成倍提高芯片设计效率，为中国半导体事业添砖加瓦。

　　计算架构黄金年代，国产 EDA 迎来拐点

　　众所周知，随着芯片设计的复杂程度不断提升，EDA 已经渗透到芯片设计生产的各个环节，EDA 与产业链结合愈加紧密，已经成为提高设计效率、加速技术进步的关键推手。

　　同时 EDA 杠杆效应显著，根据 SEMI 数据，2021 年全球 EDA 市场规模仅为 132 亿美元，却撬动着数千亿美元的集成电路产业，以及背后数十万亿规模的数字经济，其属性和重要性可见一斑。

　　近年来，受地缘政治关系的影响，我国在包括 EDA 在内的多个半导体领域面临关键核心技术卡脖子的危机。因此，如何尽快打破垄断，实现相关领域的“自主可控”成为全社会的广泛共识。

　　2021 年，工信部出台的《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》中提出要重点突破工业软件，EDA 作为工业软件的皇冠明珠，是短板所在，也是未来重点发力方向。

　　在此背景下，国产 EDA 厂商正卯足力气、加紧追赶，芯易荟也是在这个过程中成立并逐步壮大，在专用计算领域实现技术突破，解决了行业客户在芯片实际开发过程中的一系列复杂挑战和难题，颠覆了国外巨头对 EDA 领域的长期垄断。

　　FARMStudio 工具目前已由国内外多家 IC 厂商进行实践测试及使用，应用市场涵盖手机、安防、汽车、通信、消费电子、工业控制等诸多领域，正在发展成为我国自主研发集成电路产业生态的重要部分。

　　徐勇表示，近年来，随着更多政策加码，相关技术正日益成熟，国产 EDA 企业正迎来发展的黄金期。我们也十分期待看到 EDA 产业日益加剧的市场竞争中，催生更多、更先进的国产 EDA 工具，共同助推中国集成电路产业的进一步发展。

　　作为芯片设计行业的赋能者，芯易荟自主研发专用处理器设计与验证自动化的前瞻性技术，提供处理器开发的一站式平台，针对丰富的应用场景，自动产生最佳匹配的软硬件协同方案，为中国乃至全球范围日益增长的芯片设计需求提供新型设计方法学、工具软件和最佳实践。

　　正如在文章开头 John Hennessy 和 David Patterson 提到的，计算机架构正在迎来一个新的黄金时代。

　　对于芯易荟来说，这也是他们的一个机会。