在過去的十年裏，這十年幾乎等同於(yu) 智能手機發展的十年，值得注意的一個(ge) 發展趨勢是，很多的硬件功能都可以通過軟件的迭代加以實現，原本繁雜的硬件性能被更容易更新和修複的軟件所替代，而更加先進的功能則被添加進去。這種近乎“長江後浪推前浪”般的替代趨勢，在如今硬件的發展中也是顯而易見的。

但是用軟件的方式來實現硬件的功能，缺點也很明顯，與(yu) 傳(chuan) 統的硬件實現功能來說，軟件會(hui) 比較緩慢，也會(hui) 消耗更多的能源，而且安全性也比較差。

但是由於(yu) 並不是每一個(ge) 新的工藝節點，在功率和性能方麵都有非常顯著的提升，芯片製造商們(men) 就會(hui) 在這個(ge) 時候通過軟件的方式來實現某些性能和功能方麵的提升。

這種實現方式在很多應用程序中是顯而易見的，尤其明顯的是在數據中心的應用。數據中心對於(yu) 性能的需求非常巨大。“摩爾定律正在不斷放緩。”微軟Azure的基礎設施工程師 Kushagra Vaid表示，“不難發現CPU的發布速度正在逐漸放緩。在涉及CPU的時候難免會(hui) 遇到設計瓶頸。這個(ge) 時候由於(yu) 原本的設計已經達到了頂峰，性能方麵也受到了挑戰，每個(ge) 晶體(ti) 管的成本也在逐漸增加。這就使得人們(men) 不得不尋找新的方式來解決(jue) 問題。而在雲(yun) 計算當中存在著大量的分散的負荷工作，這些工作很難在通用的CPU上高效運行。”

對於(yu) 雲(yun) 計算這個(ge) 行業(ye) 來說，它不隻是依賴硬件也不僅(jin) 僅(jin) 是依賴軟件，而是通過軟件定義(yi) 硬件的方式來實現某些功能，這主要包含以下幾點：

首先，這一需求使得客戶比以往都更加接近移動芯片以及硬件設計，芯片製造商將會(hui) 更多地參與(yu) 到終端市場當中。這種參與(yu) 程度比之前任何時候都要高。

其次，需要通過硬件軟件的共同設計來實現某一個(ge) 需求，而不是通過其中的一個(ge) 。這就使得硬件和軟件必須同時進行改變。

第三，雲(yun) 計算的需求更加強掉個(ge) 性化的設計，而不是普世的硬件設計。

最後，雲(yun) 計算市場的需求導致的芯片公司和係統設計公司在策略方麵發生了很大的變化。

“基於(yu) 以上這些因素，很多公司將會(hui) 在確定他們(men) 的軟件需求之後，才會(hui) 去選擇所需要的處理器。” ARM的市場發展高級總監Bill Neifert表示。“但是我們(men) 看到的是這些廠商真的思考他們(men) 需要的是什麽(me) ，他們(men) 需要實現什麽(me) ，然後基於(yu) 這些需求，選擇最終的處理器。”

製約這些選擇的一個(ge) 主要因素是性能。但是具有諷刺意味的是，對於(yu) ARM來說，它的主要特點是低功耗。所以在設計當中，我們(men) 會(hui) 發現，對於(yu) 特定應用的處理器來說往往是確定功率的低功耗處理器。Bill Neifert表示表示：“做出這些選擇的人往往不會(hui) 選擇比較高端的處理器。他們(men) 可能比較先進的處理器，然後在處理器的基礎之上，通過修改軟件的方式來實現更好的應用硬件。所以我們(men) 現在看到的一個(ge) 趨勢，就是很多廠商正在使用更小的處理器，然後通過優(you) 化軟件的方式來實現同時處理多個(ge) 任務的目的。”

需要明白的是，軟件的效率是非常重要的，因為(wei) 對於(yu) 任何一個(ge) 處理器來說，沒有一個(ge) 處理器能夠同時運載一百種以上的程序。很多情況下，同時處理三、四個(ge) 程序就可以了。

這一觀點在整個(ge) 半導體(ti) 行業(ye) 的發展中得到了很好的反映。”你會(hui) 看到在不同的應用當中，會(hui) 采用不同性能和不同工作負載的芯片。“netspeed的係統市場營銷和業(ye) 務發展副總裁Anush Mohandass表示。

未來也將會(hui) 出現更多的芯片用於(yu) 圖像處理、SQL和機器學習(xi) 。對於(yu) 不同的應用不同的工作負載來說，芯片廠商將會(hui) 采用不同的芯片，或者是根據這些特殊的應用來設計或者定製一些芯片。

更多的市場，更多的選擇

以上這些市場變化的基礎是半導體(ti) 市場正發生著巨大變化。因為(wei) 根據我們(men) 以往的經驗可以看出，沒有任何一個(ge) 新的平台能夠隻使用單一的處理器來設計和驅動數以億(yi) 級的芯片銷售。在手機芯片市場也是如此，蘋果和三星已經占領了高端的智能手機市場。而在中低端市場則有更多的智能手機公司，諸如華為(wei) 、oppo、vivo、小米等等，這些公司都采用了不同的手機芯片。

這種詳細的發展路線圖對於(yu) 不同的應用來說非常重要，也將會(hui) 極大地推動這些新的應用的發展。

“對於(yu) 諸如移動和基礎設施應用來說，就必須強調性能。”Cadence的總裁兼首席執行官Lip Bu Tan表示。”在這些領域，工藝製程將會(hui) 從(cong) 現在的10納米發展到7納米甚至到以後的5納米。但是這些領域也會(hui) 麵臨(lin) 一些挑戰，性能、功耗和價(jia) 格也會(hui) 隨著工藝的提高而提升，發展速度也會(hui) 逐漸放緩，成本也一定會(hui) 上升。所以在之前的一段時間，我們(men) 能夠發現很多公司都在懷疑是否需要從(cong) 16納米過渡到7納米，因為(wei) 他們(men) 沒有看到這一工藝帶來的巨大的性能和功率的提升，到底能否提升他們(men) 的業(ye) 績。或者是跳過一些節點。相反呢？促進這些芯片公司選擇更高的製造工藝的是新的產(chan) 品和新的應用什麽(me) 時候到來。這些新的產(chan) 品和應用在發開發周期性能和功率上到底有哪些具體(ti) 的需求。可以說對於(yu) 這些公司來說，實現相同目標，可以采用多種的方式。“

IP的限製

另一方麵，我們(men) 也應當明白，如果需要開發下一個(ge) 節點。IP的可用性也是需要處理的一個(ge) 問題。

開發新的技術節點往往意味著需要開發新的IP。對於(yu) 芯片廠商來說，在最先進的工藝節點上開發IP成本是非常昂貴的，而結果往往是不確定的，其風險是非常高的。有時候實現同一個(ge) 目標，其過程可能是完全不同的，比如說為(wei) 了實現某一個(ge) 工藝，它所采用的IP也可能是不同的。

另一方麵，在設計的過程中，最先進的節點的設計過程往往是非常複雜的。

“你需要一些超高性能的IP，無論是模塊還是接口，你也需要弄清楚什麽(me) 是合格的。 ”eSilicon的營銷副總裁Mike Gianfagna表示。”這是決(jue) 定是否擴大規模其中一部分。你必須要證明這個(ge) IP可以使用，但是現實往往是殘酷的，這種想法過於(yu) 完美，在現實當中你會(hui) 發現，當我們(men) 需要從(cong) 一個(ge) 節點過渡到下一個(ge) 工藝節點的時候，你必須在各個(ge) 方麵都進行優(you) 化和改良，比如說你需要對電源和信號的完整性及優(you) 化。“

這就使得IP管理異常的困難。”解決(jue) IP問題隻是其中一部分。“Cliosesoft營銷副總裁Ranjit Adhikary表示。各種IP的集成，也會(hui) 帶來不同的問題。比如說在10納米和7納米工藝上可能很多IP都已經被考慮了，但是不同版本的IP也可能會(hui) 帶來問題，所以說在這過程中我們(men) 需要對不同版本的IP進行比較。

對於(yu) 每一個(ge) 新的工藝節點來說，都存在著大量的不確定性。很多芯片廠商在進行研發的時候都承認這是工作中最大的挑戰之一。但是也有很多事情正在改變。

首先，每一個(ge) 新的工藝節點都會(hui) 造成很多因素發生變化。這就使得越來越多的事情容易出錯。

其次，市場本身也在不斷發生的變化。很多新的領域都在不斷產(chan) 生，新的領域可能與(yu) 以往的PC、智能手機、平板電腦等等發展的路徑完全不同。能否適應這些新的發展趨勢也是一個(ge) 很大的問題。比如說，最新的汽車的發展，就與(yu) 智能手機不同。因為(wei) 他們(men) 不需要支持發短信或者搜索這些功能。

落後的代價(jia) 往往是非常昂貴的。所以當時軟件被設計出來的時候就是用來解決(jue) 這一問題的，它能夠更快的更新迭代，也能夠發揮非常重要的作用，因為(wei) 軟件的更改比硬件要容易得多，這也是為(wei) 什麽(me) FPGA越來越受到歡迎的原因之一，因為(wei) FPGA可以更改軟件。

可以更改軟件，這一點尤其重要，因為(wei) 未來的半導體(ti) 市場發展領域很多都是迅速變化的，如自動駕駛汽車、醫療、工業(ye) 電子以及人工智能。“這些新的市場往往需要不同的協議和接口，如此多的協議和接口會(hui) 帶來很多問題。”Achronix的係統架構師Kent Orthner表示。如何解決(jue) 這些問題呢？通過軟件的方式來簡化整個(ge) 過程就是很好的方法。所以現在很多公司都希望通過可編程性來解決(jue) 類似的問題，比如說將軟件寫(xie) 入汽車，通過算法的更新來實現新的功能。

其中需要考慮的一點是，將多少數據傳(chuan) 輸到內(nei) 存以及在本地存儲(chu) 多少數據。“在本地存儲(chu) 數據需要占據大量的存儲(chu) 空間。”ArterisIP的營銷副總裁Kurt Shuler表示，“當你將這些數據添加到內(nei) 存時，你需要作出選擇，到底這些數據是否能夠獲得有效的利用。”

因此，一般情況下我們(men) 並不會(hui) 將所有的內(nei) 容都發送到內(nei) 存，我們(men) 會(hui) 通過多級緩存和代理緩存的方式將這些數據從(cong) 存儲(chu) 芯片傳(chuan) 輸到不同的設備中。雖然這些技術很大程度上依然是基於(yu) 馮(feng) 諾依曼架構的，但是可以說它是完全不同的另外一個(ge) 版本。最大的區別在於(yu) ，我們(men) 是基於(yu) 數據的角度來遵循它是如何移動的。而不是從(cong) 芯片的架構來考慮這些軟件的問題。實際上這種數據處理方式給軟件定義(yi) 架構帶來了很大的問題，但是對於(yu) 芯片來說帶來的問題都非常小。

安全性

另一方麵，製約影響這些發揮作用的一個(ge) 新的因素是安全性。一方麵，與(yu) 硬件相比，軟件往往需要一個(ge) 非常嚴(yan) 謹的架構才能實現安全性。另一方麵，軟件可以通過網絡的方式進行遠程破解，這就會(hui) 增加很多成本。這也是為(wei) 什麽(me) 目前為(wei) 止軟件依然受到限製的原因。

我們(men) 可以采用各種各樣的技術來實現芯片的安全。問題在於(yu) 很多公司並不想在芯片的安全性方麵付出很大的代價(jia) 。很多廠商隻有在它的芯片安全受到威脅的時候才會(hui) 考慮在新品當中加入安全保護功能。

Synopsys,的董事長兼首席執行官Aart de Geus也同意這一觀點，“這是一個(ge) 很複雜的問題，”他表示。“安全性往往涉及硬件和軟件兩(liang) 個(ge) 方麵。但是最大的漏洞往往同時涉及軟件和硬件。這對於(yu) 很多公司來說是很難以理解的，也是非常新穎的問題。看看現在很多的黑客，你會(hui) 發現他們(men) 的技術都很複雜。要解決(jue) 安全性問題，方法有很多種。首先，我們(men) 可以在係統的基礎上建立安全屏障來保證係統安全，至少能夠使得係統遵循安全規則。其次，也可以通過硬件的方式來實現安全。在我們(men) 所接觸的客戶中就有很多公司。在軟件上進行了大量的投資來建立安全性。但是我們(men) 也發現單個(ge) 的公司，並不能夠改變整個(ge) 現狀，還是需要很多標準化的東(dong) 西。“

盡管如此，安全，已經成為(wei) 了軟件驅動設計中需要考慮的因素之一。

自動化工具

顯而易見的是從(cong) 工程的角度來看，很多目標都是相同的。就摩爾定律來看，其最主要的就是實現更小、更快、更低成本、更高性能。其中高性能、更小是永遠不會(hui) 發生改變的兩(liang) 個(ge) 因素。

隨著摩爾定律的逐漸放緩，真正挑戰摩爾定律的是經濟效益，這也是 EDA 公司看到的一個(ge) 巨大的機會(hui) 。

”有時候小的架構可以在性能和功耗方麵獲得令人驚喜的效果。“OneSpin的營銷副總裁Dave Kelf表示。”這就像高級的綜合工具，有時候也可以有所作為(wei) 一樣，這樣的工具可以改變設計的周期，將更多的時間從(cong) 設計中解放出來，以獲得更好的性能。“

一方麵，這種方式能夠很好的滿足對於(yu) 新工藝的需求。另一方麵更快的工具。和對於(yu) 這些工具的更好的運用的培訓一些能夠減少在設計方麵花費的時間和金錢。

結論

從(cong) 短期的發展來，摩爾定理依然是能夠存活的，至少還可以發展到5納米，甚至是更低。但是它的發展越來越緩慢，也越來越困難，成本也越來越高，與(yu) 很多特定市場的需求愈加不匹配。

越來越多的解決(jue) 方案需要為(wei) 特定的市場來進行特殊的設計，比如說不同架構、采用軟件定義(yi) 的組件可能更適合某些特定的市場。”一刀切“的時代已經結束了。半導體(ti) 領域普世的設計，對於(yu) 特定市場來說並不是那麽(me) 重要。