AI芯片设计的“强力胶”，连Facebook和Intel也被粘住了？

shuszhao · 发表于 2019-3-15 21:24:49

片上网络(NoC)是复杂AI芯片设计必不可少的互联IP，可谓是连接芯片内部各功能模块的“强力胶”。这一利基市场虽然规模不大，但却引起了Facebook、百度和英特尔等科技巨头的高度重视。
什么是“片上网络(NoC)”？
片上网络(network-on-chip, NoC)是系统级芯片(SoC)内一种基于网络的通信互联模块，相当于联接CPU内核、存储单元和各种功能模块的高速总线，可实现各功能模块间的高速、高效、低延迟和低功耗的数据通信。本来这一技术的市场需求很小，供应商也没几家，Arteris、NetSpeed和Sonics当数前三大了。然而，近几年AI芯片的火爆带动了这一利基市场的高速增长。无论是智能手机应用处理器，还是针对云计算平台AI训练的AI加速器芯片，都离不开这种NoC互联模块。
互联网巨头和融到巨资的AI新贵们在按照自己的需求定制开发AI芯片时，都只能从这些互联IP供应商购买授权，因为要在一个SoC上集成CPU、GPU、DSP、存储器和其它功能模块，使得数据在各模块间有条不紊的传输，就必须由NoC统一指挥协调，否则就会导致芯片功耗过高、面积特大，甚至不能正常运行。这种独特的互联IP俨然成了粘合AI芯片的“强力胶”，其价值在复杂SoC设计中日益凸显，自然能够提供这类IP的少数几家开发商就成了抢手货。
Facebook为何要收购这家芯片设计IP公司？
已经有20年历史的片上网络(NoC)和电源管理技术开发商Sonics在其官方网站上声明“我们将掀开新篇章”，公司管理层和员工都将并入Facebook。EETimes也已经从Facebook得到收购Sonics的官方确认。据业界分析人士推测，Sonics的互联IP技术将首先用于Facebook的Oculus VR/AR头盔产品。是否会用于Facebook自己的数据中心AI芯片还不得而知。
如果Sonics的NoC技术相对成熟，又能满足Facebook的需求，Facebook只要购买授权许可就行了，为何直接了当地买下整个公司呢？也许是因为技术还无法满足需求，需要更加紧密的合作。也许是Sonics资金吃紧，公司管理层不想再过苦巴巴的日子了。或者，Facebook也许另有打算，现在还不便透露。
无论背后是什么原因。有两点是可以确定的。首先，Facebook和谷歌等互联网巨头自己开发AI芯片已经不是什么秘密了。另外，NoC互联IP的价值进一步得到证明。市场需求确实在那里，就看谁能满足了。
英特尔去年买下NetSpeed
另一家SoC设计的互联IP供应商NetSpeed成立于2011年，由原英特尔设计工程师和华为美国公司资深架构师联合创办，曾经被选入2017年EE TImes Sillicon 60，于2018年11月被英特尔收购。NetSpeed的Orion AI互联IP可为AI应用带来广播和多播等高级特性，可极大提升芯片性能和运行效率。
Screenshot_2019-03-15 SoC Interconnect – NetSpeed.png

国内的AI独角兽寒武纪在其AI处理器中使用的就是NetSpeed的互联IP，其他客户还有地平线、MIPS、DENSO，以及RISC-V高性能处理器开发商Esperanto等。据英特尔称，NetSpeed的IP和开发工具可帮助其设计团队更快地开发和测试新一代SoC，通过系统算法和方法来评估和优化SoC性能。
芯片设计IP是一门好生意
据IPnest的统计，2007-2017年全球芯片设计IP市场的年复合增长率(CAGR)为13.7%，而同期EDA市场的CAGR仅1.87%，跟整体半导体行业增长基本保持一致。IP的年增长平均比半导体行业高出10%，预期未来10年这一趋势会持续，到2028年IP市场规模将超过EDA。
IPnest-IP-type.jpg

2017年全球芯片设计IP市场约为36亿美元，其中以Arm为首的处理器IP类型就占据了60%。处理器IP类型包括CPU、GPU、DSP、NoC和高速接口等IP，其中NoC和互联IP 供应商有Arteris、NetSpeed和Sonics。NetSpeed去年被英特尔收购，Sonics现在又被Facebook纳入旗下，Arteris成了片上网络(NoC)互联IP市场唯一的IP供应商。
Arteris能否成为SoC设计工程师的IP“瑞士军刀”？
有SoC设计行业分析师开始猜测，Arteris是否也会步同行的后尘，被一家大客户看中而收入囊中。Arteris公司CEO K. Charles Janac却态度坚决地表示“我们不会卖的”。事实上，他对公司未来前景十分乐观。过去几年来，Arteris销售额每年都已超过20%的速度增长，2018年达到了2700万美元。同行被大公司收购反而是好事，因为他们的客户马上就找上Arteris的门来了。
芯片内的互联IP这门生意进入门槛很高，不但技术要求高，而且要有持续不断的研发投入，以满足复杂SoC设计中模块互联的各方面要求，从缓存一致性到一对一网络类型的互联，以及对芯片功耗/性能/尺寸的通用要求，甚至各种设计工具也需要专门定制开发。
没有技术积累的初创公司难以立足，就连英特尔这样的芯片巨头也难以从头开发出能够跟Arteris竞争的互联IP。Arm虽然也提供类似的互联IP，但跟Arteris的技术还有不小的差距，目前只能起到互补配套的作用。
互联IP的应用不单单局限于服务器和数据中心等高端市场，从汽车电子到智能手机的芯片设计都会用到这类IP。在Arteris的客户名单中，不乏汽车、互联网和半导体行业巨头。单中国市场的客户就有25家，其中包括百度、小米、阿里和华为。
Arteris-IP-customers.jpg

据Arteris的Janac称，互联IP约占整个处理器IP市场的1/4，未来有望成为整个IP行业的“骨干”，Arteris计划3年内挂牌上市，希望能够成为SoC设计师手中的“瑞士军刀”。这一愿望能否实现，就看Arteris是否坚守住自己的信念，不被大公司的高价所诱惑。
结语
互联网巨头和系统厂商自己开发芯片似乎已成流行趋势，但社交网络Facebook收购一家名不见经传的小型IP公司还是有点令人吃惊。对于IC设计初创公司来说，能够在NoC互联IP这一芯片设计高地站住脚就已不易了，无论被收购还是独立发展，初创团队都会有充分发挥技术创新的空间。
这对国内的半导体和IC设计业界人士有何启发呢？投入巨资兴建晶圆厂固然对国家半导体产业的长远战略是必要的，扎堆进入AI领域也许有做大的机会，但以自身独特技术专注于芯片设计的某一类IP未尝不是“一门好生意”。对于资金不是那么宽裕的初创公司来说，若能真正沉下心来开发出独门IP，成为行内不为人所知的“隐形冠军”也是成功，而中国芯的发展壮大正需要这样的“隐形冠军”。