处理器芯片敏捷设计方法:问题与挑战

包云岗 常轶松 韩银和 黄立波 李华伟 梁 云 罗国杰 尚 笠 唐 丹 王 颖解壁伟 喻文健 张 科 孙凝晖

1(计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京 100190)

2(中国科学院大学计算机科学与技术学院 北京 100049)

3(北京大学高能效计算与应用中心 北京 100871)

4(专用集成电路与系统国家重点实验室(复旦大学) 上海 201203)

5(国防科技大学计算机学院 长沙 410073)

6(清华大学计算机科学与技术系 北京 100084)

(baoyg＠ict.ac.cn)

处理器芯片是电子信息产业的驱动引擎,已成为人类社会的数字化、信息化和智能化的基石.互联网、电信、金融、服务业等传统行业以及物联网、车联网、人工智能等新兴领域,都需要各类处理器芯片提供强有力的支撑计算能力.

然而,现有处理器芯片设计方法和体系需要极为复杂的设计描述和实现流程,并结合先进工艺节点下的制造、封装和测试环节,实现处理器芯片性能——频率、面积和功耗的最优设计.这就导致处理器芯片设计具有极长的设计周期,造成极高的设计门槛.

1)传统通用处理器CPU设计愈发复杂

随着工艺技术节点的不断发展,基于现有的处理器设计方法,通用处理器芯片设计规模大幅增长,设计成本日趋高昂.以14 nm工艺节点为例,研发一款通用处理器芯片,需要投入上百人年,耗费上亿美元的研发经费①数据来源:Andreas Olofsson,Intelligent Design of Electronic Assets(IDEA),2017,形成极高的设计门槛.通用处理器芯片流片失败势必会造成巨大的成本浪费,因此只有极少数处理器芯片产业巨头企业才能够承……