在另一个由欧洲最著名三个的半导体研究机构IMEC/CEA Leti/Fraunhofer带来的主旨演讲中，系统级创新也是一个核心关键词。该演讲中提到，随着半导体工艺逐渐接近物理极限，新的应用对于芯片的需求也必须要从系统级考虑才能满足，并且提到了下一代智能汽车和AI作为两个尤其需要芯片从系统级创新才能支持其新需求的核心应用。
什么是系统级创新？
我们看到，系统级创新在本届ISSCC最重要的主旨演讲中被反复提起，那么什么是系统级创新呢？目前的共识是，系统级创新就是从整体设计的上下游多个环节协同设计来完成性能的提升。在系统级中，上游技术包括应用软件，算法，系统架构，元器件需求等，而这些上游的需求最后会反映到芯片的需求中，包括芯片的设计，半导体器件的设计，以及半导体工艺的设计等。
在过去的设计中，性能提升往往只是体现在一个维度中，例如电路设计的成功标准是数字电路时钟频率能不能跑得够快，模拟电路能不能带宽做到更大等等。而在系统级创新中，性能提升不仅仅是由该技术层面的设计改善实现，更重要是由上游应用、算法和系统革新并且由电路、器件和工艺层面的设计满足这些需求，来完成整体性能的提升。
Lisa Su在演讲中给出了一个系统级创新的一个经典案例，就是在人工智能模型算法层面通过优化从而可以使用一些创新的数制（例如16位浮点数BF16或8位浮点数FP8），同时在电路层面通过对这些算法层面优化给予支持，最终实现计算层面数量级的效率提升。相比传统的32位浮点数（FP32），新的BF16可以提升10倍以上的计算效率，而FP8则可以将计算效率提升30倍之多。这也是系统级创新的威力：根据传统思路，如果电路设计仅仅停留在电路的维度，只是考虑如何进一步优化FP32计算单元的效率，无论如何也难以实现数量级的效率提升。这也是为什么在新应用对于芯片性能提出非常激进的性能需求的时候，芯片行业需要从系统级的思维来满足这样的需求的原因。
挑战与机遇并存
众所周知，EDA是集成电路设计、制造、测试全产业链的关键纽带，是全球信息产业的基本支点，更是多学科多领域知识紧密融合的艰深领域。
2022年，伴随半导体产业周期出现了急剧变化，特别是消费电子领域受到冲击较大。上游市场的波动，是否会给还在发展中的国产EDA带来巨大冲击呢？
芯华章科技首席市场战略官谢仲辉表示，“半导体一直是周期性很强的产业，局部市场需求的波动，不会给作为上游工具的EDA带来太大影响，反倒是企业修炼内功，打造产品和服务能力的机会。”
在他看来，首先伴随存量项目需求下降及产能的释放，下游企业有了更多打磨新产品的机会，往往会通过技术创新、上马新项目、研发新产品，来填补收入落差，在未来竞争中占得先机的动力会更强，这些都有利于激发行业创新，从而对EDA工具提出更旺盛的需求；
其次，新的市场在发展，提供了更广阔的机遇。比如随着数字化转型的大趋势推动，除了消费电子领域，数据中心、智能汽车、工业智能控制等新技术领域的发展，正为半导体产业发展提供新的增长驱动力。
与此同时，新的技术在发展，行业不断焕发新的活力。随着异构计算、Chiplet等新技术的出现和制程工艺的不断发展，无论是芯片还是整体电子系统的复杂度都在提升，对EDA提出了新的要求，也赋予了EDA新的产业价值。EDA不仅要赋能芯片创新，更需要赋能系统从设计到量产的创新，为电子系统的性能、功能和功耗验证保驾护航。
作为系统级创新支柱的半导体技术
如前所述，半导体芯片的设计需要考虑系统级创新，才能满足新的应用对于芯片性能提升的需求。从另一层面，在这样的系统级创新中，有一些重要的半导体技术将会成为核心的支撑，因此在系统级创新成为核心技术演进动力的今天，这些半导体技术将会变得格外重要。
我们认为，系统级创新意味着整体芯片系统会变得更加复杂：这里的复杂意味着系统中会有更多的芯片（这也包括了把一块大芯片拆分成多个小的芯片粒），因此这就需要能以一种灵活的方式支持这样的多芯片系统，同时能提供性能和效率的显著提升。一旦半导体技术能提供这样的平台来支持这样的复杂系统，那么系统级设计就有了更大的设计空间，从而为系统级创新提供强有力的支持。
对于这样的复杂芯片系统提供高效支持的半导体技术首先是高级封装技术。使用高级封装技术，可以把复杂芯片系统以高效的形式集成在一个封装内，并且提供非常高的通信带宽，因此可以为系统级芯片创新提供支持。
例如，高级封装可以把传统的片上缓存（cache）和处理器芯片以芯片粒的形式集成在一起，这样就大大减少了半导体工艺对于cache容量的限制，从而为系统设计提供了更大的设计空间，而这样的设计（3D V-Cache）已经被证明可以显著改善处理器的性能并且AMD已经在产品中使用。在未来，我们可望会看到更多的设计。
另一个与之相关的重要技术是IO接口技术，即能够进一步改进芯片之间互联的传输速度和效率。在Lisa Su的主旨演讲中，除了高级封装可以提升封装内芯片数据互联带宽之外，另外一个重要的维度是中长距离数据互联，用于在多个芯片系统之间以及在多台服务器之间高速高效地传递数据。这样的IO接口技术的演进可以大大减少系统中各个组件之间互相通信的开销，从而实现高效率的复杂芯片系统。
在中距离（芯片之间）的数据互联角度，超高速SerDes技术将会成为未来的重要支撑技术。在今年的ISSCC上，Nvidia也发布了其用于芯片封装间互联的NvLink-C2C技术，可以实现高达40Gbps/pin，并且已经用在了其下一代GPU系统（Hopper）中，可见数据互联技术的重要性已经成为了芯片巨头的共识。
而在长距离互联上，光互联技术可望会成为技术演进的主要方向，其传输距离可达10m到2km，并且传输能量开销可以很低（<1pJ/bit）。在这个领域，需要把光传输收发模组和计算芯片很紧密地集成到一起（例如使用co-packaged optics技术），未来我们预计在技术方面也会有较快的演进。
综上，我们认为系统级创新已经成为了芯片行业性能提升的主要动力。系统级创新既包括了考虑系统上游（如算法和应用）的电路设计以实现性能和效率数量级的提升，也包括了新的半导体技术平台（如先进封装和IO技术）以为系统设计提供更多的设计空间。系统级创新为芯片提供的新机会值得我们期待。
