转载+整理:芯思想(微信公众号)
ISSCC2021年(国际固态电路会议)将在2021年2月13日到22日举行。不过由于疫情的原因,ISSCC2021将在线上举行,这也是ISSCC第一次在线上举行。
ISSCC是“IEEE International Solid-State Circuits Conference”的缩写,是世界学术界和企业界公认的集成电路设计领域最高级别会议,被认为是集成电路设计领域的“世界奥林匹克大会”,始于1953年,67年的历史积累,使ISSCC(国际固态电路会议)成为国际上规模最大、最权威、水平最高的固态电路国际会议,有着集成电路行业奥林匹克大会的美誉,含金量是最高的。
ISSCC 在技术领域方面历经变更,ISSCC2020为“机器学习及人工智能”新成立了独立的技术小组分会,至此,ISSCC的技术分类达到12个分类,包括模拟设计(ANA)、电源管理(PM)、无线传输(WLS)、数据转换器(DC)、前瞻技术(TD)、射频技术(RF)、数字电路(DCT)、图像、 MEMS、医疗、显示(IMMD)、以及机器学习和人工智能(ML)、存储(MEM)、有线传输(WLN)和数字系统(DAS)。
ISSCC2021入口
据ISSCC 2021远东区副主席许云翔博士介绍,ISSCC2021共收到580篇论文,比去年下滑了7.8%,可能和今年的新冠疫情有关。
许云翔博士同时强调,虽然投稿数量下降,但投稿论文的质量有了提升。ISSCC2021共录用202篇论文,录用率达33.6%。许云翔博士进一步指出,ISSCC 2021论文的12个技术分类中,论文数量比较多的是高速网络、5G、WiFi、影响应用和机器学习。从这几个领域可以看到技术发展的方向,有线传输的论文数量占比从ISSCC2020的6%提高到9%,这主要是云端数据中心火热带来的结果;机器学习方面的论文数量占比也从ISSCC2020的3%提升到7%,可以看到行业对这个技术的关注。
从以下几个方面来了解下会议的整体情况:
从论文来源看,全球共有15个国家和地区有论文录用。其中远东有中国大陆、中国澳门、中国台湾、韩国、日本、新加坡;北美有美国、加拿大;欧洲有荷兰、比利时、瑞士、德国、意大利、奥地利、法国。从国家和地区的投稿数量来看,ISSCC往年论文大户美国、日本、中国台湾、韩国的论文都在下滑,分别减少35篇、15篇、12篇、9篇;只有中国大陆和新加坡的投稿数量有所增加,其中中国大陆增加19篇,而新加坡实现翻倍,从13篇增加至27篇。
从论文录用率来看,日本投入21篇,入选12篇,录用率达57%,高于整体录用率23.4个百分点;美国投稿174篇,录用75篇,录用率达43%,比整体录用率调出9.4个百分点。而韩国、中国台湾新加坡的录用率分别是30%、26%和26%,均低于整体录用率。 在投稿数量前五名中,中国大陆由于投稿数量有所上升,但录用文章不多,导致录用率成为前五名中最低的。中国大陆在ISSCC2021投入稿84篇,较上年65篇增加19篇;录用数量为22篇,比上年23篇减少1篇;录用率26%,较上年的35%下降了9 个百分点。
许云翔博士表示,ISSCC2021论文来自工业界的数量有61篇,整体占比进一步降低,从上年的34%下滑至31%;从地域来看,远东的工业界发挥出色,有29篇入选,北美工业界有26篇(其中华为加拿大贡献2篇),而欧洲工业界仅仅有3篇入选。而来自高校的数量达128篇,占比则有所上升,从62%上升至66%;另有6篇来自科研院所。
从投稿机构来看,共区有41家机构贡献2篇以上论文,其中工业界有10家公司,分别是美国的英特尔、IBM、ADI、Inphi,韩国的三星、SK海力士,中国台湾的联发科、台积电,日本的索尼,加拿大的华为。来自欧洲的IMEC是唯一一家贡献2篇以上论文的科研院。而贡献2篇以上论文的高校有30所,其中远东13所,北美13所,欧洲4所。中国占比1/6强,包括清华大学、北京大学、电子科技大学、澳门大学以及浙江大学。
从ISSCC2021录用论文的数量来看,美国依然是全球最大的论文贡献大国,共录用75篇,较上年增加4篇;韩国位列第二,共录用30篇,较上减少5篇;中国(大陆、香港、澳门)保持第三的位置,共录用22篇论文,较ISSCC2020减少1篇。中国台湾和日本各有12篇录用,并列第四。
根据ISSCC2021的数据显示,远东地区入选ISSCC2021的论文数量达82篇,其中韩国入选30篇,排名远东地区第一;中国(大陆、香港、澳门)入选22篇,排名第二,其中大陆20篇,澳门2篇;中国台湾和日本各有12篇入选,并列第三;新加坡入选7篇,排名第五。
远东地区入选2篇论文以上的机构有18家,包括5家公司,和13所高校;5家公司分别中国台湾的联发科、台积电;韩国的三星、SK海力士;以及日本的索尼。13所高校分别是中国的清华大学、北京大学、电子科技大学、澳门大学以及浙江大学;中国台湾的台湾清华、台湾交大、台湾大学;韩国的韩国先进科技学院、延世大学;新加坡的南洋理工大学、新加坡国立大学;日本的东京工业大学。
许云翔博士也介绍到,远东地区表现比较强的领域包括影像光学传感器和内存,其中影像光学传感器(Session 7 Image and Range Sensors)领域全球共入选9篇,有7篇来自远东地区;存储器领域的入选论文共16篇,分布在4个Session,来自远东区的有12篇,分别是Session 16 Compute In-Memory、Session 24 Advanced Embedded Memories、Session 25 DRAM、Session 30 NVM,远东地区在4个Session各入选3篇。究其原因,是因为影像光学传感器和内存领域内全球最强的企业三星、索尼、SK海力士和台积电都位于远东地区。
国内论文首次入选时间中,中国香港是1999年,中国澳门是2002年,中国大陆是2005,截止ISSCC2021,共入选153篇,其中大陆68篇,香港43篇,澳门42篇。
ISSCC(国际固态电路会议)入选的论文数量可以看做一个国家在集成电路方面的实力指标,近70年来美国在这方面一直是最强的,日本、韩国、中国台湾最近二三十年来也非常强势。不过国内(包括大陆、香港、澳门)的学术界、产业界在近几年也始发力了,论文入选数量增长速度很快,2018年达到了14篇,首次超过了日本(13篇),排在美国、韩国、中国台湾之后,位列第四;2019年达到了18篇,首次超越中国台湾,仅次于美国、韩国,位列第三;2020年和2021年都达到了23篇,稳定了第三的位置。
国内入选论文不仅是数量增加,还有入选的ISSCC论文设计的领域也在不断延伸,技术含量也在逐步提升。在韩美日垄断的存储领域,2019年东南大学的杨军教授团队取得突破,首篇存储论文入选;2021年中科院微电子所有一篇文章入选。在机器学习和人工智能领域,2020年和2021年国内各有3篇论文入选,充分展示了中国在AI芯片设计的学术领域已处于世界领先水平。而在数字低功耗领域,南京低功耗芯片技术研究院有限公司依托东南大学的杨军教授团队取得了突破。
2021年,国内入选的论文涵盖了10个技术分类,包括模拟设计(ANA,5篇)、电源管理(PM,3篇)、数据转换器(DC,3篇)、无线传输(WLS,3篇)、机器学习和人工智能(ML,3篇)数字系统(DAS,2篇)、数字电路(DCT,1篇)、前瞻技术(TD,1篇)、射频技术(RF,1篇)以及存储(MEM,1篇)。这一成绩体现了当前中国在集成电路技术领域的稳固上升,产学研并进、百花齐放的良好发展势头,同时也证明了我国在集成电路领域的国际认可度及影响力正在不断提升。
根据从2015到2021年的论文统计分析,国内在射频技术(RF)电源管理(PM)、数据转换器(DC) 有了不错的积累,论文入选数数量均超过10篇,分别为22、21、14篇。
不过与欧美日韩的论文主要来自产业界不同,国内入选的ISSCC论文还是以科研机构及高校为主,澳门就是来自澳门大学,香港来自香港科技大学;大陆主要来自清华大学和复旦大学。而来自工业界的论文数量屈指可数,只有9篇。当然,我们也不能单纯以学术论文的数量来衡量产业技术水平。事实上,近年来以海思为代表的一批中国本土半导体企业已自行研发并掌握了相当数量的国际先进技术。
从ISSCC/JSSC论文看,中国台湾地区的IC设计已经处于国际一流水平,而国内目前还处于重点突破和稳步成长的阶段,一些国际水平的研究团队开始出现,但不同方向发展水平还差异较大。例如在低功耗AI芯片方向,ISSCC2020上的所有3篇论文都出自大陆高校(包括清华大学刘勇攀教授团队2篇和东南大学单伟伟教授团队1篇),ISSCC2021清华大学再次贡献3篇,体现出明显的优势。射频方向在近7年的ISSCC上持续有文章发表。但集成电路领域最传统的方向之一ADC领域,也是我国现在的卡脖子难题,澳门大学多有贡献,但中国大陆直到2020年才发表有关ADC的第一篇ISSCC论文,由清华大学刘佳欣博士与德州奥斯汀大学孙楠教授团队完成。
香港缺乏足够的产业支撑,但得益于其特殊的开放地位、香港科技大学建校的巨额投入、以及当时招募的几位北美顶尖名校博士,从2000开始,连续在ISSCC发表论文,成就了其在ISSCC一段辉煌时期。
最值得一提的其实是澳门。在一个几乎完全没有产业土壤又没有人才基础的环境里,一个不懂中文的葡萄牙人(Prof. Rui Martins)经过20多年的持续努力,从无到有带出一支世界顶尖的集成电路设计团队。近几年,澳门大学发表的ISSCC论文数一直位居世界前列,模拟和射频论文数量相信是世界第一。路延教授团队更获得了2017年ISSCC远东最佳论文奖。这些成就不单是澳门和中国的骄傲,也是世界集成电路发展中的奇迹。从某种意义上说,澳门大学IC设计的成功和海思的成功一样意义重大。
针对国内有评论说目前产业界不一定要在ISSCC上发表论文来证明自己,有业界专家表示,近年来,产业界在ISSCC上发表的论文数量数量有所下降,但仍占有每年一半的数量。一半被录用的稿件来自产业界,很难下结论说这是或者不是一件好事。大多数企业对于技术研发和宣传的态度,是以商业驱动为主导,不排除部分企业借ISSCC这一平台来扩大自身的影响力。但ISSCC对于文章的录用是有严格的标准的,其12大委会员的委员可不是白吃饭的,如果企业投稿不能详细说明令人认同的技术细节,是不可能被录用的。对于在ISSCC上发表论文,产业界不可不看重,但也不可太看重。目前主要的矛盾是吃不到葡萄,而不是葡萄酸不酸的问题。
在我国一个较迫切的问题是要坚定的走产学研相结合的道路。今天,由政府资金推动的大量科研项目,取得了丰富的科研成果,但总体上技术转化率可能并不高。只有企业在高校科研项目上投入巨额资金时,对于技术成果转化的要求才会更迫切,高校所受到压力和推动力也更大,也将更务实高效。
根据ISSCC 2020提供的论文归类来看,从数据上来看,国内有超过四分之一数量的论文由学术界同业界合作完成,这一比例超过韩国的22.9%,更远高于北美的12.3%。
通过对比可以看出,目前中国芯片设计领域有着一定的产学协同。但是由于IC工程师的稀缺和技术保密的顾虑,国内产业界发表论文和技术交流的风气还远未形成。可是借鉴学术界近年来所取得的成果和不断进步的经验,相信蓄势待发的产业界将会在未来几年内展现科研成果群体迸发式的景象,与学术界携手并进。
适应国情的产学互动与合作模式也有待探索。我们也惊喜的看到,清华大学刘勇攀副教授创办了湃方科技(Pi2Star)、东南大学杨军教授创办南京低功耗芯片技术研究院有限公司,都开始向产业化进军。
有专家表示,总体来说,由学术界先行探路,产业界迅速做出跟进,发挥雄厚的资本及人才优势,勇于试错、积极探索、有效反馈,实现产学相互迭代式发展,借助ISSCC这一平台的国际影响力,努力不断推进中国芯片技术的进步及全球认可度将会是未来的大趋势。
从最近5年的情况来看,中国论文趋势有几个大大变化:一是入选论文数量持续增加,从ISSCC2017的11篇增加到ISSCC2021的22篇;二是涵盖的技术领域数量持续提升,由ISSCC2017的6个增加到ISSCC2021的10个;三是中国大陆论文数量大幅增长,从ISSCC2017的1篇增加到ISSCC2021的20篇;四是首次入选的第一机构数量持续增加,今年有3家,分别是浙江大学、南京低功耗芯片技术研究院有限公司、华东电子工程研究所(中电科38所);五是连续2年有产业界的论文入选,ISSCC2020是重庆线易电子科技公司,ISSCC2021是南京低功耗芯片技术研究院有限公司。
令人惊喜的是,从2019年开始推出的华人芯片设计技术研讨会(IC Advances in China,ICAC),目前已经举办两届。第一届(ICAC2019)在成都举办,第二届(ICAC2020)原计划在上海举办,但由于疫情原因,在2020年6月在线上举行。
华人芯片设计技术研讨会使用中文演讲,让演讲者和听众之间没有语言造成的障碍,更加自如和深入地交流互动。这是一个开放的平台,每位从业者,无论是工程师还是学者,无论是学生还是爱好者,都能无门槛的参与。作为一个技术交流的平台,为了保证会议质量,会议报告是最近一年发表在ISSCC或JSSC上的工作内容,同时演讲者是论文的资深作者而不是学生作者,以提供更高的研讨视角,也便于更高效地形成合作。主旨报告的演讲者应该是发表过多篇ISSCC/JSSC的杰出学者或工程师。
北京大学黄茹院士、清华大学刘勇攀教授、复旦大学的徐鸿涛教授、澳门大学罗文基教授、复旦大学徐佳伟教授、清华大学张沕琳教授、澳门大学路延教授、清华大学邓伟教授分别就存储器、机器学习、无线传输、数据转换器、模拟技术、前瞻技术、电源管理、射频等八大技术分类的论文和趋势进行了介绍。
ISSCC2021上,存储共有16篇论文入选,分为四个Seesion,分别是存内计算(Seesion 16:Compute-In-Memory)、先进嵌入式存储(Seesion 24:Advanced Embebded Memories)、动态随机存取存储器(Seesion 25:DRAM)和非易性存储(Seesion 30:Non-Volatile Memory),每个Seesion的4篇论文中有3篇来自远东地区。
存内计算有3篇来自中国台湾(台湾清华2篇、台积电1篇),1篇来自德州奥斯汀大学。先进嵌入式存储有1篇来自中国科学院微电子所,1篇来自德国IBM,1来自台积电,1篇来自三星的关于3nm GAA SRAM;DRAM方面,2篇来自三星分别关于16Gb LPDDR5、HBM2的工作,另外2篇分别是SK海力士和镁光关于8Gb GDDR6的工作;NVM方面,韩国三星、韩国SK海力士、日本铠侠(原东芝存储部门)都是关于TLC的工作,而英特尔则是关于QLC的工作(不知道这会不会成为英特尔关于存储论文的绝唱)。
黄茹院士表示,总的来说,高密度、高带宽和低功耗是存储产业的共同追求。而在NVM方面,行业趋势是减少外围电路。
中国虽然在存储领域有2篇入选,但都是高校(东南大学,ISSCC2019)和研究院(中科院微电子所)贡献。工业界似乎还没有做好写论文的准备。
在ISSCC2021上,机器学习领域论文投稿数量从ISSCC2020的24篇提升到46篇,录用文章也从ISSCC2020的7篇提升到13篇,刘勇攀教授介绍说,13篇入选论文所做的都是面向神经网络的推理、训练和应用方面的研究,面向的情景也是覆盖语音和图像应用的服务器端和边缘端。
机器学习领域的13篇论文分为2个Session,从云到端的机器学习处理器(Session 9:ML Processors From Cloud to Edge)的9篇论文来自远东5篇、北美3篇、欧洲1篇,有6 篇来自高校,3篇来自工业界;深度神经网络的存内计算(Session 15:Compute-In-Memory Processors Deep Neural Networks)的4篇论文来自远东2篇、北美2篇,均来自高校。
中国大陆有3篇入选,均来自清华大学,1篇在Session 9;2篇在Session 15。
除了2个Session外,还有3个机器学习相关的环节,分别是重点芯片发布(Session 3:Highlighted Chip Releases)、处理器(Session 4:Processors)、存内计算(Session 33:Compute-In-Memory)。比如英伟达的论文是介绍如何设计一个高效的神经网络加速器。
在重点芯片发布(Session 3)有1篇来自百度的有关AI处理器论文;在处理器(Session 4)有1篇来自电子科技大学的关于AI处理器的文章。2个Session均归属数字系统分类。
刘勇攀教授表示,AI芯片的发展方向主要集中应用、存内计算和制造技术三个方面。
无线传输领域,共收到68篇论文投稿,录取论文24篇,录取率为35.3%。其中远东录取8篇,北美录取11篇,欧洲录取5篇。24篇文章分属四个Session,包括sub-6Ghz(Session 6,3篇)、毫米波(Session 14)、超宽带(Session 21)和太赫兹技术(Session 22)。
中国大陆在毫米波(Session 14)领域共有3篇论文入选,分别来自清华大学、东南大学、华东电子工程研究所。
罗文基教授表示,数据转换器领域总投稿数量为43篇,共录用了14篇文章,收录率为32.6%。
14篇文章文章分两个session,分别是Continuous-Times ADCs and DACS(session 10)和Discrete -Times ADCs(session 27)。
数据转换器领域远东区共有6篇论文入选。中国大陆的清华大学、北京大学和澳门大学为session 27贡献了3篇,中国台湾的联发科为session 27贡献1篇;韩国的三星为session 10贡献了2篇。
数据转换器的发展趋势是:一是增加多个高性能连续时间A/D转换器;二是下一代无线通信高性能D/A转换器的技术趋势;三是结合先进技术,持续追求转换效率的极限,从1997年至2020年的15年间转换效率提升了1000倍。
ISSCC2021模拟领域共收到投稿39篇,投稿数量有所下降,共录用12篇论文,其中有一篇是来自中国大陆的北京大学,位于session 5。
12篇论文共分2个session,分别是模拟接口(session 5:Analog Interfaces)有8篇;模拟技术(session 23:Analog Techniques)有4篇。
徐佳伟教授表示,从趋势上看,模拟设计主要围绕精度、温度和参数这三个方向发展。
前瞻技术领域(Technology Directions)共录用了14篇论文,分为低功耗和安全物联网的创新(session 12:Innovation in Low-power & Secure IoT)、用于量子计算的Cryo-CMOS(session 13:Cryo-CMOS for Quantum Computing)、生物医学器件,电路和系统(session 18:CBiomedical Devices, Circuits, and Systems)、新兴应用的光学系统(session 19:Optical systems for Emerging Applications)4个session。
前瞻技术入选的论文有9篇来自北美,中国大陆的北京大学有一篇入选session 12。
电源管理领域共有59篇投稿,录取了18篇,共分为两个session,分别是DC-DC转换器和高压、GaN和无线充电。
18篇论文共分为两个session,分别是DC-DC转换器(session 17)、和高压、GaN和无线充电(session 33)。中国大陆的浙江大学、东南大学和中国科技大学为session 33有贡献了3篇文章。
session 17的主席是来自西安交通大学的耿莉教授。
射频领域有69篇投稿,录用了22篇,分为四个session,分别是高性能压控振荡器(session 20:High Perfoormance VCOs)、太赫兹电路和前端(session 23:THz Cicrcuits and Frontends)、射频功放和前端技术(session 26:RF PA and Frontends Techniques)、频率合成器(session 32:Frequency Synthesizers)。
射频领域是中国大陆的入选大户,今年同样有5篇入选,电子科技大学雀屏2篇,澳门大学、清华大学和北京大学各1篇。
session 26的主席是来自复旦大学的徐洪涛教授;session 32的主席是来自清华大学的邓伟教授。
虽然没有对数字电路/数字系统进行点评和分析。但我们可以看到,数字电路(DCT)、数字系统(DAS)各有1篇入选,数字系统(DAS)还有一篇来自百度的特邀论文。
在数字电路(DCT)领域,可喜的是,中国大陆在低功耗领域取得突破,南京低功耗芯片技术研究院有限公司十年磨一芯,依托东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心在2010年启动的低功耗芯片的研究成果,进行二次开发,最终在ISSCC喜结硕果。
在数字系统(DAS)领域,电子科技大学贡献了1篇关于可重构的AI处理器。特邀报告也是关于AI处理器的。
射频技术(RF)、数据转换(DC)、电源管理(PM)三大领域是中国在ISSCC中的传统论文贡献大户,在ISSCC2021继续高歌猛进,分别入选5篇、3篇、3篇。中国大陆在机器学习(ML)和无线传输(WLS)两大领域的研究,未来将成为中国大陆后继论文大户。
从ISSCC2017开始,论文评审首次采用双盲审,评审结果出来前,审稿人看不到作者信息,以提高公平公正性,防止一些固有印象或“关系户”影响评审结果。积极的一面是,确实对作者相对公平了。以前,你如果是挂着某个大牛的名字,自然就会提高录取概率,现在这种现象就减少了。
然而,不好的一面是对于工业界和学术界对比就不是很公平了。以前来自学术界和工业界的论文基本各占一半,而目前来自工业界的文章减少了。原因大概是,屏蔽作者信息后,很难知道论文来自学术界还是工业界。
工业界为了产品在各种工艺、电压、温度下稳定,留了很大的设计余量。而学术界一般只要常温下能挑出几个芯片能工作,就可以写文章了。所以工业界的设计,会耗费更多的功耗、面积等,计算优值(FOM)的时候,肯定是吃亏的。工业界只在一些方向上优势明显,如高速ADC、工艺、存储等领域成本高、难度大,学校很难有足够的资金支持。
学术界包括美国斯坦福大学、麻省理工、密西根大学、加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校、代尔夫特大学、台湾清华、台湾交大、韩国先进科技学院、韩国浦项大学等等。 有稳定ISSCC论文产出,是一个学校在此行业先进学术水平的体现。
工业界包括英特尔Intel、IBM、台积电TSMC、联发科MediaTek、三星Samsung、德州仪器TI、ADI、博通Broadcom等。ISSCC的光环对于每个从事集成电路设计的人来说都极有吸引力。然而,对于公司来说,并不是每个公司都热衷乐于发文章。有些公司更是禁止发表论文,但是却积极参与会议,主要是学习最新的技术。
ISSCC对于论文演讲质量要求极高,演讲质量高的文章,需要演讲者不快不慢,正好在规定时间讲完。论文演讲时间分30分钟长论文和15分钟短论文。演讲者(Speaker)必须严格掌握时间。
30分钟长论文,讲23分钟,7分钟问答和切换下一个演讲者。15分钟短论文,讲12分钟,3分钟问答和切换下一位演讲者。
所以,所有演讲者必须在会前一天和会议主持人一起进行预讲练习,流程跟正式会议一样,根据预演情况再进行调整。即使如此,面对台下几百上千的听众,其中包括很多业界大牛、书籍作者,临场还是容易紧张的。
会场前方放着两个直立话筒,演讲结束,提问者直接走到话筒前排队提问,限制每个人只能问一个问题。每天晚上,对于当天的演讲者还要参加作者访谈(author interview)或演示(demo),听众可以继续对感兴趣的问题进行交流。