比特微“全定制”颠覆传统芯片设计，搭载它的神马M10矿机9月问世

在厦门海沧举办的“2018集微半导体峰会”“AI/5G论坛”上，矿机（区块链服务器）及其芯片的黑马——深圳市比特微电子有限公司董事长兼总经理。同时担任CTO的杨作兴博士上台介绍了全新的全定制设计方式。 他表示，采用这种方法设计的16nm区块链芯片BT1800与竞品相比，功耗和成本降低了约50%。 该芯片将应用于9月19日发布的神马M10矿机，算力指标为33T~35T。

据悉，成立仅两年多一点的比特微，迄今已累计营业额18亿元。 主业是矿机，核心是芯片。 比特微全定制芯片为何如此高效？ 它的设计方法能否推广到其他芯片设计领域？ 会上，杨作兴博士作了《全定制设计——人工智能与区块链的基石》报告。 会后，电子产品世界的记者采访了他。

新的“全定制设计方法”

全定制设计并不是一个新的方法，它诞生于1980年代和90年代，后来被EDA（电子设计自动化）工具的兴起所掩盖。

事实上，一些公司仍在使用全定制设计方法。 比如高通、苹果等公司的手机芯片，可能还在用这种方式，只是很少告诉外界。

完全定制有几个特点。 下图为业界常用的芯片设计流程。 方法是用高级语言写代码，代工单元库，综合成门级网表，然后做自动布局，然后用工具生成时钟，再布线形成GDS。

全定制设计中存在三个不同的地方，如下图所示。

第一种是使用自己的单元库，而不是代工厂的单元库。 为什么要使用自己的单元库？ 因为代工厂的单元库是面向所有客户的，必须考虑所有应用的范围，所以在一些特殊的场景下，在面积、功耗、速度上可能不是最优的。

第二逻辑综合。 杨博士现在又回到了手工编写门级网表的时代。

第三个是看似最愚蠢的事情，就是手动排版。 很多人会认为这很疯狂。 我们做PCB（印刷电路板）的时候，有几颗芯片，几百个电阻电容，都是人工布局的。 但是在芯片里面，在几千万个单元器件的情况下，谁会傻到去手动排列呢？ 但有时不可能的事情实际上是可能的。 比特微进行了手工布局，用自己的库手工编写门级网表，称为“全定制设计”。 当然，还有比这更极端的。 据说高通可以自己做PDK MODEL，这是除了代工之外还能做自己PDK MODEL的公司！

全定制的优势

比特微做了三个实验，可以说明全定制的优势。

第一个实验是2011年做的900MHz RFID TAG（射频识别标签）芯片。它有一个重要的特点：它是无源的，所有的能量都来自电磁波，从空气中吸收电磁波。 这时候还不是完全定制化的设计，杨博士只做了一件事：手动写下几千个门的逻辑。 结果，功耗优化了5倍，功耗×面积优化比达到了11倍。

第二次实验是在2015年（当时做了28nm的BTC（比特币）芯片，之前的APR方式功耗是513W（如下表），友商全定制方式达到了300W ×成本优化比例达到4.28倍，与APR方式相比，功耗和成本比APR方式降低了一半，功耗×成本优化了11.88倍。

第三次实验是两年后的2017年，尝试BTC在16nm的芯片应用。 比特微将功耗优化至65W，功耗×成本优化比达到5.54倍（下表黄色字）。

如何实现全定制设计？

这里有四个重点，第一是单元库，第二是手工布局，第三是时钟，第四是手工门级网表。

*细胞库。 比特微做的库在功耗、面积、速度上都有很大的优势。 但是，一些非常特殊的应用环境，如果处理不当，就会出现问题。 比特微的库从28nm到16nm的库都做了。

* 手动布局。 一般的APR方法是达到50%~70%，而在比特微全定制中最好的记录是达到97%。 因为在比特微的设计中，每一寸土地都是宝贵的，布局上不能有空隙。

*时钟。 传统的设计方法是SKEW越小越好，但在全定制中，恰恰相反——所有寄存器不能工作在同一个时钟相位，必须按照一定的计划在交错的峰值上执行，这将大大降低功耗和速度。 大加。

* 门级网表。 前后端一起设计比较困难。 因为传统的芯片设计是逻辑设计和物理设计分开的，各个部门之间存在一定的差距。 比如写代码的人并不知道最终的单元设备长什么样，也不知道自己的作品最终会是什么样子。 后端工程师不知道这个功能是干什么的。 对于全定制设计，在写代码的时候，需要知道自己写的设备的面积、功耗、速度等是否是独一无二的。 如果没有，请询​​问是否有更好的选择。 在设计设备时，需要考虑需要连接到谁，线路有多长，速度有多快，耗电量有多大，会不会不平衡。

“全定制设计方式”可推广至其他领域

完全制定的方法论社会首先会成为虚拟货币和人工智能领域的主要方法论，然后可能会逐渐扩展到手机、PC、服务器和物联网领域。 全定制设计虽然是手动的，但也采用了模块化的概念，但与以往的模块不同。 过去，模块只有逻辑信息，没有物理信息。 现在除了逻辑信息，还有物理信息，可以分层出来。

虚拟货币领域起步于2013年btc散热技术，中国电力率先参与。 到2015年，中国电力开始领先。 到今年——2018年，全世界只有中国大国在做虚拟货币。 相信完整的制定方法论可以帮助中国力量在世界半导体历史上起到中流砥柱的作用。

设计行业可靠“全定制”扛起摩尔定律大旗

从28nm到16nm、10nm、7nm，甚至到未来的5nm……，半导体工艺代代相传，却即将遭遇残酷的现实。 虽然每过18个月，半导体厂/晶圆代工厂就非常努力地让我们单位面积的晶体管数量不断增加，但我们悲观地发现，虽然工艺在进步，但带来的好处却越来越少。 比如从28nm到16nm，面积缩小了40%，速度提高了30%。 %~40%。 并且相同电压下的功耗没有改善。 28nm之前的优势是功耗降低一半，面积减少一半以上，速度提高一倍以上。 但是现在，这样的好事一去不复返了。

现在是设计工程师为这个行业做贡献的时候了，设计上还有很大的挖掘空间，可以接手制造业，继续扛起摩尔定律的大旗，做摩尔定律再往前走五年或十年。 .

热门问答

*全定制与人有很大关系

这种全定制方式的实现，跟人有很大的关系，对工程师的理解要求非常高。 以前我们喜欢用EDA工具做芯片，但是以后要做的一定要一丝不苟，每个部分都要恰到好处。

其实需要积累的有两点，一是IP。 第二，能学会的人很少。 光靠自己看书是学不会的。 需要师傅带徒弟，积累人才需要一点时间。 杨作兴博士认为，这样的人才，两三年、五年、十年应该都可以培养出来。

但在做小芯片方面，全定制和EDA工具的效率相差无几。 例如，一个全定制的芯片可以在三到六个月内完成（注：一个全新的芯片大约可以在六个月内完成）。 对于未来比较大的CPU和AI芯片，全定制的方式会比较慢，需要一个过程。

*区块链对芯片的需求

区块链对芯片的需求主要有两个，一个是BTC，一个是ETH。 比如比特币、ETH等都适合做ASIC。

比特微的第一代芯片是BT1000，销量也有1亿颗。 现在推出的是第二代16nm BT1800芯片，不过性能比目前自称16nm的同行要高，功耗也和同行差不多。 一半，成本降低约50%。

因此，全定制具有很大的性能扩展潜力。 上面说了，杨作兴医生两年时间翻了一番。 为什么能超越呢？ 是因为这两年加入了一些新的想法。

*区块链与人工智能的关系

谈及区块链与人工智能的关系，杨作兴博士认为，区块链解决的是生产关系，而人工智能解决的是生产力问题。 因为区块链解决了信任的问题，也因为区块链利用技术的力量把系统写成代码，没有人可以运行这个系统，让机器非常值得信任。 人工智能最重要的是解决生产力的问题。 人工智能有N种应用，但杨博士认为，最好的应用是在提高工业生产效率方面btc散热技术，这是对人类影响最大的地方。

*比特币趋势

当前比特币价格下跌，未来行情走势如何？ 杨作兴指出，比特币的行情周期很大程度上与四年一次的减半有关。 2016年减半，减半后2017年大涨，之前2012年减半，2013年又涨了，大涨后又看跌了一年。 今年大涨之后，可能又要看跌一年。

我们做电子产品的人看重的是这个产品能不能满足刚需。 杨博士对比特币的未来充满期待。 也许比特币会跌几次，但未来会涨N次。

*下一个AI芯片规划

AI是比特微的一个重要方向，我们计划在2019年开始尝试。比特微在等两件事。 首先是资金充足，因为做芯片很难赚钱。 比如，杨作兴博士从2001年至今，先后在方舟、中星微等多家公司工作。 经历过赚钱的艰辛，所以一直在想怎么用芯片赚钱。 AI虽然是一个重要的方向，但是AI需要等应用和算法赚钱。 而且，做芯片和算法是很辛苦的工作，不像软件，一个19岁的学生就可以做，做芯片没有十几两年的经验积累是不行的。 因此，比特微将坚持芯片与算法合作的策略。 算法公司是AI行业的先行者，希望能帮助芯片公司先走多远。 前期肯定不容易，尤其是做芯片的时候。 芯片的特点是不能以任何方式改变。 筹码出去后，就不能再动了。

那么，现在很多算法公司都在推自己的芯片，是时候做AI芯片了吗？ 杨作兴博士指出，并不是说现在人多做芯片的时代已经到来。 MicroBT的想法很简单，就是功耗比别人低。

*为什么只有中国制造比特币芯片？

搭载比特微BT1800的神马矿机产品将于今年9月19日发布。 M10矿机产品目前指标为33T-35T，是目前市场上性能最高的。

为什么目前只有中国在生产比特币芯片？ 其实芯片看似简单，实现起来却很难。 即使一些大公司人多，也无济于事。

集成电路领域需要拔尖、极致的人才。 因为芯片行业不同于其他行业，其他行业有产业壁垒，而我们芯片行业没有，我们需要高质量的产品。 芯片制程达到7nm后，每款产品的销量都需要上亿才算性价比，能够达到上亿的爆款产品寥寥无几。 目前只有手机能达到数亿，PC销量一直在下滑。 所以未来每个领域一个顶尖的人来领导芯片的生产就够了，全球十几个顶尖的人就够了，不需要搞几十万人来做设计。

*比特微2017年净利润上亿元

比特微成立于2016年，包括矿机在内的业务第一年销售额4.3亿元，净利润超过7000万元； 2017年上半年实现销售额13亿元，实现净利润数亿元，上缴税金近亿元。

*中国是工业的沃土

很多人创业开公司都是海归背景——在国外工作了十几二年，但杨作兴博士一直在本地做芯片设计。 他为什么不选择出国，他成功的资本是什么？ 杨作兴博士说，如果是一个产业，还是在国内做比较好，因为很多学生从国外回来创业。 同时，国内学员经商10余年，积累了丰富的经验。

杨作兴博士最大的感受就是：没钱的时候特别想发财，有钱的时候想做点什么，为这个行业做点什么。 杨博士希望全定制方法论在区块链和人工智能中发挥更大的作用。

受访者杨作兴博士与比特微和集微大会请参考以下新闻背景信息。

清华博士执业20余年

杨作兴先生，博士。 来自清华大学工程物理系。 他在芯片和硬件设计方面拥有超过 20 年的经验。 历任多家公司芯片/硬件工程师、技术主管、CTO、总经理、董事长。 经验，独创全定制低功耗、高性能芯片设计方法论，成功应用于多种芯片，取得商业成功。 杨作兴博士在技术管理、企业管理、公司管理等方面也具有丰富的经验。

2016.7-至今创立比特微，历任董事长、总经理、CTO。 主导设计28nm低功耗高性能区块链BT1000芯片，应用产品销售额约20亿元。 第二代16nm芯片BT1800芯片具有业界领先的功耗和成本，预计创造约100亿元的销售额。

2015.2-2016.6 兼职，采用自创全定制设计工程方法，带领北京比特大陆设计了三款区块链矿机专用芯片，S7、S9、L3。 功耗和成本在当时处于行业领先地位，其产品S7、S9、L3分别为企业创造了20亿、200亿、20亿的利润。

2014.3-2015.2 进入区块链行业，成立深圳市金迈科技有限公司，后进入深圳比特泉科技，担任IC设计总工程师，将自创芯片全定制设计工程方法应用于区块链芯片首次设计，功耗和成本降低50%，引领行业技术方向。

比特微成立2年，专注于区块链服务器和ASIC

深圳市比特微电子科技有限公司（以下简称“比特微”）成立于2016年7月，主营业务为区块链领域ASIC芯片及产品/解决方案的研发、生产和销售和人工智能。 并提供相应的系统解决方案和技术服务。

比特微研发团队拥有多名清华、北大等名校博士、硕士，在知名集成电路、通信领域平均拥有超过15年的芯片设计和产品开发成功研发经验公司。 创始团队是国内最早将ASIC引入区块链计算设备领域的团队之一，比特微现有研发人员占公司40%以上。

比特微是一家拥有完整设计流程和大量自主核心技术的芯片设计和产品公司。 核心技术涵盖算法、集成电路微结构精细优化、低功耗技术、先进芯片封装技术、系统级供电与散热技术等，这些核心技术和工程方法已成功验证并应用于量产公司的区块链服务器芯片和产品。

比特微现阶段的主要产品是区块链服务器和ASIC芯片。 与业界以往采用的GPU方案和FPGA方案相比，其自主研发的芯片产品大幅提升了计算性能，降低了系统成本。 区块链计算领域竞争优势明显。 除了目前专注于区块链领域，比特微响应国家芯片战略。 根据公司发展战略和规划，拟通过自主研发和战略合作，将芯片及产品核心研发能力向人工智能等其他产业转移。 计算领域探索扩展。

“第二届集微半导体峰会”在厦门召开

中国厦门 2018年8月31日，由极微网、中国半导体投资联盟、厦门半导体投资集团有限公司主办的2018第二届极微半导体峰会在厦门海沧隆重举行。 本届峰会以“产业资本的风向标”为主题，规模较第一届更为盛大。 近千名来自中国半导体行业的高管、高层投资机构、各地政府高级官员参加了本次大会，共商中国集成电路产业投资大计。 和发展计划。