区块链神吐槽全定制方法学
摘要：随着半导体工艺进步带来的好处越来越少，层次化设计解决了芯片的设计复杂性问题。采用全定制方法学，在3-6个月左右的时间里，设计出的芯片的性能比传统APR(自动布局布线）方法学设计出来的性能好大概一个数量级。
集微网报道（文/乐川）由于2017年比特币价格暴涨，矿工挖矿利润所得曾一度高达1400%，即使比特币价格下跌到6000美元之后，矿工的热情仿佛丝毫没有任何动摇，也反映出这个行业“水很深”。但眼下比特币矿机需求依旧旺盛，在目前比特币矿机行业市场集中度高，市场份额排名前两家（比特大陆、嘉楠耘智）占超过80%的市场份额，行业竞争属于寡头垄断的市场格局下，依然有新玩家不断入局。
比特币矿机芯片的发展经历了从CPU、GPU、FPGA到ASIC的四个过程。在这个过程中，提供算力的芯片从通用型逐渐转向了挖矿专用型，即ASIC芯片。
在日前召开的2018第二届集微半导体峰会上，针对这一应用，深圳比特微电子董事长、总经理兼CTO杨作兴提出了全定制方法学。
他指出，全定制方法学是设计集成电路的方法之一，类似方法还有定制法、半定制法以及可编程逻辑器件和逻辑单元阵列设计方法。随着半导体工艺提升一代，带来的好处越来越少，已经接近采用全定制设计本身的好处。
杨作兴解释，全定制设计主要是在RTL设计的晶圆厂单元库、逻辑综合和布局三个设计环节采用定制化、人工化设计。比特微通过在180nm 900MHZ RFID TAG芯片、28nm和16nm BTC芯片等项目上的实践证明，全定制设计的优势在于，方法学通过CELL的优化，PLACEMENT的优化，时钟优化和门级网表优化等四个方面，使功耗优化、面积优化和成本优化都得到大幅提升。采用全定制方法学，在3-6个月左右的时间里，设计出的芯片的性能比传统APR(自动布局布线）方法学设计出来的性能好大概一个数量级。
他以RFID芯片的设计为例介绍说，采用手动逻辑综合，面积缩小了一倍，功耗优化了5倍。而BTC领域，功耗优化更为重要，比特微的神马M3和M10矿机的功耗成本优化相比竞争对手分别提升了11.88倍、5.54倍。
具体到设计流程中的四项优化，比特微自己的单元库、面积和功耗是台积电的三分之一；手动布局可以提升利用率从60%-97%；时钟的优化可以推动计算量错峰运行，优化一倍的功耗；手动门级网表可以大幅优化功耗和门数等参数。
杨作兴强调，随着半导体工艺进步带来的好处越来越少，层次化设计解决了芯片的设计复杂性问题。他认为，全定制方法学会先在虚拟货币和AI领域成为主要方法学，然后逐步扩展到手机、PC、服务器和IoT领域。
比特微成立于2016年7月，主营业务为区块链、人工智能等领域专用集成电路芯片及产品/方案的研发、生产及销售，并提供相应的系统解决方案及技术服务，创始团队是国内最早将专用集成电路引入区块链计算设备领域的团队之一。
杨作兴主导设计的28nm低功耗高性能区块链BT1000芯片，其应用的产品销售额超过20亿元人民币。第二代16nm芯片BT1800芯片，性能、工艺、性价比业界领先，预计可创造约100亿元的销售额。
比特微除了目前所专注区块链领域外，响应国家芯片战略，根据公司发展战略和规划，正计划通过自主研发、战略合作等形式，将其芯片及产品核心研发能力向人工智能等其他重复并行计算领域探索延伸。
杨作兴
我们深知这样一个常理，越是成功的人士越可能是离经叛道者，从中外许多成功企业家包括乔布斯这样的技术狂人，我们都可以看到离经叛道、桀骛不驯的影子，而他们也书写了诸多传奇。而在IC业中，也有一人离经叛道而声名鹊起。要知道，在经过数年的IC业中，产业链不仅从IDM走向设计、制造、封装的高度细分化，而IC设计也普遍采用APR（自动布局布线）方法，几乎已是通行的法则。然而，偏偏有人反其道而行之，回归全定制方法学来趟路IC设计，因缘机会在矿机芯片业大获成功。他就是深圳比特微电子董事长、总经理兼CTO杨作兴。
没错，这就是比特大陆与比特微因专利侵权对簿公堂背后的主角，而诉讼的天平也倾到了比特微一边。抛开双方的恩怨不讲，或许杨作兴自己也想不到在兜转经年之后，最终能在矿机的风云际会时代，找到全定制方法学的种子生根发芽，进而一路绝尘。
想穿皮鞋还是草鞋？
回望起来，杨作兴与芯片结缘在他博士毕业之前却没有一丝端倪。在与杨作兴博士的交谈中，语速极快、思维敏捷的他，对自己的成长以及众多的历程进行了全面复盘。
虽然小时的表现在杨作兴看来并不出奇，但当时其表哥描述的外面的世界很精彩，让杨作兴心生向往，而唯一的机会只能是把书读好，杨作兴开始发奋。进了初中，班主任的“今后想穿皮鞋还是草鞋”的质朴的话激发了杨作兴的斗志，最终以第二名的名次进入了省级重点高中。
到了高中，杨作兴仍是一路开挂，高考时本可以保送成电，但杨作兴的梦想是清华大学，最终如愿所偿，直接硕博连读到清华大学工程核物理系博士。读博士时的博导是知名的赵鸿宾导师，对学术要求非常严谨，杨作兴毕业设计时做的电磁悬浮研究，在这一过程中对电力电子、机电一体化等有了深入的认知。
这为杨作兴今后的就业选择打下了一定的基石。
开倒车？
而在博士毕业之后，第一份工作就是进入北京方舟科技做硬件设计，当时杨作兴设计出了国内首批税控收款机，在系统板级设计方面积累了较深入的经验。
初战告捷，但杨作兴却并不满足，他对芯片产生了强烈的“好奇心”。要知道，这个世界有两个非常宝贵的“预设”，推动了世界的飞速发展：一个预设是“世界的不确定性”，另一个预设是人类的“好奇心”。杨作兴的好奇心，开始引领他进入一条新的探索之路。他觉得在系统级设计太不“过瘾”，开始找机会切入上游。
2004年杨作兴如愿进入当时如日中天的中星微，先后负责开发手机音视频协处理器芯片，以及手机AP芯片项目管理，当时管理了约200人的大团队。
但在管理项目上遇到了诸多意想不到的挑战，一个资深工程师做DDR PHY，做了6个月还没有成功，杨作兴着急上火，建议他这么做那么做，但这位同仁却不干了，对杨作兴的所谓“指教”不以为然，说当初还是我带你入门的呢。
杨作兴股子里不服输的精神被激发出来了，他气不过，亲自上马，从开始手动写门级网表开始，初试牛刀，一个月就搞定了PHY，成为全定制方法的第一次“练兵”。
但全定制方法毕竟与以往的APR不同，很多工程师也不适应这一方法，上层领导看不下去了，当时的一个VP直斥杨作兴是开历史的倒车。
遭遇滑铁卢
正所谓道不同不相为谋，这也成就了杨作兴开启第一次自主创业的契机。
2011年杨作兴前往江苏从事物联网领域的创业，任稻源公司工程副总，从事RFID芯片设计和应用推广。值得一提的是，当时RFID的功耗偏高，很难突破，于是杨作兴又开始第二次研究全定制方法，并成功开发了RFID芯片，峰值功耗降为1.4uA，将功耗优化了5倍，是当年的最高水平。
但在当时市场需求还是没有起量，第一次创业遭遇了滑铁卢。恰逢一个机会，杨作兴又于2013年来到深圳，任职北京君正深圳分公司总经理，推广基于低功耗MIPS芯片的智能手表设计方案。
没曾想，这次经历成为他职业生涯的一个低点，他经历了严重的挫折。以前杨作兴自认为管理能力还不错，但在这里发现自己的管理能力其实非常稚嫩，老板和员工都不满意。在被动出局后，杨作兴也深刻反思了自己的管理风格和水平，认为管理就是与人的交往艺术，而与人的交往就是了解人性，不能仅在物质层面满足，更要在心灵层面加强沟通，这为以后杨作兴的成功创业打下了烙印。
2014年杨作兴重新出发，再次寻找自己新的方向。
矿机时代载沉载浮
如果说杨作兴的这段历程还基本是一个常规的路数，那接下来三年的变化可以说是翻天覆地，因为一个新的时代——区块链开启了。不同的时代有不同领域的浪潮，伴随着区块链时代的矿机芯片浪潮，全定制方法再露锋芒，但因为市场的潮起潮落，杨作兴也经历了几番载沉载浮。
从2014年伊始，杨作兴与烤猫的代理“疯狂小强”以及他的几个同学一起组建了团队，创建了ROCKMINER，做起了“小强矿机”。到7月就将“小强矿机”做了出来，当时币值大约有4000块钱左右，矿机销量大好。但杨作兴自己当老大当惯了，而那时的创业团队成员全是股东，虽然杨作兴是CTO，但感觉还是没有太多话语权。因而不久之后杨作兴离开了小强矿机团队，再次选择了自己创业。
当时杨作兴自己投入50万元，两个朋友各出了15万元，组建了一家新公司高德麦纳科技公司。但在开发出高速风冷之后恰逢市场跳水，杨作兴血本无归，经过痛苦的抉择之后，只能壮士断腕，关闭了公司加入到了烤猫团队比特泉。当时采用全定制方法来首次开发矿机芯片，没想到效果奇佳，功耗和成本降低了50%，结果刚要流片，不幸币价跌盘至900块钱，这下公司撑不住只好解散了。
出师不利，2015年3月杨作兴因而来到了比特大陆的前身——由詹克团创建的迪未数视。而且只待了大约两周时间，杨作兴又被相邀在做RFID芯片时结识的朋友在上海成立的智坤公司帮忙组建团队，而迪未数视创始人詹克团当时认识到全定制方法学的利好，让杨作兴继续将全定制方法学开发矿机芯片。
在上海工作时，杨作兴将S7的芯片开发出来了，并在迪未数视内部方案竞争时胜出。到了2015年7月份，上海智坤的团队组建完之后，杨作兴的创业思想又开始萌动，因为他十分看好无源无线监控摄像头的芯片即AI芯片市场，当时市场上的摄像头都价格高企并且安装昂贵，杨作兴觉得用全定制方法来做特别合适，能够把成本做到500元以内，功耗做到100毫瓦以内。
于是杨作兴从智坤辞职，到处去找投资，在这段时间又利用兼职的时间做出S9芯片。此时时间到了2015年年底，比特币的价格一直看涨，而迪未数视借由杨作兴开发的S7、S9为公司创造了巨额利润。此时杨作兴想正式加入，但谈了6个月，股份一直没谈妥。于是杨作兴再度出走，并于2016年中创办了比特微。
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这几年间杨作兴经历了创业三次、五份工作的起伏，虽然外人看来应该挫败感十足，但对于杨作兴来说，却意味着熔炉中的重生。
正所谓祸兮福所伏，杨作兴进入这一行业是因为机缘巧合；曾经想要离开行业是因为币价跌得太厉害，对行业丧失信心；离开比特大陆是因为股份没有谈好，但却又开启了创业的闸门，而这次创业之后终于锚定，走上了自由之路。
新征途
毕竟这一代创业者，太清楚“时代”那条若隐若现的绳索，抓住机会就能逆袭成功。而杨作兴在多次“失手”之后，这次牢牢抓住了契机，成为用全定制方法学设计矿机芯片并量产的首推者。
正如杨作兴所言：“我本来是在RFID接触到全定制方法学的，如果后来没有转战矿机芯片，可能就不会这样深入地去探究这个东西了。而且比较少见的，就是我这么多年来一直呆在一线搞芯片研发。我在这个领域呆了20年了，如果按常规作法去负责管理岗位，也就没有了悟出全定制方法和试手的机会。”
过往的一切都成为激发“原力”觉醒之旅行，在创建比特微后，在天使轮拿到了500万元，在香港上市公司国微技术董事长黄学良投资之后，又陆续引入了投资，到现在已融资1亿多元。之后，市场给予了超正面的反馈，比特微捷报频传：主导设计28nm的矿机BT1000芯片，其应用的产品销售额超过20亿元；第二代16nm芯片BT1800芯片，功耗和成本业界遥遥领先，预计可创造约100亿元。今年上半年销售额即突破13亿元，净利润高达3.3亿元。
当然业界的质疑仍不绝于耳。在近30年里，由于采用全定制设计芯片周期长，不利于快速推出新产品，很少有人采用全定制的方法学设计芯片。但杨作兴笃定认为，在矿机芯片和AI芯片上，全定制设计非常适合。通过在单元库、逻辑综合和布局三个设计环节采用定制化，实现单元库、PLACEMENT、时钟优化和门级网表优化，使功耗、面积和成本优化得到大幅提升，如果熟练采用全定制方法学，在3-6个月左右就可设计芯片。
当然，全定制方法学并不是没有门槛。杨作兴提到，全定制方法学需要悟性非常高的工程师精雕细刻，且要经过项目磨炼后，才可慢慢把握。杨作兴笑言比特微又被称为变态微，这代表了一种理念即把产品做到变态的极致。
选择了全定制方法并不等于“固守”。杨作兴强调，比特微还是会两条腿走路，即全定制方法和APR 并行。同时，在产品层面，比特微也在考虑2019年进军AI芯片领域。杨作兴的判断是，AI芯片最重要的还是要有应用场景，外加算法的巨大突破，才有真正的机会。目前，比特微也在和一些算法公司进行接触，寻求合作。
而此时矿机行业已进入白热化厮杀的状态，比拼的不只是技术、资本、供应链等全实力，而且区块链大势并不明朗，政策风险如影随形。杨作兴认为，这一市场有很强的周期波动性，如在2012年比特币减半，2013年价格就开涨，随后下滑；2016年又减半，2017年就开始猛涨，2018年处在下滑阶段。但问题是2019年能如所愿上涨吗？
无论如何，一路拼杀过来的杨作兴也定下了杀伐决断的目标：2019年成为比特币矿机芯片行业第一，2022年在其他币种矿机芯片中成为领先者，2025年成为最好的Fabless公司。
荣光与荆棘
时势造英雄，无论是矿机芯片还是AI芯片，都是在移动互联网甚至下一波产业互联网技术洪流中难得的浪潮，无数英雄逐鹿其中，无数光环闪烁加持，但谁能笑到最后？
在命运的伏笔下，杨作兴将波澜起伏的过往一带而过，但表露的不墨守成规和不甘于平庸的特质，不撞南墙决不回头的初心，却在不可知的召唤下将杨作兴引向了荣光之路，但同时也是荆棘之路。
在IC业的发展过程中，向来不缺新生代追赶巨头的场面，也在不断上演英雄迟暮的篇章。在中美贸易战之下，国内对中国芯的渴望从没有像现在这么强烈和急迫，而不革故无以鼎新。当依靠先进工艺设计芯片的竞争优势难以极大拉开竞争差距时，杨作兴的全定制方法学经过不断演进，能否挑战现有的格局继而续写新的传奇？
而杨作兴有更宏大的愿景。他坦言，在比特币领域，中国力量正从2013年的参与，到2015年时的领先，再到2018年称雄；而在AI领域，中国亦在彰显全实力，希望全定制方法可助力中国芯在全球IC史上发挥中坚力量。