算力狂飆下的“能效”革命：英諾達(dá)如何用國(guó)產(chǎn)EDA給AI芯片“降功耗”？

在人工智能與高性能計(jì)算迅猛發(fā)展的今天，全球算力需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，而隨之而來(lái)的能耗問(wèn)題已成為制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

算力爆發(fā)的背后：日益嚴(yán)峻的能耗挑戰(zhàn)

根據(jù)中國(guó)信通院《綠色算力發(fā)展研究報(bào)告》（2025）數(shù)據(jù)顯示：2025至2030年間，全球數(shù)據(jù)中心累計(jì)IT設(shè)備負(fù)載將新增106GW，年均增長(zhǎng)達(dá)17.7GW。這一數(shù)字背后，是AI服務(wù)器作為核心驅(qū)動(dòng)力所帶來(lái)的巨大能源壓力。

為更直觀地理解這一規(guī)模，王琦博士做了一個(gè)生動(dòng)的類(lèi)比：中國(guó)三峽水電站的總裝機(jī)容量約為22.5GW。這意味著，年均新增的17.7GW負(fù)載，相當(dāng)于每年需新增近0.8個(gè)三峽水電站的發(fā)電能力；而規(guī)劃期內(nèi)全部新增負(fù)載，則需近5個(gè)三峽電站滿負(fù)荷運(yùn)行才能滿足；若以核電為參照，一個(gè)典型核電機(jī)組的功率約為1GW，那么每年新增負(fù)載相當(dāng)于需新建17至18臺(tái)核電機(jī)組。

在微觀層面，單次AI請(qǐng)求的耗電量同樣令人震驚。一次標(biāo)準(zhǔn)Google搜索耗電約0.3Wh，而一次AI驅(qū)動(dòng)的Google搜索耗電高達(dá)8.9Wh，提升近30倍（中國(guó)信通院《綠色算力發(fā)展研究報(bào)告》（2025））。王琦指出：“這還只是開(kāi)始。當(dāng)前AI系統(tǒng)的能效，距離人類(lèi)智能的‘節(jié)能水平’仍有巨大差距?！?/p>

芯片功耗的急劇攀升：從300W將到2000W的挑戰(zhàn)

隨著制程工藝與架構(gòu)迭代，AI/HPC加速芯片的熱設(shè)計(jì)功耗持續(xù)攀升。據(jù)SemiAnalysis數(shù)據(jù)，該類(lèi)芯片的TDP（Thermal Design Power，熱設(shè)計(jì)功耗）從2017年的約300W迅速增長(zhǎng)至1400W，未來(lái)很可能突破2000W。英偉達(dá)、AMD等廠商的產(chǎn)品均呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。

以英偉達(dá)H100 GPU為例，其TDP達(dá)700W，而新一代GPU產(chǎn)品功耗提升至1400W。相比之下，CPU的功耗增長(zhǎng)較為平緩。一般家用蒸汽電熨斗的功耗通常在1000瓦到2500瓦之間，取中間值則是1500瓦。也代表新一代GPU的功耗水平已接近家用電器如電熨斗的功耗水平，這迫使數(shù)據(jù)中心必須采用液冷等先進(jìn)散熱方案。

功耗問(wèn)題不僅是技術(shù)問(wèn)題，更是商業(yè)戰(zhàn)略問(wèn)題

在算力爆發(fā)的時(shí)代，芯片功耗問(wèn)題已經(jīng)超越了傳統(tǒng)意義上的技術(shù)范疇，演變?yōu)橛绊懫髽I(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略要素。王琦博士對(duì)此有著深刻的洞察，他將高功耗帶來(lái)的挑戰(zhàn)系統(tǒng)性地歸納為三個(gè)關(guān)鍵維度：

技術(shù)維度：物理極限的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著制程工藝的不斷演進(jìn)，芯片面臨的功耗挑戰(zhàn)呈現(xiàn)出三重技術(shù)困境：動(dòng)態(tài)功耗呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，電源管理復(fù)雜度急劇上升，散熱方案逐漸逼近物理極限。迫使整個(gè)行業(yè)轉(zhuǎn)向液冷等更先進(jìn)的散熱方案。然而，這僅僅是治標(biāo)不治本的應(yīng)對(duì)之策。

商業(yè)維度：市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的直接威脅。在商業(yè)層面，功耗問(wèn)題直接轉(zhuǎn)化為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)壓力。過(guò)高的功耗導(dǎo)致產(chǎn)品在能效比這一關(guān)鍵指標(biāo)上失去競(jìng)爭(zhēng)力，制造成本因需要復(fù)雜的電源管理和散熱系統(tǒng)而大幅攀升，更重要的是，為了解決功耗問(wèn)題而延長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期直接影響了產(chǎn)品的上市時(shí)間。

戰(zhàn)略維度：發(fā)展路徑的根本抉擇。王琦博士表示：“當(dāng)前行業(yè)中‘重散熱、輕能效’的做法，就像發(fā)燒了就吃退燒藥，咳嗽就用止咳藥，只解決表面癥狀而不究其根本。而我們應(yīng)該學(xué)習(xí)中醫(yī)思維，注重系統(tǒng)調(diào)理，從設(shè)計(jì)源頭控制功耗。”

這種理念的差異反映了企業(yè)在技術(shù)路線上的戰(zhàn)略選擇。是繼續(xù)沿著“高功耗-強(qiáng)散熱”的老路艱難前行，還是轉(zhuǎn)向“源頭控制、系統(tǒng)優(yōu)化”的新路徑，這已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)乎企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略決策。

功耗設(shè)計(jì)流程的三大瓶頸

在深入分析行業(yè)痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，王琦博士指出了當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)流程中存在的三個(gè)根本性瓶頸，這些瓶頸嚴(yán)重制約了功耗優(yōu)化工作的效率和效果。

瓶頸一：優(yōu)化窗口的時(shí)效性困境。“功耗優(yōu)化必須宜早不宜遲”，這是他反復(fù)強(qiáng)調(diào)的核心觀點(diǎn)。當(dāng)前行業(yè)中普遍存在的誤區(qū)是將功耗優(yōu)化工作后置，待到設(shè)計(jì)后期甚至流片前才著手解決。然而，功耗優(yōu)化的效果與介入時(shí)機(jī)密切相關(guān)。一旦錯(cuò)過(guò)早期優(yōu)化窗口，后續(xù)能夠采取的優(yōu)化措施將極其有限，效果也會(huì)大打折扣。

瓶頸二：分析效率的工程學(xué)挑戰(zhàn)。精度功耗分析嚴(yán)重依賴后仿真的完成，這個(gè)過(guò)程通常需要數(shù)天甚至數(shù)周時(shí)間。以一個(gè)中等規(guī)模的AI芯片設(shè)計(jì)為例，完成一次完整的后仿真可能需要2-3周時(shí)間，期間需要處理數(shù)十GB的波形文件，消耗大量的計(jì)算資源。這種漫長(zhǎng)的分析周期嚴(yán)重制約了設(shè)計(jì)迭代的速度，使得工程師難以及時(shí)獲得反饋并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

瓶頸三：工具生態(tài)的協(xié)同性難題。現(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)流程中使用的工具鏈存在割裂現(xiàn)象。各個(gè)設(shè)計(jì)階段使用不同的工具和功耗模型，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，信息傳遞不暢。這種割裂導(dǎo)致設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要在不同工具間進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和驗(yàn)證，不僅大幅增加了工作量，還引入了額外的誤差風(fēng)險(xiǎn)。更重要的是，這種碎片化的工具生態(tài)使得全局性的功耗優(yōu)化難以實(shí)施。

英諾達(dá)的破局之道：全流程協(xié)同的解決方案

面對(duì)以上瓶頸，英諾達(dá)提出了“前端介入、全程協(xié)同”的解決方案。EnFortius?凝鋒?系列低功耗EDA工具。實(shí)現(xiàn)在架構(gòu)設(shè)計(jì)、RTL編碼等早期階段就開(kāi)展功耗優(yōu)化工作。

其中，EnFortius? RTL Power Explorer（ERPE）能夠在設(shè)計(jì)早期自動(dòng)識(shí)別功耗優(yōu)化機(jī)會(huì)，實(shí)測(cè)可幫助客戶降低動(dòng)態(tài)功耗；而EnFortius? Gate-level Power Analyzer（EGPA）通過(guò)創(chuàng)新的波形重放功能，將功耗分析周期從數(shù)周縮短至數(shù)小時(shí)，同時(shí)保證精度在簽核工具的3%以內(nèi)。

這種全流程的協(xié)同優(yōu)化模式，不僅解決了各個(gè)階段的具體問(wèn)題，更重要的是建立了貫穿始終的功耗優(yōu)化體系，使功耗管理從被動(dòng)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)規(guī)劃，從局部?jī)?yōu)化升級(jí)為系統(tǒng)優(yōu)化。

正如王琦博士所言：“我們正在推動(dòng)一場(chǎng)芯片設(shè)計(jì)方法的革命——從依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的藝術(shù)，轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)?！边@場(chǎng)變革的核心，就是要打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的壁壘，實(shí)現(xiàn)功耗優(yōu)化的前置化、系統(tǒng)化和智能化。

除此之外，英諾達(dá)曜奇?系統(tǒng)驗(yàn)證云平臺(tái)(EnCitius? System Verification Studio)，該平臺(tái)具備以下特點(diǎn)：基于Palladium Z1/Z2/Z3硬件仿真系統(tǒng)構(gòu)建，其總仿真容量超100億門(mén)，單設(shè)計(jì)最大容量達(dá)46億門(mén)；提供PCIe、CXL、USB、Video、Ethernet等各類(lèi)接口板；數(shù)據(jù)加密傳輸、物理隔離、專(zhuān)業(yè)防火墻保障客戶設(shè)計(jì)安全。

同時(shí)，他還介紹說(shuō)，該平臺(tái)不僅提供仿真資源，更與EnFortius工具鏈深度融合，實(shí)現(xiàn)“基于硬件的功耗驗(yàn)證閉環(huán)”，為功耗分析提供準(zhǔn)確的信號(hào)活動(dòng)信息，助力客戶在早期完成架構(gòu)優(yōu)化與功耗調(diào)優(yōu)。

結(jié)語(yǔ)：AI算力發(fā)展正從“粗放階段”走向“精細(xì)時(shí)代”

在王琦看來(lái)，AI算力發(fā)展正從“大力出奇跡”的粗放階段，轉(zhuǎn)向“高能效、高智慧”的精細(xì)時(shí)代?！拔ㄓ袕脑O(shè)計(jì)源頭系統(tǒng)性地解決功耗問(wèn)題，才能真正突破大算力時(shí)代的能效瓶頸?！?/p>

英諾達(dá)以“性能優(yōu)先”為突破點(diǎn)，通過(guò)工具鏈與云平臺(tái)的雙輪驅(qū)動(dòng)，正逐步贏得國(guó)內(nèi)先進(jìn)設(shè)計(jì)公司的認(rèn)可。王琦總結(jié)道：“我們不一定能在所有點(diǎn)上超越國(guó)際巨頭，但我們可以在關(guān)鍵路徑上做得更快、更早、更聰明——這正是國(guó)產(chǎn)EDA的價(jià)值所在。”

責(zé)編：Clover.li