為什么說(shuō)EDA工具是芯片設(shè)計(jì)的核心?

盡管很多人還在糾結(jié)光刻機(jī)，但是中國(guó)現(xiàn)在最難的其實(shí)并不是光刻機(jī)，而是EDA工具，EDA全稱是Electronic design automation，也就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，來(lái)完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。

在二十世紀(jì)七十到八十年代，設(shè)計(jì)人員依靠手工完成電路圖的輸入、布局和布線。由于這一時(shí)期的電路集成度不高（幾百到上千個(gè)晶體管），依靠手工在坐標(biāo)紙上描繪出晶體管圖形（版圖），輸入到圖形發(fā)生器再用“刻紅膜”的方式制作光刻版。

從1970年代開(kāi)始，隨著復(fù)雜的半導(dǎo)體以及通信技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路已經(jīng)無(wú)法滿足信息社會(huì)，集成電路的研究、發(fā)展也逐步展開(kāi)。這個(gè)時(shí)候超大規(guī)模集成電路也開(kāi)始應(yīng)運(yùn)而生，超大規(guī)模集成電路的集成度已達(dá)到600萬(wàn)個(gè)晶體管，線寬達(dá)到0.3微米。用超大規(guī)模集成電路制造的電子設(shè)備，體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。

隨著超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，可編程邏輯器件開(kāi)始成熟，通過(guò)編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)、驗(yàn)證電路，利用工具綜合得到底層物理設(shè)計(jì)，這樣IC設(shè)計(jì)變得更加快速高效。

到目前為止，EDA工具已經(jīng)是芯片設(shè)計(jì)不可缺少的工具，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，人類(lèi)社會(huì)運(yùn)使用的數(shù)百種芯片都是通過(guò)EDA設(shè)計(jì)出來(lái)的，它就像是廚具和食材，可以烹調(diào)出各種各樣的菜式。如果沒(méi)有EDA工具，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都是為EDA設(shè)計(jì)的芯片所服務(wù)的。

如果沒(méi)有EDA，高通、華為、蘋(píng)果等一系列芯片廠商都將無(wú)法研制新的芯片，完成芯片迭代升級(jí)。

但是EDA并不是一種工具，而是數(shù)十種工具的集合，EDA工具分為三部分：前端（Verilog數(shù)字描述、以及數(shù)?；旌希缓蠖耍≒lace＆Routing布局與布線）；驗(yàn)證（DRC／LVS 等）。

舉個(gè)例子，制定要設(shè)計(jì)麒麟9000 ，那他就要先制定好芯片規(guī)格，也就像功能列表一樣，包括芯片需要達(dá)到的具體功能和性能方面的要求。這樣研發(fā)人員才能拿出設(shè)計(jì)解決方案和具體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，劃分模塊功能。

然后芯片設(shè)計(jì)工程師就要進(jìn)行硬件描述語(yǔ)言形成代碼，然后再通過(guò)仿真驗(yàn)證來(lái)檢驗(yàn)編碼設(shè)計(jì)的正確性，檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)就是第一步制定的規(guī)格?？丛O(shè)計(jì)是否精確地滿足了規(guī)格中的所有要求。規(guī)格是設(shè)計(jì)正確與否的黃金標(biāo)準(zhǔn)，一旦違反、不符合規(guī)格要求的，就需要重新修改設(shè)計(jì)和編碼。

仿真驗(yàn)證通過(guò)之后進(jìn)行邏輯綜合，綜合完成后需要再次做仿真驗(yàn)證，然后再進(jìn)行驗(yàn)證，這個(gè)時(shí)候得到了門(mén)級(jí)網(wǎng)表電，就進(jìn)行后端設(shè)計(jì)，這里面每一個(gè)步驟都需要用到不同的EDA工具，比方Design Compiler進(jìn)行時(shí)樹(shù)鐘綜合、Astro布局布線流程、時(shí)序設(shè)計(jì)軟件primetime等等，所以很多人只關(guān)注芯片制造，但是卻不知道芯片設(shè)計(jì)的重要性，中國(guó)還有非常多高端芯片無(wú)法通過(guò)EDA設(shè)計(jì)出來(lái)，比如FPGA、AD數(shù)模轉(zhuǎn)化、射頻等等。

所以不要以為華為只是購(gòu)買(mǎi)了ARM架構(gòu)套個(gè)殼，ARM架構(gòu)只是一個(gè)毛坯房，精裝修還是要靠自己，而這個(gè)精裝修難度是非常高的，需要的資金、人才都非常多。

某種程度上說(shuō)，EDA就如工匠手中的工具，是芯片設(shè)計(jì)方案與半導(dǎo)體物理世界的紐帶，失去了它，就切斷了與原材料晶圓廠之間的聯(lián)系，芯片也就無(wú)從談起。

目前，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三家EDA廠商壟斷了全球市場(chǎng)，規(guī)模來(lái)看，Synopsys目前全球最大，2018年市場(chǎng)份額32.1%，Cadence僅次于Synopsys，2018年市場(chǎng)占有率22.0%，Mentor Graphics的占有率在10%左右。

三大 EDA 供應(yīng)商都能提供全套的芯片設(shè)計(jì)解決方案，包括模擬、數(shù)字前端（圖形編輯、邏輯綜合）、后端（Layout）、DFT（可測(cè)性設(shè)計(jì)）、Signoff 等一整套設(shè)計(jì)工具。Cadence 的強(qiáng)項(xiàng)在于模擬和混合信號(hào)的模擬仿真和版圖設(shè)計(jì)，Synopsys的優(yōu)勢(shì)在于邏輯綜合、數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff，而Mentor的優(yōu)勢(shì)是 Calibre signoff 和 DFT，在PCB設(shè)計(jì)方向更顯特色。

中國(guó)目前也有自己的EDA廠商，那就是華大九天、廣立微、芯禾科技三大EDA巨頭。

雖然經(jīng)過(guò)了整整20多年的發(fā)展，但是國(guó)內(nèi)的EDA廠商EDA產(chǎn)品并不齊全，尤其在數(shù)字電路方面，我們整個(gè)國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)在這個(gè)領(lǐng)域短板明顯。

其次，因?yàn)閲?guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并沒(méi)有形成一個(gè)完善的產(chǎn)業(yè)鏈，像Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，它們?cè)谛鹿に囬_(kāi)發(fā)階段就與晶圓制造廠合作，因此對(duì)工藝?yán)斫夂艿轿?，反過(guò)來(lái)可以更好地改進(jìn)工具以支持先進(jìn)工藝。

但中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不完善，整個(gè)半導(dǎo)體生態(tài)不夠成熟國(guó)內(nèi)EDA廠商與先進(jìn)工藝結(jié)合比較弱。國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)與先進(jìn)工藝結(jié)合不夠的原因，從而在EDA的研發(fā)突破上難度會(huì)更高。

另外，因?yàn)镋DA研發(fā)太難了，中國(guó)的EDA人才僅有數(shù)百人，完全不夠支撐整個(gè)中國(guó)EDA工具的研發(fā)與突破。

目前，國(guó)家真正大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并且想要打造一個(gè)完善城市的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，這是中國(guó)EDA工具發(fā)展的大好時(shí)機(jī)，中國(guó)EDA工具可以趁這個(gè)機(jī)會(huì)，多招募資金，多招募人才，多與上下游廠商配合，打造屬于中國(guó)自己完整的EDA工具產(chǎn)品，并且與海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)！
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