本土電子設(shè)計自動化崛起

電子設(shè)計自動化，也就是我們常說的EDA(Electronic design automation)軟件，是指利用計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件，來完成超大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計(包括布局、布線、版圖、設(shè)計規(guī)則檢查等)等流程的設(shè)計方式。

有人說EDA是一個神奇的行業(yè)，參與的公司不多，卻凝聚了人類在電子工業(yè)領(lǐng)域最多的智慧結(jié)晶，被稱作“芯片之母”、“芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠”。此前人們普遍認為芯片是中國科技行業(yè)中最被卡脖子的一個環(huán)節(jié)，但在美國對中興、華為的制裁中我們發(fā)現(xiàn)，一旦EDA工具被限制，整個芯片產(chǎn)業(yè)都可能停擺。

目前Synopsys、Cadence和Mentor三大巨頭占據(jù)著該領(lǐng)域95%的市場，高端復(fù)雜的芯片設(shè)計完全依賴他們的EDA工具。2018年，中國前10大EDA公司銷售額約3.5億元，只占到全球市場份額的0.8%;最新數(shù)據(jù)顯示，三巨頭的員工總數(shù)是國內(nèi)全部EDA從業(yè)人員的十倍以上……巨大的差距讓近兩年來無論是資本市場還是國家政策，都把目光集中在了EDA軟件上。

12月10日，在重慶舉辦的中國集成電路設(shè)計業(yè)2020年會(2020 ICCAD)暨重慶集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路設(shè)計分會理事長魏少軍教授在題為《抓住機會實現(xiàn)跨越》的報告中表示，國產(chǎn)EDA繼模擬全流程設(shè)計工具進入市場參與競爭后，在數(shù)字電路流程上也形成了一系列重要的單點工具。相信再經(jīng)過幾年的努力，中國也可以擁有自己的數(shù)字電路全流程設(shè)計工具。

在2020 ICCAD會議期間，記者采訪了多家EDA企業(yè)管理者，包括Mentor, A Siemens Business全球副總裁、中國區(qū)總經(jīng)理凌琳，芯華章(X-EPIC)董事長兼 CEO王禮賓，以及國微集團旗下國微思爾芯CEO林俊雄、鴻芯微納 CTO王宇成。

Mentor：西門子帶來超越EDA的專業(yè)化資源

EDA是一個永遠需要創(chuàng)新的行業(yè)，在過去的一年中雖然受疫情影響，但Mentor在西門子的支持下收購了一些公司，擴充了其工具產(chǎn)品線?！峨娮庸こ虒］嫛芬矆蟮?，Mentor, A Siemens Business將在2021年1月起更名為Siemens EDA,該組織將繼續(xù)作為西門子數(shù)字化工業(yè)軟件的一部分進行運營。

針對越來越多EDA廠商開始談?wù)摰拈_源概念，凌琳認為，開源做法主要集中在一些技術(shù)做得好的初創(chuàng)公司中，他們把一些基本功能部分開源給設(shè)計者試用，如果需要更多功能時則需要購買?！拔夷壳翱吹竭@類開源工具大部分用于系統(tǒng)板級設(shè)計，但要做一個100億晶體管SoC設(shè)計，目前這類EDA工具開源的可能性幾乎沒有。”

利用新型EDA工具確實可以做出不一樣的產(chǎn)品，或者說達到不同的效果，但從幾家EDA大廠的成本架構(gòu)來看，雖然純利很高，但也是研發(fā)成本最高的一類企業(yè)。高投入帶來高度集中化，包括購買技術(shù)資產(chǎn)和研發(fā)投入。新創(chuàng)公司在開源的同時如果不能保證營收，未來大概率會被大公司并購，所以在凌琳看來，EDA完全開源或者是免費從商務(wù)模式來看可能性不大，至少不會把最精華的部分開源。

唯一存在開源和協(xié)同可能的研發(fā)類型，是與高校之間研究性質(zhì)的合作開發(fā)。比如在美國，一些高校會跟EDA公司合作開發(fā)項目，研發(fā)工具引擎或算法，院校、教授和公司之間進行交叉授權(quán)。

在2016年西門子收購Mentor后，業(yè)界也很期待工業(yè)巨頭和EDA巨頭的結(jié)合會擦出什么樣的火花，能不能做到其他兩家純EDA公司做不到的事情?其實西門子從收購Mentor之初就表露出一個愿景，就是打造一個更完整的閉環(huán)設(shè)計平臺?！癕entor專注的EDA、IC和系統(tǒng)設(shè)計，都是這個平臺的一部分?！?凌琳表示，對于用戶來說，最直觀的體驗是他的芯片不單能在一個系統(tǒng)里展現(xiàn)效能，這個子系統(tǒng)在另外的超級系統(tǒng)里面也會扮演一個角色，“這超越了MentorIC設(shè)計的專業(yè)化資源，包括機械設(shè)計、系統(tǒng)熱力等數(shù)據(jù)分析、服務(wù)都可以通過該平臺完成，這就是西門子數(shù)字化工業(yè)軟件的使命。”

目前EDA和工業(yè)軟件的結(jié)合還處于探索階段，不過在某些特定領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)串聯(lián)，例如在印刷電路板(PCB)工廠中，以及尖端工藝晶圓制造中專業(yè)的制造流程軟件。前幾年西門子提出的“數(shù)字化雙胞胎”概念其實不是EDA行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)用語，而是西門子PLM，指的是把設(shè)計模型到物理世界的模型完全影射，包括所有數(shù)據(jù)的管理。

不過這個概念有一點跟EDA相通，“EDA以前都是設(shè)計檢查，后來演變成為必須建模，需要針對材料、物理現(xiàn)象等去操作。相當(dāng)于把物理世界的現(xiàn)象跟數(shù)字化的設(shè)計模型結(jié)合起來統(tǒng)一管理?！?凌琳解釋道，無論半導(dǎo)體的材料、工藝制程如何變化，都可以將模擬到、仿真到的參數(shù)表征化，再生產(chǎn)。

芯華章：EDA將邁入2.0時代

隨著市場增長以及技術(shù)奇點的到來，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批EDA初創(chuàng)公司，受到行業(yè)以及資本市場的支持和關(guān)注，但國外巨頭在技術(shù)、人才和客戶上有著長時間積累的優(yōu)勢，本土廠商要擺脫路徑依賴，用更前沿的技術(shù)思路來突破。

2020年3月剛成立的本土EDA公司芯華章科技，包括其創(chuàng)始人王禮賓在內(nèi)的多位核心團隊成員，都曾在Synopsys、Cadence等公司擔(dān)任要職。他們專注于決定芯片成敗關(guān)鍵的“驗證”工具，在今年11月，芯華章發(fā)布了其首款EDA產(chǎn)品“靈動”(EpicElf)，以及國內(nèi)率先支持國產(chǎn)計算機架構(gòu)的全新仿真技術(shù)，已經(jīng)在國產(chǎn)飛騰服務(wù)器上通過驗證，能兼容當(dāng)前產(chǎn)業(yè)生態(tài)，并面向未來有助于支持下一代計算機架構(gòu)，可說是中國建設(shè)自主研發(fā)集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)的一大里程碑。

以前的EDA從來沒有分1.0或2.0，在本次大會上，王禮賓率先提出了“EDA2.0”的概念。他談到30年來市場主流在使用的都是EDA1.0，而EDA1.0其實是基于二、三十年前的技術(shù)起點構(gòu)建的，不管是算法還是架構(gòu)基礎(chǔ)，在多年發(fā)展過程中，每當(dāng)有新的協(xié)議、需求，都在不斷往里疊加，并且由于有守住現(xiàn)有市場的出發(fā)點，這些冗余還無法舍棄或重構(gòu)。“以仿真器為例，幾乎所有做芯片的都需要做前端仿真，現(xiàn)在我們使用的都是最新的UVM，但以前的VM沒用了也只能繼續(xù)放在里面?！?王禮賓說到，云和人工智能技術(shù)的出現(xiàn)對EDA工具進化非常有用，但是對EDA1.0時代的工具，仍然很難整體改造。

據(jù)了解，芯華章前不久加入的一位高管，在這個行業(yè)有30年EDA研發(fā)經(jīng)驗，近年來一直致力于研究人工智能和機器學(xué)習(xí)。在加入芯華章之前，他在一家美資EDA公司負責(zé)研發(fā)在主流EDA工具上實現(xiàn)對AI功能的加載，但這一研發(fā)僅能讓AI運用在工具的局部，很難整體上實現(xiàn)運用。而在芯華章，他可以將AI技術(shù)自底層架構(gòu)開始融合,重構(gòu)整個工具。

現(xiàn)在的EDA1.0只是自動化，而未來的EDA技術(shù)一定是智能化的，目前芯華章在做的融合AI、云技術(shù)的EDA可以說是1.X，技術(shù)在向完全智能化的方向演進?，F(xiàn)在驗證技術(shù)分軟件仿真、硬件仿真以及原型等等，具體用哪種技術(shù)往往需要人依據(jù)經(jīng)驗來判斷，而將來的智能技術(shù)不再依賴人工選擇，可以讓芯片設(shè)計更簡單、更普惠。

當(dāng)被問到國外巨頭已經(jīng)領(lǐng)跑，對此芯華章將如何應(yīng)對時，王禮賓認為不能靜止地去看發(fā)展，“今天我們和巨頭當(dāng)時的研發(fā)初期已經(jīng)有了截然不同的技術(shù)起點，掌握著更好的技術(shù)后發(fā)優(yōu)勢，這也就是我們有信心把研發(fā)目標(biāo)定為EDA2.0的原因?！彼孕救A章在找的也不都是EDA人才，還包括互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云方面的專家，通過融合他們的架構(gòu)思想、算法于當(dāng)前的EDA技術(shù)，而不是單純重復(fù)30年前的老技術(shù)。所以我們從來不說去追趕世界先進水平，因為我們的賽道、想法不同于傳統(tǒng)技術(shù)，我們要做出創(chuàng)新的智能化EDA。

芯華章能在短時間內(nèi)獲得行業(yè)的認可，也和8月份宣布的開源生態(tài)項目有關(guān)。他們認為，開源是科技界的一大趨勢，能夠很好地構(gòu)建生態(tài)、推動創(chuàng)新。并且在今年9月份推出了開源EDA技術(shù)社區(qū)并發(fā)布了兩款開源EDA產(chǎn)品，其目的很明確——國內(nèi)研究EDA的人太少，加起來也就一千多人，芯華章希望把大家發(fā)動起來，開源是最好的方法。

“我們有這樣的能力去做這件事，這也是我們的社會責(zé)任，開放的胸懷能夠讓行業(yè)獲得更好的發(fā)展” 王禮賓說到，芯華章在短時間內(nèi)發(fā)布了基于開源的仿真器，并運用一些先進辦法將其速度在一個月內(nèi)翻了一倍，一方面讓大家看見新EDA技術(shù)是怎么做到這一點的;另外“高手在民間”，讓更多的驗證工程師去看這個東西，并且提出正向反饋，在切磋交流之間加速創(chuàng)新，吸引更多人加入到這個領(lǐng)域當(dāng)中。對于開源和商業(yè)之間的平衡，王禮賓表示，“我們可能是中國第一家做開源EDA工具的EDA公司，但不是一個開源的公司，開源不是我們的盈利模式。”

從今年3月到現(xiàn)在很快，芯華章已有三輪金額不小的融資。對這些融資的用途，王禮賓認為，EDA是高研發(fā)投入的行業(yè)，賺錢則沒有那么快，所以做EDA需要有恒心、有耐心、有追求的人，才能做得長久。因為這個行業(yè)人才太少，能成為EDA專家級的人更少，所以芯華章目前為止最大的投資還是在人上面，占到總投入的70%以上。“EDA公司從來都不會是一個重資產(chǎn)公司，最重的都是人。”

融資的另外一個用途，就是構(gòu)建硬件驗證云，據(jù)悉這是由一組硬件仿真器組成的硬件云，主要目的是幫助我國中小客戶。因為做過仿真的都知道，平常需求沒有多少，但高峰期需求量非常大，如果為此自己買一堆機器顯然不劃算。而在云上的模式非常靈活，可以為這些客戶提供云驗證平臺的服務(wù)。

國微集團：打造本土化數(shù)字全流程EDA

國微集團成立于1993年，是一家半導(dǎo)體控股集團，其業(yè)務(wù)主要覆蓋安全芯片設(shè)計及應(yīng)用、EDA系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用、FPGA快速原型驗證及仿真系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用以及第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)等。2018年，國微集團收購上海國微思爾芯技術(shù)股份有限公司(國微思爾芯)，是國內(nèi)最早成立的EDA公司之一，至今已有17個年頭，專注數(shù)字電路芯片原型驗證。

同樣在2018年，國微集團參股并管理的EDA后端設(shè)計軟件研發(fā)公司深圳鴻芯微納，該公司主要研發(fā)布局布線工具，目前完成數(shù)字集成電路EDA平臺關(guān)鍵節(jié)點的技術(shù)部署，實現(xiàn)國有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈在這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)突破。

國微思爾芯CEO林俊雄表示，公司自2018年被國微集團收購之后，開始在數(shù)字電路驗證領(lǐng)域研發(fā)多樣化的EDA產(chǎn)品，致力于打造數(shù)字全流程EDA平臺，以填補目前國內(nèi)EDA行業(yè)的不足之處。數(shù)字全流程EDA主要分設(shè)計跟驗證兩部分，作為兄弟單位，“國微思爾芯和鴻芯微納之間是互補，并且是兩個相輔相成的流程?！?鴻芯微納主要是設(shè)計工具，而設(shè)計的每一個步驟都需要完整的驗證;全流程里還有邏輯綜合、時序分析這樣的功能，國微思爾芯也需要鴻芯微納的大規(guī)模綜合能力。

鴻芯微納 CTO王宇成表示，目前公司專注在支持邏輯綜合、布局布線，工具已經(jīng)可以支持國內(nèi)國外多家半導(dǎo)體制造廠商的工藝，包括7納米的先進工藝。目前公司在國內(nèi)跟一些頭部企業(yè)緊密合作，致力于本土化、定制化方面的開發(fā)，“從工具的性能跟功能上來說，已經(jīng)完全可以達到PK國外對應(yīng)產(chǎn)品的能力?！?br />
在EDA本土化方面，王宇成認為是不得不做的事情，因為這“不是我們自己決定的，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，EDA工具一旦被卡脖子沒有解決方案的話，整個產(chǎn)業(yè)鏈就會全斷掉。”以布局布線和數(shù)字解決方案的全流程工具來說，國外也是通過二十多年技術(shù)積累和迭代才有了今天這么多工具，所以EDA設(shè)計門檻非常高，復(fù)雜度也很大。

如果追溯到30幾年前，國內(nèi)為了EDA工具國產(chǎn)化，制定過一個“熊貓計劃”，但當(dāng)初國內(nèi)整個集成電路設(shè)計的外部環(huán)境不夠成熟，沒有客戶使用的工具就是一個死工具，只能拿來研究工具，不能作為產(chǎn)品。如今國內(nèi)市場對EDA工具的需求日趨成熟，國內(nèi)EDA企業(yè)的技術(shù)研發(fā)內(nèi)功也到了一定火候，“從鴻芯微納的角度，第一步是解決有跟沒有，這個回答是肯定的;第二步是有了以后能否持續(xù)發(fā)展，包括人才團隊、技術(shù)的持續(xù)迭代，通過三年多的修煉證明我們已經(jīng)具備這樣的內(nèi)功。”王宇成說到。

鴻芯微納 CTO王宇成

然而EDA的國產(chǎn)化并不是終點，最終目的是要在全世界的供應(yīng)鏈或者全球分工上扮演重要角色，“閉門造車或內(nèi)循環(huán)，不是我們所希望的。從研發(fā)人員的角度來說，我們希望PK全球最領(lǐng)先的技術(shù)，而不是跟他們分割。” 王宇成說到，從工具使用者的角度來講，國內(nèi)很多公司設(shè)計水平已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，或者在某些特定領(lǐng)域是領(lǐng)先的，他們有很多自研的算法和技術(shù)，但是涉及商業(yè)機密不能共享。鴻芯微納的目標(biāo)是跟客戶共同開發(fā)，從而達到定制化的效果，這是國外廠商無法提供的本土化、定制化優(yōu)勢。

對于國外EDA三巨頭以并購發(fā)家的模式，國內(nèi)廠商是否需要效仿并開始布局。王宇成認為，收購要有策略，早期的美國EDA公司都是通過收購很多小公司的工具拼出來的流程，過去可以那樣做是因為當(dāng)時的制造工藝水平還在65納米以前，而現(xiàn)在FinFET工藝下的設(shè)計流程復(fù)雜度高，很難做到單純的拼湊。另外通過單純收購拼起來的工具，要花很多時間和精力重新搭建流程，不能最佳的滿足客戶需求，“而且國內(nèi)廠商也沒有時間再花二十年拼一個工具，那時候可能摩爾定理都結(jié)束了。所以說可以通過收購滿足市場需求，但是要在一個先進的架構(gòu)基礎(chǔ)上，只要不是在整個流程架構(gòu)上起決定性作用的點工具，完全可以通過收購來完成?！?/p>

國微集團在整個數(shù)字EDA全流程都有布局，不只包含鴻芯微納和國微思爾芯，還有投資和收購了一些其他公司。林俊雄表示，旗下有些公司在起步過程中就開始了相互合作，很多事情需要一個“對的時間”。因為今年整個EDA生態(tài)、投資環(huán)境非常熱，不管是人員的投入，還是資金的投入都陸續(xù)進來了，由此導(dǎo)致的一些惡性競爭也讓各個方面的成本都提高了，尤其是人才成本。

雖然市場經(jīng)濟有自動調(diào)整的功能，但是EDA小小的市場擠入這么大的投入，要算投資回報率的話，可能要上百年才能回本。所以現(xiàn)在做并購、收購并不是一個非常好的時機，當(dāng)生態(tài)環(huán)境再發(fā)展到一定階段，自然水到渠成?！艾F(xiàn)在大家還是把一些重要的流程，比如說設(shè)計、驗證或者數(shù)字環(huán)節(jié)，先發(fā)揮自身優(yōu)勢做好，等待一個合適的時機再強強聯(lián)合?！?/p>

由于這幾年中國的芯片設(shè)計行業(yè)增長迅速，需求旺盛，所以在客戶策略的問題上就要考慮做大客戶策略，還是主要服務(wù)中小微企業(yè)。林俊雄表示，國微思爾芯主要是根據(jù)各個產(chǎn)品的成熟度來定制策略。例如其主要的原型驗證解決方案產(chǎn)品已有17年的歷史，不管是小微客戶還是大型客戶，國內(nèi)還是國外都可以支持。但對于一些新的EDA工具推廣，則會先找一些愿意配合的客戶，跟他們手把手一起把基本規(guī)格定下來，用定制化的服務(wù)方式把客戶的項目做好，之后再開始推廣到更多的客戶群體。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：本土EDA崛起，必須走巨頭沒走過的路

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