霜降
什么是EDA?
EDA全稱是電子設計自動化,是一種工業(yè)軟件,所有的芯片公司都在用各種各樣的EDA軟件,來輔助完成芯片的設計。
DEA軟件有很明顯的杠桿效應。EDA本身的市場規(guī)模其實并沒有很大,只占119億美元的市場份額但卻直接撬動了4400億美元的全球半導體產(chǎn)業(yè),也就是如果EDA出現(xiàn)問題,那么整個芯片產(chǎn)業(yè)都會受到重大的沖擊。光刻機是整個芯片產(chǎn)業(yè)的關鍵環(huán)節(jié),但DEA軟件雖然不為人所知,但重要性卻不輸光刻機的關鍵領域。
芯片設計主要流程理解
芯片的設計的主要流程可以分為前端和后端,前端負責芯片的邏輯電路設計,包括系統(tǒng)架構的定義,RTL編碼,邏輯綜合,這期間會進行多次的仿真和驗證,最終得到門級的網(wǎng)表。后端主要負責芯片的物理設計,包括布局規(guī)劃,時鐘樹綜合,布線,參數(shù)提取等等步驟,最終會得到一個芯片電路的物理版圖,然后提供給晶圓廠去制造。簡單來說,前端就是這個芯片是什么,他有哪些部分,后端是這個芯片的各個部分長什么樣子。比如蓋房子,前端是畫出這個房子的設計圖,比如有幾個房間,每個房間是餐廳還是臥室,后端設計就是按照設計圖,畫出這個房子的施工圖紙,包括建筑施工的時候需要哪些步驟,用鋼結構還是用磚結構,怎么做防水,怎么拉網(wǎng)線走水電等。建筑隊就是晶圓代工廠,就可以拿著施工圖紙去把芯片造出來了。
EDA工具最大的好處,就是能極大的縮短芯片設計的時間,從而提升芯片設計的效率。手動畫電路圖可能又慢又容易出錯,但是用計算機幾分鐘就完成了,而且還可以去隨便的修改。時間就是金錢,越早讓芯片制造出來,就能越早的去占據(jù)市場先機。在前端和后端的每個步驟和流程里,都需要用到各種各樣的EDA工具。
EDA工具舉例
新思科技是全球最大的EDA公司,比如拿它的EDA工具來舉例,看看芯片設計流程中需要用到多少個EDA工具。
比如要做一個簡單的加法電路,比如a+b=c,我們需要先用Verilog,或者VHDL這些硬件專用語言,把這個加法電路實現(xiàn)出來,為了驗證加法的功能是不是正確,就要用EDA的仿真軟件,比如新思的VCS和VC Formal,讓a=1,b=1,看c是不是等于2。如果輸入1+1,結果等于3,那么就需要調試軟件,比如Verdi來確定問題出現(xiàn)在什么地方,還需要用到靜態(tài)和動態(tài)的分析軟件,比如SpyGlass來診斷分析電路是否有一些潛在的問題。如果代碼沒有問題就可以去編譯了,這在芯片設計里叫做綜合Synthesis。綜合的結果就是生成一堆互相連接的門電路,也叫做網(wǎng)表,這就需要使用專門的綜合工具 Design Complier綜合生成網(wǎng)表,再用IC Compiler做布局布線,用Prime Time做時序分析,用PrimePower做功耗優(yōu)化,用IC Validator做物理驗證,用StarRC做寄生參數(shù)提取等等,最終生成一個符合設計要求,也符合晶圓代工廠要求的GDSII文件,這個文件就被拿去做流片生產(chǎn)。
上面介紹的這些EDA軟件,只是整個EDA工具庫的九牛一毛。規(guī)模比較大的芯片公司,都會根據(jù)自己具體的產(chǎn)品和技術,在每個環(huán)節(jié)采用不同的工具,這種定制化的方法比較高效,但是對技術的要求比較高,只有大公司玩的起。其它中小規(guī)模的公司,可能就直接使用EDA廠商提供的完整方案了。比如Synopsys的Fusion Compiler,直接就能從RTL硬件語言到GDSII版圖一步到位。
EDA工具發(fā)展
整個芯片設計的流程里,用到了大量的EDA工具,DEA工具的好壞,對于芯片的性能功耗和面積(Performance, Power, Area, PPA)有決定性的影響。同樣一段代碼,不同的工具會做出截然不同的芯片,EDA的發(fā)展也不是一成而就的,而是經(jīng)歷了四個主要的階段,分別是計算機輔助設計,計算機輔助工程,傳統(tǒng)EDA, AI加持的EDA。
在上世紀70年代的中期,人們就開始使用計算機來輔助芯片的晶體管版圖設計,PCB電路板的布局布線,設計規(guī)則檢查等等這些相對簡單的工作。到80年代卡菲爾米德和林康維發(fā)表了《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導論》,提出來使用編程語言來進行芯片設計的的思想,這個也稱為了EDA發(fā)展的重要標志。
在1986年和1987年,Verilog, VHDL這兩種硬件描述語言誕生,幾乎在同一時間,Aart de Geus博士發(fā)明了自動邏輯綜合技術,來取代手動的設計工程,并且在1986年聯(lián)合創(chuàng)立了Synopsys新思科技,這也標志著EDA工具開始走向了商業(yè)化。
從90年代到21世紀初期,在摩爾定律的指引下,晶體管的密度越來越高,設計流程也越來越復雜,EDA工具稱為了芯片設計的必選項,也促進了EDA工具的進步,前面說的綜合仿真,布局布線技術等都在這個時期得到了飛速的發(fā)展,這些EDA工具也縮短了研發(fā)周期,提升了設計效率,從而反過來去促進了芯片產(chǎn)業(yè)的技術革新,形成了正向反饋的螺旋式上升。
目前是AI加持的新時代,谷歌在Nature上發(fā)表的新文章,用深度學習技術去幫助芯片設計,人類工程師需要幾個月去完成的工作,谷歌的AI僅需要6個小時就能達到相同或者近似的結果,新思科技也推出了一個名叫DSO.ai的技術,可以用到新思所有的DEA工具上,并且在某個芯片的設計上可以獲得21%的功耗降低,18%的性能提升,并且把原本6個月的設計時間縮短成了1個月,那么我們猜想一下,加了AI buff的EDA工具,很可能就是芯片行業(yè)再次起飛的最大動力。
EDA發(fā)展規(guī)律
EDA如此重要,而全球的三大EDA領導者,占據(jù)了超過70%的全球市場份額,和接近80%的中國市場份額,他們是如何發(fā)展到今天的這種程度,中國的EDA產(chǎn)業(yè)又改如何迎頭趕上呢?從全球的EDA發(fā)展進程來看,總結了四個可以借鑒的發(fā)展規(guī)律。
1)EDA需要大量的研發(fā)投入
EDA產(chǎn)業(yè)屬于典型的需要長期投入的領域,里面有大量的數(shù)學物理相關的基礎研究,國際學術界的四個頂級會議DAC, ASP-DAC, DATE,ICCAD里面討論的絕大部分都是從芯片設計里抽象出來的數(shù)學和算法問題,這些基礎研究都很難在短時間內轉化成生產(chǎn)力。行業(yè)門檻很高,前期的投入產(chǎn)出比非常低,這就需要政府的大力支持。
EDA工具為了不斷實現(xiàn)技術革新也在大量的投入,比如新思科技有1.6W名員工,研發(fā)人員占據(jù)了80%,研發(fā)費用占全年營收的35%。
2)EDA需要大量人才
和芯片行業(yè)類似,EDA人才從高校課題研究到行業(yè)的就業(yè),往往需要10年的時間,因此需要一套持久而健全的人次培養(yǎng)體系,除了前面所說的四大EDA頂會外,還有大量的EDA競賽,其實也都是在吸引和培養(yǎng)人才。
3)EDA需要建設完整生態(tài)
整個芯片設計過程需要晶圓廠,芯片公司,還有EDA廠商共同的去推進,很多物理參數(shù)的推進,需要晶圓廠和上下游的公司去深入的合作,獲得一手的數(shù)據(jù),所以說EDA串聯(lián)起了整個產(chǎn)業(yè)鏈。正因為如此,像新思這樣的EDA巨頭,還是世界上最大的IP提供商之一,特別是接口,模擬,嵌入式存儲和物理IP這些和工藝緊密綁定的領域。
4)EDA發(fā)展離不開并購擴張
特別是很多細分的領域,自研的難度和成本都太高了,因此在自身產(chǎn)品市場足夠強大之后,可以去吸收和整合新公司和新技術,從而實現(xiàn)快速的發(fā)展。對于國產(chǎn)EDA來說,有一個很好的發(fā)展機會,國家十四五規(guī)劃就明確提出,重點突破包括EDA在內的工業(yè)軟件,2020年至今國內成立了近50家EDA公司,也有4家在申請或者是已經(jīng)完成了IPO。
從上面發(fā)展的規(guī)律來看,肯定還會經(jīng)歷一波整合,雖然很那直接做到全產(chǎn)業(yè)鏈的完整方案,至少可以從細分領域進入,從中低端制程切入,然后逐步的去迭代,形成更大的發(fā)展。
審核編輯 :李倩
-
芯片
+關注
關注
452文章
50027瀏覽量
419820 -
芯片設計
+關注
關注
15文章
986瀏覽量
54712 -
eda
+關注
關注
71文章
2673瀏覽量
172601
原文標題:【科普】EDA工具對芯片產(chǎn)業(yè)的重要性知識
文章出處:【微信號:feifeijiehaha,微信公眾號:電路和微電子考研】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發(fā)布評論請先 登錄
相關推薦
評論