什么是EDA?EDA是电子设计自动化(Electronics Design Automation)的缩写,在半导体行业中,属于上游产业块-设计的一个子行业。

EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VerilogHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

说人话就是使用EDA工具软件可以辅助完成芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图以及进行仿真等全流程操作。

一开始EDA是为了解决集成电路布局布线问题而出现的,后来呢被学术界和工业界的一群大佬搞了个DAC会议,全称叫『Design Automation Conference』,翻译过来就是设计自动化会议,整天讨论一些利用计算机辅助手段解决集成电路设计的问题。现在这个会议已经搞成了EDA领域的顶级国际会议,是全世界EDA从业者一年一度相聚交流的盛会。

1980年,美国人米德和加威发表了论文《超大规模集成电路系统导论》,提出通过编程语言来进行芯片设计的新思想,国内于1986年科学出版社出版该书。

1986年,硬件描述语言Verilog问世,Verilog HDL是一种硬件描述语言,以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。

1987年,VHDL问世, Verilog HDL和VHDL是世界上最流行的两种硬件描述语言。

得益于这些硬件描述语言的出现,它们进一步推动了集成电路设计水平的提升,使得可以设计出更复杂更精细的芯片。

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不就是个破软件么,建国初期也没这玩意,原子弹不也造出来了嘛。不好意思,没这玩意还真造不出来芯片。最早的集成电路确实可以手工去搞,因为不复杂,就几根管子的事,但是如果到了几百个器件的时候还能手工画么,就算画的出来你看得眼花么?而且随着技术的发展,连古老的SOC芯片里都有千万级的晶体管,现在指甲盖大小的芯片里可能都有几十亿的晶体管,这种东西怎么手工处理。大概下图这种:

在EDA中还有个垄断级的东西就是IP核。IP就是知识产权,在芯片设计里可以叫做IP核,就是把别人做好的一些常用功能,标准化成模块,可以在设计中重复使用。一般IP核可以分为硬核,软核。硬核就是已经完成布线的模块,使用时连接外部引脚即可。软核一般以网表的形式给出,使用时需要自己布局布线用于设计,当然也可能直接以源代码的形式给出。比如常用的功能以太网、PCIE、USB、Type-C、HDMI...

IP核的重要性在于使得一些优秀的通用功能模块可以被重复利用,节约了设计成本和开发时间。同时催生出了许多专门设计IP核的公司,不过好的设计价格也很贵。

有了IP核后,EDA的生产商们又绑架了工艺厂。工艺厂在早期进行工艺研发的时候也需要一些IP包,要是自己研发的话就势必要用EDA软件。这个时候EDA商就出来了,哎呀这玩意这么麻烦又累又费钱,我们给你们整全套的IP包要啥功能有啥功能,全给你们,别自己折腾了。工艺厂也是,一想省钱啊,直接拿了用吧。后面等客户来了后,工艺厂需要根据PDK包(工艺设计包,包含芯片工艺的电流、电压、材料等等参数,是代工厂生产时的必备数据)给客户做设计,也只能支持这些头部EDA商的IP。

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在EDA中还有一个功能就是仿真,实现计算机与样板之间的联调,可以帮助设计好的芯片进行查漏补缺。这个功能也十分重要,因为一条线连错了,可能整个产品就完了。芯片的研发成本这么贵,出个错起码百万千万的打水漂。而且28nm以下的制程起步就是千万美元,10nm以下的据说到了亿级美元,台积电在搞的2nm不知道要多少刀了。在这种规模的投资下,流片几次整个公司都得倒闭。

全球著名的EDA厂商是美国的新思科技(Synopsys)、美国的楷登电子科技(Cadence)、2016年被德国西门子收购的明导国际(Mentor Graphics)。在整个EDA行业的总收入中,80%的收入被这三家公司给瓜分了。他们设计的EDA工具基本包括了芯片设计的全流程。这三家公司已经确认了和华为停止合作。这三家公司的路子有多野呢?差不多可以这样讲,不论是多牛逼的公司,肯定使用了这三家公司的一款软件。

我国最大的EDA厂商就是华大九天了,他们在全球的份额中差不多是1%,而且主要是做的模拟产品方向上(也可能有别的涉及)。前路漫漫且艰难,不过也是不错的开始。

使用盗版软件行不行,因为就是个软件嘛,找人破解下不就完了?不好意思,这条路走不通。第一点费时,厂商之间有自己的加密和校验方式,破解不是那么容易,很耗时。第二点就是参数更新太快,因为为了让芯片的良率达到最高,需要不断的测试反馈,然后修改模型参数等等,不断的迭代,你费劲破解出来后,是个有问题的版本玩什么?直接去流片就搞破产了。而且盗版这事不光彩,这不是和我国保护知识产权背道而驰嘛,啪啪打脸!

既然是代码,我国那么多工程师,写一套出来行不行?这个可以,但是我们没有他们那个海量的IP核、PDK包以及完整的上下游支持。就和华为要做鸿蒙一样,缺完整的生态。需要整个产业链全军出击协同发展,这些都需要时间给出结果。

落后就要挨打的真理在哪里都适应。

(本文完)