芯片行业绵长而复杂,上下游相互连结,可谓环环相扣,缺一不可,EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)作为集成电路产业链的命脉,自始至终连接和贯穿着芯片制造和科技应用的发展,芯片设计、晶圆制造、封装测试,每个环节都离不开EDA工具。

EDA工具最早是为了解决集成电路布局布线问题而出现的,后来随着集成电路规模越来越大,设计人员可以在计算机上利用EDA软件,自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线、逻辑优化以及仿真测试等工作,工作效率大大提高。也正因如此,EDA工具被称为是半导体产业皇冠上的明珠。

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但是这颗明珠70%以上的市场份额,都被Synopsys(美国新思科技)、Cadence(美国楷登电子)、Mentor(德国明导国际,被西门子收购后更名Siemens EDA)三巨头垄断。而“十四五”迄今,信创产业作为国家经济发展的重要抓手,国产EDA工具也赫然在列,目前来看发展情况如何呢?

国产暂时无法实现完整方案

从应用面来说,EDA工具可分为设计类和制造类,前者主要用于芯片设计阶段,包括功能设计、布局布线、物理验证及仿真模拟等功能,而后者则主要用于芯片制造阶段,比如数字前端、数字后端、工艺开发等等。目前来看,只有前面提到的EDA三巨头能提供全套芯片设计解决方案,国产EDA工具均属于设计类,代表厂商有华大九天、概论电子、国微集团等等,它们都不具备全套方案供应能力。

虽然EDA市场规模不大,但却是数字经济的根基

所以,我们国产EDA厂商未来要做到EDA全流程覆盖,就必须完全掌握模拟、数字前端、数字后端、封装、FPGA、系统、工业开发等工作。

具体来说,模拟就是对芯片设计过程中可能存在的错误做提前的预判,有助于减小损失和降低成本;数字前端就是设计,从无到有,数字后端就是实现,把前端设计的芯片、思想、逻辑变成可以被工厂制造出来的产品;封装技术就是芯片的保护套,将芯片包裹起来,以避免芯片与外界接触,防止外界对芯片造成损害的一种工艺技术。

FPGA就好像搭积木,你可以用它搭成你所需要的电路甚至是芯片,FPGA和单纯设计的区别就是少了很多后端流程,比如说芯片的前端设计,FPGA验证就非常重要,可以通过FPGA模拟所设计的芯片来测试其功能;工艺开发的重要性在于,在一些新工艺的预研期,对于材料特性需要更深透的了解,因此要对整体设计配方进行一系列的建模和仿真,所以EDA公司也必须要懂工艺设计才行。

打破壁垒,最重要的是找对突破口

从技术上不难看出,我们目前正处于最关键的突围阶段,而国外EDA工具垄断的主要方法有三个:技术壁垒、研发周期和资金。但垄断也有垄断的短板,因为垄断而产生的应用场景全覆盖,会导致各个环节的功能和易用性参差不齐,用户往往需要借助第三方软件进行局部调整优化,除此之外EDA工具之间也会存在数据壁垒,让设计成果无法实现灵活高效转换和复用。

所以我们寄望于国产EDA厂商一口气产出一个媲美EDA三巨头的全场景覆盖的工业软件难度很大,真正的机会还是找到一个具体的设计点为突破口,由点及面逐步发展。

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华大九天在模拟电路设计上已经找到了突破口

以华大九天为例,它就以模拟电路仿真软件为突破口,将芯片领域的全流程设计支持技术迁移到液晶面板设计全流程,这个技术转移正好伴随了中国液晶面板的崛起从而占领市场,进而帮助华大九天继续打开了模拟电路全流程设计的窗口。这种配合市场需求变化寻找切入点的发展模式,可以帮助国产EDA工具寻找新的突破口,打开新的市场空间。事实上众多国产EDA工业软件公司都选择了这一条路。

不过,国外EDA工具的垄断优势也是我们不能忽略的,因为EDA 是算法密集型的软件系统,通过高强度、长周期的研发投入获得了技术和专利积累,并且在人才储备上行业头部公司都拥有经验丰富、实力雄厚的研发队伍,其知名度、成熟的培训体系也能够持续吸引人才加入,再加上垄断型EDA企业与全球领先的芯片设计和制造企业保持着长期合作关系,其EDA工具工艺库信息也明显更为完善,还能跟随先进工艺演进不断迭代……

所以在这种情况下,国产EDA想要真正实现突围,十年为期真不是保守估计,我们更需要脚踏实地的渐进式发展,在党政两大核心体系,以及金融、石油、电力、电信、交通、航空航天、医院、教育等八大主要行业上实现应用突破,以全行业突围作为长远目标,才能实现国产EDA真正的全面开花。

编辑|张毅

审核|吴新

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壹零社:新时代的见证者,用图文、视频记录科技互联网新鲜事、ICT领域、消费电子领域动态,擅长数码产品、软件应用对比测评。《中国知网》每周全文收录;2021年微博百万粉丝俱乐部成员;2022年抖音优质科技内容创作者