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國產EDA如何突破?
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來源: 半導體行業觀察 作者: 李壽鵬發布時間:2018/8/27評論:0+收藏文章

 

EDA是集成電路領域內很小但又非常重要的存在。從數據上看,整個EDA的市場規模僅為六十億美元,過去幾年的成長率也不過是區區4%左右,相對于幾千億美金的集成電路產業來說,不值一提。可是如果你少了這個產品,全球所有的芯片設計公司都得停擺。

 

雖然EDA很重要,但這又是一個供應商高度集中的市場。

 

經過幾十年的發展之后,現在的EDA產業主要由Cadence、Synopsys和西門子旗下的Mentor Graphics壟斷。以中國市場為例,去年EDA在該地區的總銷售額約為五億美金,而當中95%由以上三家瓜分,給華大九天、芯禾科技和Ansys等其它公司留下了5%的份額,且后者在工具的完整性方面與三強相比,有明顯的差距。加上早前的“中興禁售”事件給我國集成電路產業帶來的陰影,發展國產EDA產業迫在眉睫。

 

國產EDA的篳路藍縷

 

談國產EDA的發展歷程之前,我們先要了解一下EDA產業的歷史。上世紀八十年代,芯片的迅速發展,推動商業計算機進入高速度道,進而推動了CAD產業的興起。而EDA就是當中一個典型代表。

 

在集成電路產業發展早期,芯片設計是通過人工去布線實現的。但隨著芯片集成度的提升,人工布線越來越顯得捉襟見肘,恰逢計算機的興起,于是EDA就應運而生,進而催生了Calma、ComputerVision、Applicon、Mentor Graphics、Daisy和Valid等公司,借助這個電子自動工具,工程師們就可以在電腦上對芯片設計的前后端技術和驗證技術進行操作,幫助芯片更好地走線、驗證和仿真。

 

經過多年的收購兼并以后,集成電路EDA領域只剩下了Cadence、Synopsys和Mentor這三個巨頭。市場的影響力也日益集中。但其實國內其實從上世紀八十年代中后期開始,就投入到EDA產業的研發當中。

 

資料顯示,當時國內包括集成電路在內的高科技領域都受困于“巴統”的禁運,發展倍受掣肘。國內為了更好發展發展集成電路產業,在1986年動員了全國17家單位,200多位專家齊聚原北京集成電路設計中心,開發我國自由的集成電路計算機輔助設計系統——熊貓系統。

 

攻堅多年之后,國產首套EDA熊貓系統終于在1993年面世,此后的發展以10年一臺階來形容不為過。2001年國內IC設計單位推出了九天Zeni系統,在服務本土需求的同時,進攻海外市場,到了2009年,更是成立了一個新公司華大九天來推動國產EDA發展,這是后話了。

 

雖然由于主觀和客觀原因的影響,國產EDA產業沒有取得世俗意義上的成功,但在這個過程中,國內已經有了多個EDA廠商萌芽。據相關資料顯示,在2008年的時候,國內從事EDA研究的公司也有了華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業思、廣立微和訊美等幾家。又經歷了一個十年的發展之后,華大九天、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業從國產EDA陣型中突圍而出:

 

承載了熊貓系統的技術的華大九天在EDA和IP方面擁有多年的積累,現在的他們能夠提供數模混合/全定制IC設計、平板(FPD)全流程設計及高端SoC數字后端優化方向的EDA解決方案。尤其是在FPD領域,華大九天更是成為全球唯一的能夠提供全流程FPD設計解決方案的供應商,獲得了大部分知名面板廠的市場份額。

 

而成立于2010年的芯禾科技則是國產EDA的另一股實力。

 

據公司官網介紹,。他們能為半導體芯片設計公司和系統廠商提供差異化的軟件產品和芯片小型化解決方案,包括高速數字設計、IC封裝設計、和射頻模擬混合信號設計等。這些產品和方案可以應用到智能手機、平板電腦和可穿戴等移動設備上,也可以應用到高速數據通信設備上。

 

廣立微電子有限公司則由硅谷歸國精英和浙大資深科學家共同創立于2003年,該公司專業從事集成電路成品率提升服務和EDA軟件開發。現在的廣立微能提供基于測試芯片的軟、硬件系統產品以及整體解決方案,幫助工程師實現高效測試芯片自動設計、高速電學測試和智能數據分析,同時還能為晶圓代工廠的新工藝制程研發提供整合性的技術服務,幫助提高IC設計的可制造性、性能、成品率并縮短產品上市時間。

 

以SPICE Model參數提取著稱的北京博達微則致力于提供高速、高頻和高可靠性集成電路EDA解決方案和相關的設計支持服務。公司方面表示,他們能提供的業務范圍含括器件模型、PDK、標準單元庫相關EDA工具和設計服務和半導體器件量測系統。能夠針對高端設計公司和代工廠提供一站式的設計支持服務和完整的設計評估和加固技術服務解決方案 。

 

另外,專注于SPICE的概倫電子、從事TCAD的珂晶達與擅長仿真研發的創聯智軟等公司,都是國產EDA領域的一些力量。他們也都正在為國產的EDA崛起而努力。

 

差距非常明顯

 

雖然國產EDA有了進步,但正如文章開頭所說,我們跟國外企業的差距還是相當明顯的。主要表現在以下幾個方面:

 

第一、產品不夠全,尤其在數字電路方面,我們整個國內EDA產業在這個領域短板明顯。

 

以華大九天為例,據知情人士介紹,他們在這個方面大約只做了三分之一的產品,另外還有三分之二需要補上。而造成這個局面的一個重要原因就在于沒有足夠的人力去支撐全方位的研發。 產學研各界專家在過去的對中國EDA發展的討論中曾表示,如果國內想把整套EDA工具做起來,這并不是某一個國產廠商一朝一夕能夠做到的,而是需要多樣化的合作。

 

第二,與先進工藝結合的缺失;

 

在現代的集成電路產業里,芯片設計和制造的對接橋梁是很重要的,因為只有處理好了這部分,才能把芯片更好的制造出來,EDA正好充當這樣一個角色,但我們在這個對接的時候,卻有兩個難以逾越的鴻溝:

 

一方面,國內EDA廠商與先進工藝接觸的機會少,限制了我們的提高

 

據了解,現在工藝全球領先的晶圓廠臺積電和三星等廠商在開發新工藝的時候,基本不會優先或著重考慮與國內EDA廠商合作,這就讓我們無法從外資廠商獲得相關支持。當然,在筆者看來,這也可以理解。畢竟廠商沒有這個冒風險的義務。

 

即使國內EDA廠商在某些方面有了進步,但類似臺積電這些先進晶圓廠規劃新一代工藝的時候,會在開發早期就引入諸如Cadence和Synopsys這樣的廠商全方位合作,而不會選擇國產EDA廠商,前者在與新芯片廠商在新工藝上進行相關合作的時候,又將更上一層樓。他們的強上加強,進一步拉大了與國產EDA的差距。

 

知情人士表示,即使國產EDA有機會和臺積電這樣的廠商在先進工藝方面合作,也不會在早期就引入,而是在工藝開發后期,才被納入進來,且這些合作僅僅限于一部分,這就使得國內EDA產業無法接觸到先進工藝的核心部分。

 

另一方面,我們在PDK方面的不足,也對國產EDA的發展造成了一些不良的影響。 

 

所謂PDK就是Process Design Kit的簡稱,中文譯名是集成電路工藝設計包。這個由晶圓廠提供的文件包包括了工藝電路模擬用的器件的SPICE(Simulation Program with Emphasis)參數,版圖設計用的層次定義,設計規則(Design Rule),晶體管,電阻,電容等元件和通孔(VIA),焊盤(PAD)等基本結構的版圖,與設計工具關聯的設計規則檢查(DRC),參數提取(EXT)和版圖電路對照(LVS)等文件,是設計好的芯片能在晶圓廠順利生產的關鍵。這是溝通IC設計公司、代工廠與EDA廠商的橋梁。

 

國產廠商在PDK方面的缺失,從某種程度上就影響了國產EDA產業的發展。相關人士告訴半導體行業觀察記者。

 

第三、人才投入的不足;

 

人才短缺是限制國產EDA發展的一個關鍵因素,力量薄弱的研發隊伍難以支撐起海量的攻堅任務。而造成這一表象的根本原因是產業對EDA的投入不足造成的。

 

數據顯示,我國約有1500人的EDA軟件開發工程師,但在本土EDA公司和研究單位工作的工程師加起來不到三百人,其他大部分都是在三大巨頭工作。而放大到全球,對比于Synopsys 7000多的研發人員(當中有5000多從事EDA的研發,其他從事IP研發),這個差距更是明顯。

 

最后,在研發投入方面,國內與巨頭相比也有差距;

 

據半導體行業觀察了解,目前的本土EDA企業中,即便是團隊規模最大,成立時間最長的華大九天,他們在過去十年間所花費的研發資金也只有幾個億而已,與國外先進競爭對手每年數十億的投入相比(距離:Synopsys 2017年的研發投入約為8.1億美元),這根本就是杯水車薪。國產EDA如果想進一步發展,加大投入也是勢在必行的。

 

如何突破?

 

既然知道了差距在哪里,國產EDA需要做的就是各個擊破了。

 

雖然現在三大巨頭在EDA行業的影響力已經足夠巨大,EDA行業的利潤狀態也讓它不可能吸引足夠多的投資者、初創企業和足夠有天賦的工程師投入到這個領域,因此國產EDA想突破,還需要多費點心思和功夫。

 

面對產品分散,不夠全面這個問題,相信那些已經拿到幾輪投資的EDA廠商想必正在摩拳擦掌,在研發上加大投入,積極擴展待開發領域,滿足下游設計和制造領域的多樣化需求。但如果能夠獲得國家基金等多方面的支持,對他們來說是一個更大的促進和鼓舞。

 

至于與先進工藝方面結合缺失這個問題,那就既需要國內晶圓廠提高自身的制造技術,又需要加強和先進晶圓廠的合作,但我們也要清楚明白到,打鐵還需自身硬。

 

來到人才不足的問題,那就需要從根源上解決。

 

我國EDA產業整體從業人員偏少的原因一方面在于EDA開發本身門檻高,需要計算機、數學等綜合型人才;另一方面,整體薪酬偏低。這就使得很多EDA工程師,尤其是年輕的EDA工程師轉向了AI和互聯網行業,這寫問題就需要廠商去各個擊破。國內外的EDA巨頭為了迎合人才的需求和流向,抓住人才這個核心,也紛紛在南京、武漢、成都等地建立研發中心。 

 

但在我們看來,如果想解決EDA的人才問題,我們不但需要提升工程師的待遇,還要利用股權激勵等方式讓工程師用主人翁的精神來做產品開發,這樣才能吸引到更多的人投入其中,進而產出更好的成果。

 

現在,本土EDA廠商目前均也在各自專長的領域單點突破,如果能夠再從點到面,齊頭發展,才能更上一層樓,打造本土EDA全方位競爭力,但這需要產業鏈各界的共同努力。

 

文 /半導體行業觀察 李壽鵬

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