國產(chǎn)EDA軟件，路在何方？

電子設(shè)計自動化軟件EDA被譽為芯片之母，也有人稱是“芯片設(shè)計皇冠上的明珠”。它是集成電路的重要工具，被廣泛用于集成電路設(shè)計、仿真驗證、封裝、芯片制造等各個環(huán)節(jié)，EDA人才更被譽為是“人才中的精英”。近年來國產(chǎn)EDA軟件快速成長，國內(nèi)的市場占有率也在逐步提升，這是否會重塑中國乃至全球EDA市場格局？隨著EDA軟件仿真算法的完善與計算速度不斷提高，未來EDA軟件還會發(fā)生怎樣的變化？

與非網(wǎng)邀請多位業(yè)內(nèi)專家，一起解析國產(chǎn)EDA軟件從技術(shù)到市場的難點，以及對未來的展望。

走過的路

何謂EDA軟件？EDA是Electronic Design Automation（電子設(shè)計自動化）的簡稱，從名字可以看出，它的本質(zhì)是利用計算機技術(shù)來輔助設(shè)計芯片的軟件，基于CAD計算機輔助設(shè)計、CAM計算機輔助制造、CAT計算機輔助測試等軟件發(fā)展而來。

那么，芯片的設(shè)計是不是也和建筑一樣，也從“手繪”發(fā)展過來呢？

最早的集成電路結(jié)構(gòu)就是手工做出來的，因為當(dāng)時的電路只有幾個晶體管，工程師用手工就可以完成制造，是真正意義上的“手搓芯片”。彼時人們就使用紙筆繪圖，將集成電路記錄下來，后來也逐漸開始在電腦上進行手動繪制，即CAD時代。但隨著晶體管的數(shù)量越來越多，手工繪制出錯的概率就越來越高，不會出錯的自動布線工具與標(biāo)準(zhǔn)化硬件語言應(yīng)運而生，后來也就發(fā)展成了EDA。

Jack Kilby（集成電路發(fā)明者之一）記錄他集成電路想法的筆記 圖源：互聯(lián)網(wǎng)

EDA看起來是一款設(shè)計軟件，但它的內(nèi)部包含融合了圖形學(xué)、計算數(shù)學(xué)、微電子學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、材料學(xué)及人工智能等多學(xué)科的算法技術(shù)，制作一款從零開始制作一款EDA軟件難度極高，在資金、人才以及時間上缺一不可，這也是它被稱為“芯片設(shè)計上的皇冠”的原因。

廣義上的EDA軟件包含軟件與硬件兩部分。軟件部分包括設(shè)計、仿真、驗證等功能，是EDA的核心與關(guān)鍵；硬件部分用來對軟件的相關(guān)功能進行加速或搭建服務(wù)器，是EDA的輔助部分。EDA幾乎貫穿了芯片從設(shè)計到流片的全部過程，沒有EDA軟件就沒有如今的芯片。

EDA軟件從誕生至今，市場格局的變化并不大。目前大部分市場被Synopsys、Cadence、Siemens EDA（Mentor）“三大家”占據(jù)，三家市占率之和達到75%。這三家公司長期在EDA領(lǐng)域深耕，各自具有獨特優(yōu)勢，不過最重要的是，它們已經(jīng)基本具有了覆蓋芯片設(shè)計全產(chǎn)業(yè)鏈的能力，也就是前端（數(shù)字+模擬）、后端驗證全覆蓋，此外Synopsys與Cadence還擁有大量IP授權(quán)。因此三大家EDA公司目前擁有無可比擬的優(yōu)勢，讓后來者難以挑戰(zhàn)。

2021世界EDA市場格局 ?圖源：Trendforce

其實我們本土的EDA軟件起步很早，1993年就誕生了國產(chǎn)首套EDA——熊貓系統(tǒng)。不過進入90年代，美國解開了對中國的EDA禁令，美國先進的EDA迅速來華，一路攻城略地。1994年，Cadence進入中國，走出了進口EDA軟件在國內(nèi)的第一步，一年后Synopsys和Mentor Graphics也布局中國。外加彼時“市場換技術(shù)”成為國內(nèi)的主流選擇，國產(chǎn)EDA也就此沉寂。

2008年，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》發(fā)布，EDA軟件作為重大專項名列其中，此后國產(chǎn)EDA軟件再次閃耀出光芒。那年市場上涌現(xiàn)了廣立微、芯愿景、愛克賽利、圣景微、和訊美等公司。其中脫胎于熊貓系統(tǒng)的華大九天的EDA部門也獨立出來，開始專注于EDA軟件的開發(fā)，如今已經(jīng)成為國產(chǎn)EDA軟件的龍頭企業(yè)。

國產(chǎn)EDA真正走上快車道還要在近幾年。從2018年開始，中美貿(mào)易摩擦升級，包括EDA軟件在內(nèi)的多項高新技術(shù)受到美國打壓，全國都將目光放到了風(fēng)口浪尖上的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上，于此同時國家也密集出臺多項EDA扶持政策。風(fēng)口來臨，更多的新興EDA企業(yè)涌現(xiàn)。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2016年至2020年，中國EDA軟件行業(yè)市場規(guī)模從57.4億元增長至93.1億元，復(fù)合增長率為12.85%。

如今國產(chǎn)EDA經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)與發(fā)展，雖然在全流程驗證上距離三大家還有較遠差距，但在細(xì)分領(lǐng)域上各自都具有優(yōu)勢。國產(chǎn)EDA軟件就此迎來蓬勃發(fā)展的春天了嗎？

腳下的路

(一)路途坎坷

如果選擇一個領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)就像是玩游戲選擇難度的話，那么國產(chǎn)EDA軟件的難度就是“噩夢”或“艱難”。

缺錢，缺人，缺需求，是橫亙在國產(chǎn)EDA軟件面前的三座大山。英諾達（成都）電子科技有限公司副總經(jīng)理熊文表示：“目前國產(chǎn)EDA軟件挑戰(zhàn)來自幾個方面，一是國產(chǎn)EDA行業(yè)剛剛起步，比起國際市場上成熟的EDA全流程工具仍有不小的差距；二是行業(yè)人才的缺口短時間內(nèi)難以填補，無法滿足企業(yè)快速發(fā)展的需求；此外，行業(yè)整體研發(fā)投入不足、產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不成熟等都成為EDA發(fā)展的瓶頸?！辈贿^，熊文也提到，由于市場對國產(chǎn)化的迫切需求，EDA行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，在這個百家爭鳴的時代，各家企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，打造差異化的產(chǎn)品和服務(wù)。

相較于“三大家”，國產(chǎn)EDA軟件面臨的最大問題與芯片相似，那就是生態(tài)問題。一顆芯片的誕生，要經(jīng)歷設(shè)計輸入、前端仿真、邏輯綜合、驗證、布線、后端仿真以及版圖驗證等工序才能流片，這其中涉及到的多種EDA工具多種多樣。

國微思爾芯董事長兼CEO林俊雄表示：“由于芯片開發(fā)本身的特殊性，行業(yè)內(nèi)主流的EDA工具就有上百種,每一種點工具都有其特定的使用功能，遍布于芯片設(shè)計、晶圓制造及封裝測試的各環(huán)節(jié)?！比粼诿恳粋€環(huán)節(jié)使用不同的EDA工具，不僅要解決不同軟件之間接口不統(tǒng)一的問題，還可能造成數(shù)據(jù)失真，算法沖突，以至于最終流片失敗的后果，這種不確定性可能帶來高昂的損失，很多小芯片企業(yè)難以承受。

更關(guān)鍵的是，當(dāng)整條產(chǎn)業(yè)鏈上的人員已經(jīng)習(xí)慣了三大家后，后續(xù)所有的教科書、使用教程都會圍繞這三家的產(chǎn)品設(shè)計，用戶習(xí)慣就會很難被改變。林俊雄補充道：“如何讓客戶切換到一個全新的、不完整的、客戶不熟悉的EDA工具是難點之一。”“就連三大家也是通過大量并購，才具備了提供全套的芯片設(shè)計EDA解決方案的能力。三大家也有自己各種的優(yōu)勢領(lǐng)域，也做不到全鏈條通吃。這也足見EDA軟件種類之多，流程之復(fù)雜。而且每一個工具的研發(fā)都需要大量的人才與資源，人才培養(yǎng)也要花時間?！?/p>

三大家尚且如此，國產(chǎn)EDA軟件，路途更加坎坷曲折。

(二)路有花香

處境如此艱難的國產(chǎn)EDA，應(yīng)該怎么活下來？

在這兩個問題上，芯華章給出的答案是：戰(zhàn)略上樹立終局思維；產(chǎn)品研發(fā)上走差異化道路；執(zhí)行上“廣積糧、高筑墻、緩稱王”。芯華章科技首席市場戰(zhàn)略官謝仲輝認(rèn)為：“戰(zhàn)略上，國產(chǎn)EDA雖然起步較晚，但也因此有更高的技術(shù)起點，因此我們可以少走彎路，針對工具幾十年發(fā)展下來積累的問題，諸如數(shù)據(jù)碎片化、工具不兼容、缺乏創(chuàng)新等痛點，從底層架構(gòu)就開始創(chuàng)新，做出工具的差異化競爭優(yōu)勢，打磨更符合用戶需求的產(chǎn)品。”

符合用戶需求反應(yīng)在在產(chǎn)品上，就是要打造一套統(tǒng)一底層架構(gòu)的驗證平臺，為客戶提供平臺化的產(chǎn)品和解決方案，提供統(tǒng)一的編譯與調(diào)試系統(tǒng)等。目前全球高端制造工藝逐漸進入瓶頸、中端制造工藝產(chǎn)能迅速發(fā)展，越來越多的芯片制造商將目標(biāo)調(diào)整為更低設(shè)計成本和更快系統(tǒng)創(chuàng)新周期，追求在芯片系統(tǒng)應(yīng)用中更好的表現(xiàn)。換言之，在成熟工藝上，良好的用戶體驗成為EDA軟件更重要的追求。謝仲輝表示：“芯華章的數(shù)字仿真產(chǎn)品采用了大規(guī)模多線程并行仿真技術(shù)，相比傳統(tǒng)的邏輯仿真器可以更好地滿足大規(guī)模的驗證需求，驗證速度也有1-2個數(shù)量級的提升?！?/p>

最后，廣積糧、高筑墻、緩稱王指的是“高起點”、“厚積累”、“求創(chuàng)新”。謝仲輝解釋到：“廣積糧，就是積累人才，把產(chǎn)品做豐富；高筑墻，就是建立人才、資金、專利高墻，保證自身競爭優(yōu)勢；緩稱王則是指專注自身優(yōu)勢領(lǐng)域，成體系有規(guī)劃的發(fā)展完整方案與技術(shù)?！笨偨Y(jié)來說，市場在哪？國產(chǎn)EDA可以更符合用戶需求，切入三大家覆蓋不到的市場。怎么做？答案已經(jīng)給出。

思爾芯董事長兼CEO林俊雄也表示：“事實上，沒有任何一家企業(yè)能在所有EDA工具上都有優(yōu)勢。思爾芯一直以來通過更貼心的服務(wù)征服客戶，打造自身的差異化優(yōu)勢?！?/p>

(三)后繼有“人”

文章開頭提到，國產(chǎn)EDA有三大問題需要克服：錢、人、需求。

美國為了遏制中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起，在2022年8月宣布限制EDA軟件對華出口，這對中國的芯片制造業(yè)來說是寒冬來臨，但客觀來說也為國產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展提供了機遇。為了加快拉近與發(fā)達國家EDA研發(fā)水平的差距，近年來中國積極推進中國EDA的發(fā)展，多項鼓勵支持政策近期高頻推出，華大九天、概倫電子、廣立微也在近期密集上市，還有更多EDA企業(yè)正在交易所排隊，相對幾年前，如今的國產(chǎn)EDA軟件手頭沒有也沒有那么緊了。錢和需求有了，人從哪里來？

人民日報對國家人才強國戰(zhàn)略有如下點評：千秋基業(yè)，人才為本。千秋偉業(yè)，人才為先。人才，無論在哪個行業(yè)都是萬事之本。EDA軟件之所以被稱為“芯片設(shè)計皇冠上的明珠”，在于它的多學(xué)科融合，也導(dǎo)致EDA相關(guān)人才的稀缺。因此，培養(yǎng)EDA人才不能簡單的認(rèn)為在大學(xué)加一門課這么簡單，EDA人才的培養(yǎng)需要成體系。不過國產(chǎn)EDA面對的人才危機還要疊加軟件生態(tài)固化的挑戰(zhàn)，目前EDA三巨頭廠商會面向全球?qū)W生推出“低價套餐”，從而培養(yǎng)學(xué)生的使用習(xí)慣，很多大學(xué)開設(shè)的EDA課程基本只有國外大廠EDA軟件。人才培養(yǎng)難，生態(tài)壁壘高，國產(chǎn)EDA怎么打？

林俊雄與謝仲輝的觀點相似，都是基于現(xiàn)狀建立國產(chǎn)EDA自己的大學(xué)生態(tài)。記者總結(jié)回答后，得出以下觀點：

1、推出自己的EDA軟件相關(guān)活動，活動中不僅要包含硬件工具的教學(xué)，還要加大對科研與教學(xué)活動的支持，來方便高校師生更便捷的掌握EDA工具；

2、積極參與并支持EDA賽事。大賽活動能結(jié)合實際應(yīng)用場景、圍繞產(chǎn)業(yè)真實需求，為大學(xué)生提供實操鍛煉機會，也讓學(xué)生更充分地認(rèn)識EDA；

3、積極與相關(guān)協(xié)會、機構(gòu)、大學(xué)教授進行合作，讓課程圍繞行業(yè)設(shè)立，采用理論融合實踐的形式，能很好地與校園內(nèi)教育進行銜接，指導(dǎo)學(xué)生職業(yè)發(fā)展方向。EDA公司也可以引入高校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和研究成果，同時為高校的學(xué)生提供更多的實踐機會，共同打通產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的“最后一公里”。

國產(chǎn)EDA曾經(jīng)后繼無人的情況，在行芯董事長兼總經(jīng)理賀青看來，這個局面已經(jīng)開始改變了。目前行芯正在與高校合作，在現(xiàn)有課程中加入培訓(xùn)，并在內(nèi)部構(gòu)建一整套完整的培訓(xùn)體系、教練與訓(xùn)練場。芯華章針對高校用戶推出了大學(xué)計劃——“芯光計劃”，打造EDA專才計劃“X-行動”等活動，旨在培養(yǎng)更多EDA技術(shù)人才。去年7月成立的國內(nèi)首家EDA企業(yè)研究院，也將為長期培養(yǎng)人才做準(zhǔn)備。思爾芯已與西安電子科技大學(xué)等知名高校進行合作，共同開展EDA人才培養(yǎng)項目。

未來的路

(一)算力時代

長期以來，國產(chǎn)EDA軟件只能活在三大家業(yè)務(wù)鏈的“縫隙中”，利用差異化與定制化來卷出一片天。不過隨著今年二月以來，以ChatGPT為首的AI大模型橫空出世后，國產(chǎn)EDA似乎有了打“翻身仗”的資本。ChatGPT對EDA軟件有影響嗎？有，而且不小。

EDA的誕生，就是人類利用自動化軟件輔助設(shè)計的結(jié)果，而AI大模型則是人類自動化工作的全新成果。TSMC和英偉達在報告中指出，通過AI+GPU助力，計算光刻效率提升了幾十倍。謝仲輝表示：“ChatGPT在某些代碼生成領(lǐng)域顯示出了不錯的表達能力，比如能夠生成一些基本的和定義清晰的函數(shù)；能夠與用戶進行簡單的代碼編輯，例如可以更改具體參數(shù)。這在未來，也許會演化出推動EDA更加智能化發(fā)展的功能?！辈贿^他認(rèn)為現(xiàn)在ChatGPT仍然只有輔助作用，仍需要專業(yè)的、有經(jīng)驗的工程師主導(dǎo)。

林俊雄認(rèn)為，ChatGPT的爆火還變相的提升了EDA需求。AI訓(xùn)練需要海量的數(shù)據(jù)與參數(shù)，算力大小在一定程度上能決定AI的能力。因此，AI領(lǐng)域的持續(xù)進步需要大量的算力芯片，芯片的復(fù)雜度也急劇上升，整體市場對AI芯片的需求旺盛，也給EDA工具帶來更多機會。

熊文表示，ChatGPT等AI工具極度依賴算力，業(yè)界現(xiàn)在普遍認(rèn)為算力發(fā)展的重要瓶頸之一就是能耗，如今工藝制程漸漸放緩，單純依靠工藝顯然已不足以解決能耗問題。這對于歐美以及國內(nèi)的EDA企業(yè)來說都是艱巨的任務(wù)。

記者綜合以上回答認(rèn)為，AI大模型的出現(xiàn)可以推動全新的設(shè)計方法出現(xiàn)，高算力帶來的新需求也給國內(nèi)外EDA企業(yè)帶來新機會，這或許能迫使國內(nèi)外EDA企業(yè)重新站到同一起跑線前。盡管目前ChatGPT還未能展現(xiàn)出對EDA軟件跨時代的影響力，但隨著未來算力提升，AI賦能下的EDA軟件將會顛覆傳統(tǒng)設(shè)計方式。

(二)云端時代

最近，“上云”成為互聯(lián)網(wǎng)熱詞。很多專家都在向外界傳達這樣一種觀點：云端EDA軟件的逐漸流行大大加速了EDA的工作流，云端EDA就是EDA軟件的未來。在如今算力緊缺的時代，EDA上云，真的有需求嗎？

本次EDA專題采訪的四位受訪者都對EDA上云表示肯定。記者總結(jié)了EDA上云的優(yōu)勢：

1、EDA上云能節(jié)省成本。近年來國內(nèi)受到地緣政治因素影響，政策對于芯片公司的扶持力度越來越大，芯片需求也在不斷提高，芯片設(shè)計公司如同雨后春筍般不斷出現(xiàn)。但在全球經(jīng)濟下行的大趨勢下，芯片設(shè)計初創(chuàng)企業(yè)往往面臨著資金短缺的難題。EDA軟件所必需的服務(wù)器成本成為初創(chuàng)企業(yè)難以逾越的鴻溝。此外，ChatGPT等AI大模型的出現(xiàn)，也同時帶來了全球?qū)λ懔Y源的渴望，大量AI企業(yè)加入到爭奪算力資源的行列中來。因此，對于初創(chuàng)企業(yè)來說，一種可擴展、避免大量資金投入、能夠快速采用的云平臺或許是解決這些問題的關(guān)鍵。

2、需求波動。在芯片設(shè)計的特定階段，往往對芯片算力的需求是“無上限”的，這種需求并不穩(wěn)定，芯片設(shè)計公司不能一味地擴大本地數(shù)據(jù)中心規(guī)模。因此云模式可以很好的解決這一痛點。此外，EDA上云還能平滑的解決多項目并行帶來的算力資源搶奪問題，降低EDA的購買成本，提供更靈活的使用方式，進而提升研發(fā)整體的效率。

3、安全問題。半導(dǎo)體行業(yè)對數(shù)據(jù)安全的要求非常嚴(yán)苛，當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)攻擊復(fù)雜難防，企業(yè)的IT運維壓力陡增，企業(yè)可以將這部分工作移交給專業(yè)的云平臺或第三方來維護。

不過云平臺的模式還在探索和發(fā)展的初期階段。謝仲輝表示，EDA上云不是簡單地將現(xiàn)有EDA放到云計算平臺上，而是需要與云平臺和云上多樣性的硬件結(jié)合，充分利用成熟的云端軟硬件生態(tài)，包括用彈性算力去部分取代人力投入、商業(yè)和使用模式的優(yōu)化，以及采用適合云平臺的軟件架構(gòu)等。

(三)Chiplet時代

Chiplet不同于傳統(tǒng)芯片將所有器件放在單一裸晶（Die）上，它將多種不同核心分散到多個微小的Die上，就像是搭積木一樣。

從Fab的角度看，Chiplet被認(rèn)為是解決摩爾定律失效問題的關(guān)鍵，More than Moore。這種方式可以將不同的工藝節(jié)點的Die混合封裝在一起，在性能、功耗以及性價比方面都較傳統(tǒng)芯片有很大的提升。

Chiplet技術(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢明顯，然而其多核的復(fù)雜性，使得驗證技術(shù)和工具成為其發(fā)展瓶頸，也對EDA軟件提出了更高的要求。謝仲輝表示：“由于系統(tǒng)益發(fā)復(fù)雜，封裝里面的功耗分析、散熱分析等都需要及早引入系統(tǒng)設(shè)計和驗證來驅(qū)動整個設(shè)計、制造和測試與終端的使用形成閉環(huán)?！?/p>

“過去的四十年里面，不斷發(fā)展的工藝和架構(gòu)設(shè)計共同推動著摩爾定律持續(xù)前進，即使是今天也還有3nm、2nm、1nm先進工藝在地平線上遙遙可及。但是從現(xiàn)實趨勢來看，更高工藝、更多核、更大的芯片面積已經(jīng)不能帶來過去那種成本、性能、功耗的全面優(yōu)勢，摩爾定律確實是在進入一個發(fā)展平臺期?！敝x仲輝舉例，目前蘋果、特斯拉、華為、谷歌、阿里巴巴等手機、汽車、服務(wù)器、AI、云服務(wù)等高科技系統(tǒng)公司，都在從“采購和使用通用芯片”，轉(zhuǎn)向“定制自己的芯片”，在內(nèi)部不斷加強芯片團隊方面的投資，通過SoC芯片和ASIC芯片的創(chuàng)新來實現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。Chiplet就是這個趨勢下的一種表現(xiàn)。

林俊雄同樣認(rèn)為異構(gòu)驗證未來可期，他表示：“隨著計算和通信的需求越來越高，現(xiàn)有的芯片設(shè)計架構(gòu)已經(jīng)不能滿足市場和用戶的需求了。異構(gòu)芯片開發(fā)已成為如今芯片開發(fā)的趨勢。我們已經(jīng)在該領(lǐng)域下功夫，整合多種驗證方法，不斷創(chuàng)新驗證工具和流程，進而提高驗證的準(zhǔn)確性和效率。”

記者認(rèn)為，目前chiplet等異構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)，給EDA軟件提出了新的挑戰(zhàn)。在摩爾定律停滯的大背景下，新技術(shù)所帶來的“敏捷驗證”、“快速迭代”、“方法整合”等新需求，也帶給國產(chǎn)EDA軟件更多機遇。

寫在最后

本文通過對業(yè)內(nèi)多為專家的采訪，剖析了國產(chǎn)EDA軟件面臨的困境和機遇，并展望了未來發(fā)展前景。盡管國產(chǎn)EDA軟件面臨諸多挑戰(zhàn)，但是隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)和政策的扶持，國產(chǎn)EDA軟件正朝著創(chuàng)新、差異化競爭的方向發(fā)展。未來，隨著AI大模型、云端EDA和異構(gòu)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國產(chǎn)EDA軟件市場的機會將會不斷增多。

在這樣的背景下，國產(chǎn)EDA軟件企業(yè)應(yīng)不斷提高技術(shù)研發(fā)和市場營銷能力，加強人才引進和培養(yǎng)，深度挖掘市場需求和用戶需求，并不斷創(chuàng)新和探索，才能在激烈的市場競爭中獲得更多的機遇和成功。

最后，感謝芯華章科技首席市場戰(zhàn)略官謝仲輝、思爾芯董事長兼CEO林俊雄、英諾達（成都）電子科技有限公司副總經(jīng)理熊文以及行芯董事長兼總經(jīng)理賀青對與非網(wǎng)EDA專題文章的詳細(xì)回答與大力支持。