國產(chǎn)EDA，還差在哪？

為了限制中國半導(dǎo)體，美國對(duì)自己的半導(dǎo)體公司下手了。

4月14日，美國EDA軟件公司新思科技接受美國商務(wù)部的調(diào)查，原因?yàn)樵摴究赡軐㈥P(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)讓給被制裁的華為。

知情人士稱，調(diào)查人員正在調(diào)查有關(guān)新思科技與中國子公司合作，向華為技術(shù)有限公司的海思部門提供芯片設(shè)計(jì)和軟件以供中芯國際半導(dǎo)體制造公司制造的指控。該過程尚未公開。美國公司被禁止向華為和中芯國際出售某些類型的技術(shù)，因?yàn)樗鼈円驯簧虅?wù)部工業(yè)和安全局（BIS）認(rèn)定為對(duì)國家安全構(gòu)成威脅。

新思科技成立于1986年，總部位于美國硅谷，2021財(cái)年?duì)I業(yè)額42億美元，擁有3300多項(xiàng)已批準(zhǔn)專利，在EDA和服務(wù)領(lǐng)域排名第一，在全世界擁有排名第二的半導(dǎo)體IP核。

眾所周知，美國最近在大力發(fā)展半導(dǎo)體，如此重要的半導(dǎo)體公司，美國怎么會(huì)對(duì)自己的龍頭半導(dǎo)體公司下手呢？

集成電路誕生的搖籃

要了解這件事的性質(zhì)首先需要了解EDA。EDA的全稱是Electronic design automation，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。EDA是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。EDA是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程 (CS & E) 中最早應(yīng)用計(jì)算建模、計(jì)算思維的概念和技術(shù)。

事實(shí)上，超大規(guī)模集成電路和系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程中的一個(gè)重要領(lǐng)域。EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從許多角度上來看都有著重要作用。

EDA由一系列方法、算法和工具組成，它們協(xié)助自動(dòng)化電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和測(cè)試。EDA以一種模塊化的方式實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)步驟的逐步實(shí)現(xiàn)，范圍從集成電路（包括片上系統(tǒng)）、印刷電路板（PCB）和電子系統(tǒng)。同時(shí)，EDA也涉及每個(gè)抽象級(jí)別的建模、綜合和驗(yàn)證。

在 1980 年代初期，硅面積非常寶貴，而布局工具的基本理論基礎(chǔ)由圖論（最小切割，四邊形分割）、凸優(yōu)化（幾何規(guī)劃）、隨機(jī)方法（模擬退火）、進(jìn)化生物學(xué)（遺傳算法）、物理定律（力導(dǎo)向松弛方法）、電路理論（電阻網(wǎng)絡(luò)中的能量最小化）和頻譜方法 (基于特征值的劃分）發(fā)展而成。隨后， 1980 年代中期，線性代數(shù)開發(fā)互連延遲模型的理論基礎(chǔ)和矩陣求解器（Krylov 子空間、Arnoldi、Pade、Pade via Lancoz 算法）、數(shù)值分析（微分求積法，有限差分）、頻域求解器（方法特性，F(xiàn)DFD）和其他理論技術(shù)又被應(yīng)用于EDA技術(shù)。

EDA徹底改變了電子工程師的方式設(shè)計(jì)和制造集成電路。今天設(shè)計(jì)的每個(gè)電路都將高層次的計(jì)算模型（以可執(zhí)行的編程語言指定）抽象，然后經(jīng)過一系列綜合和優(yōu)化轉(zhuǎn)換，其次是嚴(yán)格的數(shù)字模擬和原型制作，以及正式和半正式驗(yàn)證而完成。

EDA將計(jì)算與建模，理論與實(shí)踐成功結(jié)合。EDA 的計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師成功地與電氣工程師推導(dǎo)出各種級(jí)別的電路模型；與物理學(xué)家和化學(xué)家一起推導(dǎo)出制造模型；與理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家一起進(jìn)行各種復(fù)雜性分析；與應(yīng)用數(shù)學(xué)和優(yōu)化專家即興創(chuàng)作可擴(kuò)展的仿真和綜合算法；并與應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＜乙黄痖_發(fā)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）庫等。

它成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)復(fù)雜性的指數(shù)級(jí)增長——從一開始帶有 2250 個(gè)晶體管的微處理器（英特爾 4004）到最新的多核處理器超過千億個(gè)晶體管。

可以說是EDA的發(fā)展支持了摩爾定律在過去 40 年的成功，反過來又創(chuàng)造了高性能和成本效益高的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，改變了我們的生活和社會(huì)。

國產(chǎn)EDA差距在哪？

概倫電子在4月14日發(fā)布2021年全年財(cái)報(bào)，財(cái)報(bào)顯示，2021年概倫電子實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入1.9億人民幣，同比增加41.01%；而新思科技2021年的收入為44億美元，是概倫電子的近150倍。

概倫電子的收入顯示2021年，EDA工具授權(quán)業(yè)務(wù)占主營業(yè)務(wù)收入的比例從 2020 年的 69.23%提升至 72.86%。而作為對(duì)比，新思科技的業(yè)務(wù)占比則是65%的收入來自EDA工具收入，25%的收入來自半導(dǎo)體IP授權(quán)，是全球第二大IP供應(yīng)商。

相對(duì)于收入規(guī)模的懸殊對(duì)比，其實(shí)國產(chǎn)EDA公司與EDA巨頭的差距更顯現(xiàn)在收入結(jié)構(gòu)的差別?？梢钥吹絿獍雽?dǎo)體公司在IP數(shù)量的積累上的巨大領(lǐng)先，而豐富的IP數(shù)據(jù)庫對(duì)于EDA工具來說是絕對(duì)競爭力，更是國產(chǎn)EDA亟待突破的壁壘。

此外，國內(nèi)EDA面對(duì)的一個(gè)難題，有一些“破解版”的EDA軟件導(dǎo)致的“劣幣驅(qū)逐良幣”局面。如果破解版EDA一直被國產(chǎn)半導(dǎo)體公司使用，那么國產(chǎn)半導(dǎo)體從業(yè)基于國外EDA軟件的使用習(xí)慣將無法被打破。那么國產(chǎn)EDA想要獲得客戶，還是需要參考國外EDA軟件極其不利于創(chuàng)新。

如果說第一個(gè)差距需要國產(chǎn)EDA公司追趕，那么第二個(gè)問題則需要國產(chǎn)半導(dǎo)體從業(yè)者一齊培養(yǎng)出使用正版的意識(shí)，從而形成良好健康的發(fā)展環(huán)境。當(dāng)國內(nèi)EDA公司聚集了足夠多的用戶，有了足夠多的數(shù)據(jù)與資源，國內(nèi)EDA公司才會(huì)有能力去發(fā)展自己的IP，再正向支持國內(nèi)半導(dǎo)體廠商。

目前國內(nèi)的設(shè)計(jì)師主要使用的EDA軟件仍主要是Cadence、Synopsys等軟件。國產(chǎn)EDA即使功能滿足了設(shè)計(jì)需求但因?yàn)閯e人用的少，對(duì)之后的查看，移植等流程都有影響。

由于國外的EDA軟件功能已經(jīng)足夠成熟，工程師們只要掌握一兩種就可以滿足工作中的使用需求，而大部分工程師熟練使用的EDA軟件仍是在學(xué)校中使用的軟件。對(duì)于國內(nèi)的EDA公司，想要增加市場份額，就一定需要進(jìn)入高校中，吸收更多的“準(zhǔn)工程師”用戶。才有可能在下一階段的競爭中不失先手。

國產(chǎn)EDA，小有規(guī)模

中國 EDA 行業(yè)起步較早，1986 年即開始研發(fā)我國自有 EDA 系統(tǒng)（即熊貓系統(tǒng)），但由于行業(yè)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展和支撐相對(duì)滯后，技術(shù)研發(fā)優(yōu)化和產(chǎn)品驗(yàn)證迭代相對(duì)緩慢，目前整體行業(yè)技術(shù)水平與國際 EDA 巨頭存在很大差距，自給率很低。目前國內(nèi)的代表廠商包括：華大九天、概倫電子、芯啟源等。

華大九天

北京華大九天科技股份有限公司（簡稱“華大九天”）成立于2009年，一直聚焦于EDA工具的開發(fā)、銷售及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)。

華大九天主要產(chǎn)品包括模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具、平板顯示電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)和晶圓制造EDA工具等EDA軟件產(chǎn)品，并圍繞相關(guān)領(lǐng)域提供包含晶圓制造工程服務(wù)在內(nèi)的各類技術(shù)開發(fā)服務(wù)。

作為國產(chǎn)EDA的領(lǐng)先企業(yè)，華大九天成為其SAFE™-EDA生態(tài)系統(tǒng)的合作伙伴。 通過雙方協(xié)同，華大九天SPICE電路仿真工具Empyrean ALPS在2021年成功通過三星半導(dǎo)體EDA工具認(rèn)證流程SAFE™-QEDA，實(shí)現(xiàn)對(duì)其14nm和8nm工藝制程的支持。

Empyrean ALPS是華大九天自主研發(fā)的高速高精度并行晶體管級(jí)電路仿真工具，支持?jǐn)?shù)千萬元器件的電路仿真和數(shù)?；旌闲盘?hào)仿真，通過創(chuàng)新的智能矩陣求解算法和高效的并行技術(shù)，突破了電路仿真的性能和容量瓶頸，仿真速度相比同類電路仿真工具顯著提升。

概倫電子

概倫電子成立與2010年，專注于 EDA 工具的自主設(shè)計(jì)和研發(fā)，在器件建模和電路仿真兩大集成電路制造和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)掌握了具備國際市場競爭力、自主可控的 EDA 核心技術(shù)，形成了核心關(guān)鍵工具，能夠支持 7nm/5nm/3nm 等先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)和 FinFET、FD-SOI 等各類半導(dǎo)體工藝路線。

成立20年后，概倫電子在2021年收購了韓國EDA企業(yè)Entasys并于2021年12月成功上市科創(chuàng)板。

公司器件建模及驗(yàn)證EDA工具被全球大部分領(lǐng)先的晶圓廠所采用和驗(yàn)證，包括臺(tái)積電、三星電子、聯(lián)電、格芯、中芯國際等；電路仿真和驗(yàn)證EDA工具客戶包括三星電子、SK 海力士、美光科技、長鑫存儲(chǔ)等。

芯啟源

芯啟源（上海）半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“芯啟源”）是一家針對(duì)超大規(guī)模電信和企業(yè)級(jí)的智能網(wǎng)絡(luò)提供核心芯片和系統(tǒng)解決方案的高科技公司。

芯啟源MimicPro™原型驗(yàn)證系統(tǒng)是一個(gè)基于FPGA的高性能系統(tǒng)，為企業(yè)和云操作提供高性能高速度的ASIC和軟件開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)不影響其安全性和可擴(kuò)展性?？梢詫?duì)企業(yè)的ASIC系列進(jìn)行原型驗(yàn)證，如AI、處理器、視覺、通信和其他SOC。它可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要從1到32個(gè)FPGA進(jìn)行擴(kuò)展。該系統(tǒng)可以輕松升級(jí)到最新的FPGA。

MimicPro系統(tǒng)通過提高工作效率縮短開發(fā)周期，加快完成早期軟件開發(fā)中的系統(tǒng)驗(yàn)證和回歸測(cè)試等階段。

為了加強(qiáng)競爭力，芯啟源在壯大高端人才庫，2022年3月，英特爾全球高級(jí)副總裁、網(wǎng)絡(luò)處理器總經(jīng)理加入芯啟源。

德勤數(shù)據(jù)表明全球EDA軟件收入預(yù)計(jì)將從2020年的約100億美元翻一番，到2027年達(dá)到190億美元。目前國外廠商占據(jù)了超過七成，且均為美國企業(yè)，除了開篇提到的被調(diào)查的新思科技，還有Cadence和Simens EDA（收購Mentor Graphic，為美國公司）。

可以看到，通過引入人才、本土EDA公司已經(jīng)初具規(guī)模，但差距依舊存在。

而國產(chǎn)EDA的進(jìn)步，要從最上游環(huán)節(jié)開始。

作者：六千