美國東部時間8月12日，美國商務(wù)部工業(yè)與安全局(BIS)發(fā)布一項暫行最終規(guī)定，對4項技術(shù)的出口做出控制。其中最引發(fā)關(guān)注的是“特別針對GAAFET晶體管結(jié)構(gòu)的ECAD軟件”，將對設(shè)計GAAFET(全柵場效應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)集成電路所必須的ECDA軟件實行出口管制，相關(guān)禁令于美東時間8月15日正式生效。

這里的ECAD基本可以理解為我們常說的EDA工具，它是一個貫徹芯片設(shè)計全流程的計算機輔助工具。但如同國內(nèi)諸多被“卡脖子”的半導(dǎo)體環(huán)節(jié)，大部分EDA工具當(dāng)前也處在被國外廠商壟斷的狀態(tài)中。

管控針對GAAFET結(jié)構(gòu)晶體管設(shè)計的EDA軟件，對于中國芯片設(shè)計廠商會帶來多大的影響呢?《電子工程專輯》在過去的一些文章曾分析過，先進工藝進入到3nm節(jié)點前后，晶體管持續(xù)變小，F(xiàn)inFET結(jié)構(gòu)很難再提供有效的靜電控制。要把單元(cell)結(jié)構(gòu)進一步縮小，減少Fin的數(shù)量，就出現(xiàn)了GAAFET結(jié)構(gòu)。其中最具代表性的就是三星，他們準(zhǔn)備在即將大規(guī)模量產(chǎn)的3nm工藝上采用GAAFET結(jié)構(gòu)晶體管。

如此看來，此次美國針對EDA工具實行的出口管制對市場的影響十分有限。因為華為海思被打壓之后，目前中國大陸廠商中有能力設(shè)計和流片3nm產(chǎn)品的企業(yè)幾乎沒有，即便放眼全球，也只有蘋果等少數(shù)幾家廠商在規(guī)劃3nm產(chǎn)品。

但這次管控也給所有中國半導(dǎo)體企業(yè)敲了一次警鐘。也許這次并未影響到大家，但隨著美國長臂管轄的范圍不斷擴大，每一家本土企業(yè)都要做好準(zhǔn)備。而把命運掌握在自己手中的最好的方式，就是支持國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給予他們更多迭代和形成全流程的機會。

在近日舉辦的2022中國集成電路設(shè)計創(chuàng)新大賽暨IC應(yīng)用博覽會(ICDIA 2022)上，華大九天、行芯、芯啟源、英諾達等國產(chǎn)EDA廠商接受了《電子工程專輯》等媒體的采訪，就打造國產(chǎn)全流程工具、EDA廠商之間協(xié)同合作、3D IC/Chiplet設(shè)計、EDA上云以及未來EDA行業(yè)整并展望等熱點話題進行了探討。

做到全流程，是國產(chǎn)EDA第一要務(wù) ? ?

實現(xiàn)國產(chǎn)的EDA全流程工具，一直是大家最關(guān)注的，可以說是所有中國EDA人的重要目標(biāo)。目前華大九天已經(jīng)實現(xiàn)模擬IC設(shè)計的全流程，而數(shù)字全流程依舊等待著大家將多個點工具連接起來。這些點工具中，有的已經(jīng)有國產(chǎn)廠商在做，有的還處于空白階段。

華大九天董事長劉偉平認(rèn)為，當(dāng)前國產(chǎn)芯片之所以受制于人，很大一部分原因在于我們自己的EDA工具不全，無法滿足產(chǎn)業(yè)的所有需求，所以做全流程是產(chǎn)業(yè)必須要完成的第一要務(wù)。然而，整個EDA產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)涉及的工具鏈較長，當(dāng)前國產(chǎn)EDA企業(yè)不像國際巨頭那樣經(jīng)過幾十年的并購發(fā)展，不可能僅靠一兩家實現(xiàn)全流程，需要全行業(yè)共同努力。

“據(jù)我們了解，目前國產(chǎn)工具能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化、產(chǎn)品化的，覆蓋面大約60~65%。另外一些尚未商業(yè)化，但已經(jīng)開發(fā)出核心技術(shù)可供試用，面臨著規(guī)?；茝V的問題;最后還有一些工具點仍處于空白階段，沒有人做或處于算法開發(fā)早期?！眲テ秸f到，國產(chǎn)全流程工具最主要的問題就是補齊這些短板和空白，這也是行業(yè)未來兩三年最主要的任務(wù)。

全流程工具是否齊全，只是實現(xiàn)EDA國產(chǎn)化的第一步，要做到從“有”到“優(yōu)”，還需要實現(xiàn)對先進工藝技術(shù)的支持。當(dāng)前國內(nèi)很多高端數(shù)字芯片設(shè)計公司已經(jīng)可以做7nm、5nm甚至做3nm的設(shè)計，但是國內(nèi)EDA工具無法支持。究其原因，劉偉平表示，是因為本土EDA廠商無法獲得頭部Foundry的先進工藝參數(shù)，導(dǎo)致工具開發(fā)無法與其適配結(jié)合。

行芯董事長兼總經(jīng)理賀青也認(rèn)為，無論是模擬還是數(shù)字芯片工具，要讓用戶去改變以往使用國外產(chǎn)品的習(xí)慣，需要國產(chǎn)全流程工具從“有”到“優(yōu)”，這是一個長期的過程。

以本土的數(shù)字EDA工具為例，雖然這兩年誕生了很多EDA新創(chuàng)企業(yè)，也獲得了大量資本支持，“但目前市面上能實現(xiàn)商業(yè)化廣泛應(yīng)用的數(shù)字EDA工具，一個手能數(shù)得完。”賀青介紹到，行芯在2018年成立，公司創(chuàng)始團隊在國外已經(jīng)有十幾年的開發(fā)經(jīng)驗，回國之后從零開始，用了四年才實現(xiàn)產(chǎn)品的商業(yè)化。

究其原因，賀青認(rèn)為是數(shù)字芯片跟模擬芯片有著較大區(qū)別。數(shù)字芯片從開發(fā)到流片投入動輒數(shù)億元，試錯成本高昂，所需EDA工具種類繁多，對精度、效率、容量都有極高要求，靠一兩家企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字全流程談何容易?EDA企業(yè)應(yīng)該從點工具上突破，并爭取客戶的使用以獲得迭代;對于行業(yè)而言，應(yīng)思考如何“連點成線”。“如果能夠融合不同EDA企業(yè)的優(yōu)勢技術(shù)和產(chǎn)品，預(yù)計兩年左右可以打造一套國產(chǎn)數(shù)字全流程工具?！辟R青說到。

劉偉平也比較認(rèn)同兩年這個時間點，因為目前國產(chǎn)數(shù)字工具雖然存在部分空白，但基本都有廠商在布局。按EDA行業(yè)的經(jīng)驗，一個工具從開發(fā)到形成成熟產(chǎn)品大約需要5年，“基于目前的大環(huán)境，這個速度還會更快，例如兩年時間布局，再加兩年時間成熟。而如果不僅僅看數(shù)字或模擬芯片設(shè)計，將眼光放大到制造、封裝甚至應(yīng)用端，那么EDA全套流程打通可能需要5年左右?！?/p>

5年實現(xiàn)上下游的EDA全流程打通，是建立在資源齊備的條件下，不僅僅是資金，還需要有足夠多高層次人才。從人員規(guī)模來說，劉偉平認(rèn)為國內(nèi)要把這個東西做全，至少需要3000以上的研發(fā)人員，而我國目前所有EDA從業(yè)人員僅有4000多人，其中至少有一半不是研發(fā)崗位的，“這里面還有很多在不同公司中，做重復(fù)研發(fā)內(nèi)容的”;從高層次人才來說，要做一款工具，至少需要熟悉這個工具的人才;最后是資金，根據(jù)測算，每年全行業(yè)至少需要投入40-50億元人民幣，總共200億。

連點成線，協(xié)同合作與自我加強 ? ?

不同EDA公司的工具之間，要怎樣“連點成線”?這不單是一個技術(shù)問題，更是一個協(xié)作問題。

據(jù)賀青透露，當(dāng)前一些國產(chǎn)數(shù)字EDA廠商已經(jīng)在合作，在服務(wù)重點客戶時大家將各自工具對齊拼接，客戶技術(shù)團隊跟EDA企業(yè)一起打磨，用新工具去替換原有流程中的一些環(huán)節(jié)。這其中最大的難題不是客戶的設(shè)計能力，也不是工具之間的接口定義，而是國產(chǎn)EDA成熟度能否讓客戶以最快的速度實現(xiàn)設(shè)計收斂。

EDA行業(yè)發(fā)展歷程就是公司之間的不斷整合，所以幾乎每款工具都是獨立的，但在數(shù)據(jù)層面按照標(biāo)準(zhǔn)格式進行設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞。賀青表示，頭部芯片設(shè)計企業(yè)在開發(fā)產(chǎn)品時，往往是多家EDA公司工具混用，“這么做才是最好的選擇。同時也有企業(yè)為了加快速度或降低成本，會采用單一公司的全套流程。這么做的話，芯片質(zhì)量往往達不到First-tier水準(zhǔn)?！?/p>

既然芯片設(shè)計公司已經(jīng)習(xí)慣在開發(fā)過程中采用多家公司工具，那么國產(chǎn)工具要進入的最大難題就要看產(chǎn)品成熟度?！翱蛻舻谝淮斡媚愕男鹿ぞ遚rash了，可以再來，但第二次還是crash，人家可能就再也不想嘗試了?！辟R青說到，“工具融合成全流程后，還要客戶愿意跟你一起調(diào)試，設(shè)計收斂后才算合格?！?/p>

這就是產(chǎn)業(yè)協(xié)同，也是國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)實現(xiàn)發(fā)展的關(guān)鍵。整個鏈條上的Foundry、Fabless、EDA/IP公司在當(dāng)下大環(huán)境下，需要合作一起解決問題，而不是簡單地甲方-乙方的合作形式。

“目前的形勢下，每個人都不是旁觀者，沒有真正的孤島，需要各個企業(yè)高度協(xié)同頂住壓力?！辟R青說到，“天下武功唯快不破，過去幾年一些評估下來需要三五年完成的事情，我們和客戶一起一年就完成了。這說明與客戶協(xié)同作戰(zhàn)一起做好國產(chǎn)EDA這條路是走得通的。”

要做到這一點，需要與客戶建立深度互信，摒棄傳統(tǒng)的程式化合作方式，采用不分彼此的協(xié)同機制快速響應(yīng)訴求并直接探討可能的實現(xiàn)方案，極大提升開發(fā)效率。

芯啟源是國內(nèi)為數(shù)不多擁有數(shù)字RTL仿真產(chǎn)品的廠商，去年底已獲上海一家Fabless采用，今年也成功流片。

芯啟源EDA&IP銷售總經(jīng)理裘燁敏表示，雖然沒有做到100%覆蓋RTL仿真，但能用上國產(chǎn)工具，已經(jīng)能為國內(nèi)客戶經(jīng)解決不少痛點。不同類別IC整體架構(gòu)不一樣，在這些企業(yè)在不斷提需求的過程中，也幫助了國產(chǎn)EDA廠商迭代和打磨工具，這對于RTL工具尤其重要。

“不同行業(yè)芯片設(shè)計的時鐘(clock)、接口需求不一樣，沒有太多普適性feature，所以仿真復(fù)雜程度也不一樣，這需要國產(chǎn)EDA不斷去適應(yīng)，而不是讓客戶來適應(yīng)我們。” 裘燁敏說到，“這就要求國內(nèi)EDA企業(yè)投入更多研發(fā)人力，我們也希望與更多合作伙伴和芯片設(shè)計商加深仿真方面的合作，加大投入，因為仿真需要長時間打磨，越后面剩下的骨頭越難啃?！?/p>

可以看出，EDA工具要做全相對容易，但要做好卻很難。所謂做好，就是在現(xiàn)有工具100分的基礎(chǔ)上，要做到120分甚至更高才叫好。在模擬仿真上，華大九天的模擬電路仿真工具已經(jīng)做到了世界前列，劉偉平表示，“這個是客戶認(rèn)可的，不是我們自己講的。通過這個例子告訴我們，如果國產(chǎn)EDA做不出亮點，就只能是備胎;而如果有做得好的地方，就能切入主流市場形成主導(dǎo)?！?/p>

如何讓客戶更愿意使用國產(chǎn)工具? ? ?

當(dāng)前在國內(nèi)推廣國產(chǎn)EDA工具時，也存在諸多障礙，例如小公司不愿意試錯，大公司的門檻又較高。這其實和此前國產(chǎn)芯片公司面臨的局面一樣，需要有愿意試錯的客戶來幫助產(chǎn)品迭代升級。

劉偉平認(rèn)為要讓大家采用國產(chǎn)EDA工具，有幾個方面很重要。

首先，要國家和行業(yè)戰(zhàn)略的角度去引導(dǎo)大家與國產(chǎn)EDA合作。

第二，企業(yè)要提高自己的認(rèn)知，反客為主。過去國產(chǎn)EDA公司推廣自己的產(chǎn)品，很難進入客戶供應(yīng)鏈，但現(xiàn)在形勢已經(jīng)有所改變，客戶要保障供應(yīng)鏈安全，開始主動尋求國產(chǎn)工具?！斑@種情況下，國產(chǎn)EDA會有些被動，因為工具還不夠全，無法滿足客戶所有需求。但只要有了戰(zhàn)略定位，后續(xù)就會有改觀?！?/p>

第三，僅靠幾家大公司對國產(chǎn)EDA的拉動力量有限，必須主動地以市場化加戰(zhàn)略的角度配合應(yīng)用需求。國產(chǎn)工具要經(jīng)得起市場考驗，就必須通過戰(zhàn)略合作打磨好產(chǎn)品，“人家100分，你不能只有70分。絕對不能把客戶的芯片做壞了，或者讓客戶在成本等方面失去競爭力，所以90分是一個基本的要求。”

談到與大客戶合作共同促進迭代，賀青也深有體會。他發(fā)現(xiàn)，在以往的合作經(jīng)驗中，客戶對于采用什么樣的EDA工具往往有一個閾值，這個閾值又經(jīng)常以國際大廠的工具作為參考。

“這本身是一個悖論，國產(chǎn)EDA本身就需要跟客戶多次迭代才能達到那個閾值。這就變成了先有雞還有先有蛋的問題。”賀青說到，能幫助國產(chǎn)EDA迭代的主要是兩類客戶，一類是大客戶，另一類是細(xì)分賽道上的尖端客戶，“但中國目前絕大部分的芯片設(shè)計公司還是走量、走規(guī)模的，缺乏動力去幫助EDA公司迭代?！?/p>

如何給客戶更多的合作動力?可能需要更多的看到客戶的痛點，并用自己的工具幫助他們解決。

英諾達副總裁熊文認(rèn)為，國內(nèi)很多IC設(shè)計企業(yè)的痛點在于，增長很快，但人才培養(yǎng)沒有跟上。包括很多初創(chuàng)芯片企業(yè)，可能主設(shè)計流程上與國際廠商使用相同的技術(shù)，但是在某些底層設(shè)計環(huán)節(jié)上卻沒有合適人才去實現(xiàn)，這就給了EDA廠商一些介入的機會?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)其中一大痛點是低功耗設(shè)計，例如用于超算的大芯片，往往容易過熱，我們就從芯片設(shè)計RTL代碼開始進行優(yōu)化，幫助客戶降低功耗。”

另外，傳統(tǒng)EDA的消費模式需要購買License，即便只用一次也需要全部購買。英諾達在嘗試的EDA硬件云平臺租賃打破了這一傳統(tǒng)，核心是按需付費，這樣能讓更多的用戶接受國產(chǎn)EDA工具的商用并接受。

想客戶所想，也是華大九天獲取大客戶信賴的方法之一。劉偉平認(rèn)為，首先還是要在技術(shù)上要打動客戶，例如很多領(lǐng)先設(shè)計公司采用華大九天的第一個工具就是那款優(yōu)質(zhì)模擬電路仿真工具。

十年前，國內(nèi)還沒有這么強烈的國產(chǎn)替代戰(zhàn)略需求，華大九天也是靠著“中國EDA人”的精神來打動客戶?！拔覀?nèi)魏螘r候都有決心把這件事做得足夠好，來幫助企業(yè)解決問題。當(dāng)時一個客戶的芯片問題用國外工具解決不了，我們團隊在那工作了一個禮拜幫他們解決了，而且效果比想象的好很多?！边@也成為了雙方建立長期合作關(guān)系的起點。

不過，在轉(zhuǎn)換成國內(nèi)EDA工具時，芯片設(shè)計企業(yè)也面臨一些挑戰(zhàn)，尤其是長期使用國外工具后積累下來的底層數(shù)據(jù)對接遷移，代價甚至比購買EDA工具還大。

國產(chǎn)EDA不存在彎道超車，但要關(guān)注一切新機會 ? ?

美國政府近年來一直在做Chip 4聯(lián)盟之類的“高端小圈子”，企圖把中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)排除在外，這對我國的高端EDA發(fā)展也帶來了影響。

如何突破層層封鎖?能不能國產(chǎn)EDA自成體系?這些問題都是從業(yè)者們在思考的，但由于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈太長，需要關(guān)注從材料、零部件甚至到某些工藝的能耗這些細(xì)碎環(huán)節(jié)，從0開始重建體系難于登天。

“大型芯片公司往往與國際大廠EDA工具深度綁定，任何一個新政出臺都會受到影響?！睆男行镜慕嵌葋砜矗陆w系并不現(xiàn)實，“因為所有彎道超車的可能性都被針對了，最有效的辦法是用速度取勝?！?/p>

賀青表示，行芯EDA工具服務(wù)的芯片設(shè)計公司和芯片制造商，在同樣研發(fā)環(huán)節(jié)所用的時間周期比常規(guī)速度基本上快三倍。“不管未來形勢如何變化，如果我們的速度更快一些，換取的空間就會更多一些。行芯正在陪伴中國的大客戶走這樣的路。”

此外，在摩爾定律趨近終結(jié)的時代，3D IC、Chiplet等新技術(shù)涌現(xiàn)出來，這個機遇是所有中國芯片廠商的機會，也是國產(chǎn)EDA的機會。能否在老工藝上實現(xiàn)更高的性能?通過Chiplet把IP硬件化，降低大芯片的成本，這種先進的制造技術(shù)倒逼設(shè)計水平和工具更進一步，是破局的關(guān)鍵。

不過，無論3D IC還是chiplet，都需要高水準(zhǔn)的Foundry和封裝廠商主導(dǎo)，這方面國內(nèi)廠商仍有待加強。但從具體某款產(chǎn)品應(yīng)用來看，應(yīng)用場景也是能反推EDA工藝需求的。芯啟源也有DPU業(yè)務(wù)，作為EDA工具的需求方，芯啟源產(chǎn)品市場總監(jiān)胡侃表示，DPU未來的發(fā)展要達到50瓦功耗的最大瓶頸，也需要工藝的支撐，但需要產(chǎn)業(yè)鏈的從設(shè)計到制造環(huán)節(jié)打通才能最終商業(yè)化落地。

DPU如果僅僅處在對數(shù)據(jù)處理的決策上，可能工藝只要達到22nm就夠了，但是未來要融合人工智能、機器學(xué)習(xí)甚至更多的CPU+GPU+DPU等超異構(gòu)大芯片能力，對Chiplet的要求就更高了。在胡侃來看，chiplet的意義最重要的意義在于用異構(gòu)融合滿足商業(yè)或客戶場景需求，這些需求也將反推對EDA工藝升級的需求。

EDA上云也是今年來很熱門的話題，但對于芯片設(shè)計公司來說，把自己的研發(fā)數(shù)據(jù)、核心設(shè)計上到云端，多少還存在顧慮。

熊文認(rèn)為，半導(dǎo)體公司當(dāng)前的成本負(fù)擔(dān)其實很重，包括人力、IP授權(quán)、流片和EDA仿真時需要的機房資源。尤其是發(fā)展到后期跑仿真需要長時間運算，占用大量底層資源，公司自行購置會增加大量成本，而租賃計算機則需要更多機房空間。

這些現(xiàn)實問題讓EDA上云成為大量本土初創(chuàng)公司必須考慮的一條路，“雖然不是全部上云，但至少有一部分EDA功能會逐漸遷移到云端?！边@一點對關(guān)注財務(wù)的中小型創(chuàng)業(yè)公司來說最具吸引力，在采用云端EDA后能夠改變企業(yè)ROI(投資回報率)。

至于EDA上云的安全問題，熊文表示，英諾達在一開始在做EDA上云時就對安全做了全面考慮，主要分為兩個方面：

一是外部網(wǎng)絡(luò)接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全。英諾達在外網(wǎng)保護方面主要采用Palo Alto network 防火墻技術(shù)，外網(wǎng)接入以白名單方式，用戶可以采用VPN或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的方式接入。

二是接入內(nèi)網(wǎng)后的數(shù)據(jù)安全。英諾達在客戶數(shù)據(jù)接入內(nèi)網(wǎng)后，會采用物理上的硬件隔離和保護措施，并嚴(yán)格按照操作日志定期培訓(xùn)工程師，避免發(fā)生人為故障。

國產(chǎn)EDA行業(yè)的整并何時到來? ? ?

縱觀EDA行業(yè)的發(fā)展史，就是一個重組、并購成長的過程。大部分的芯片公司并不希望面對繁多的EDA供應(yīng)商，他們往往希望少數(shù)幾家能把事情全部搞定，所以展望未來，國產(chǎn)EDA行業(yè)必將進入并購整合期，而這這個時期會長期持續(xù)存在。

并購潮何時會爆發(fā)?取決于資本市場對于EDA初創(chuàng)公司的認(rèn)可程度和持續(xù)輸血的程度，目前資本都看好中國發(fā)展EDA，所以大部分初創(chuàng)企業(yè)剛成立就獲得大量投資，估值非常高。這也導(dǎo)致當(dāng)前基本上沒有哪家國產(chǎn)EDA企業(yè)能輕易被并購。

賀青認(rèn)為，任何行業(yè)都有周期性，到了一個時間點泡沫破滅，就會出現(xiàn)整體下行?！靶袠I(yè)周期一直在反復(fù)，并購潮不會某一個時間節(jié)點突然爆發(fā)，而是不斷進行的過程。”

據(jù)悉，已有不少國內(nèi)EDA公司在布局并購，華大九天是其中之一。

劉偉平認(rèn)為，EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律就是把各家做得好的工具整合在一起，華大九天未來也會朝著這個方向走。具體方式有：

第一，整合。標(biāo)準(zhǔn)是不但要選擇合適的并購伙伴，還要看是否符合公司商業(yè)運作的條件。

第二，如果不能整合，會參與投資。投資是EDA行業(yè)做技術(shù)開發(fā)和商業(yè)運作的合作方式之一，可以把各家工具串成全流程，“不見得全在誰的手里，也可以你中有我，我中有你?！?/p>

在整合和合作的問題上，核心部分要考慮兩個層面，一個是看標(biāo)的技術(shù)層面夠不夠好，底層數(shù)據(jù)格式能不能實現(xiàn)聯(lián)通;二是文化融合，這個相較而言比技術(shù)聯(lián)通更重要。在這個過程中，不同團隊文化、理念沖突如何磨合，也是今后國產(chǎn)EDA行業(yè)可能會面對的問題。

編輯：黃飛

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