美國(guó)對(duì)華為芯片產(chǎn)業(yè)限制升級(jí),EDA軟件如何發(fā)展

　　時(shí)隔一年，5月15日，美國(guó)政府再次動(dòng)用國(guó)家力量來(lái)封殺華為。與去年“516實(shí)體清單”的影響相比，這一次的打擊更為精準(zhǔn)和徹底。

　　簡(jiǎn)單說(shuō)，就是如果全世界有哪家半導(dǎo)體企業(yè)，要為華為生產(chǎn)芯片，就需要先獲得美國(guó)的許可。

　　為什么美國(guó)政府可以管得這么寬？因?yàn)槿澜鐭o(wú)論哪一家半導(dǎo)體企業(yè)都在或多或少使用著美國(guó)企業(yè)的軟件和技術(shù)。這就是所謂的“長(zhǎng)臂管轄”。

　　難道中國(guó)的半導(dǎo)體企業(yè)也要受此約束嗎？理論上來(lái)說(shuō)是這樣的，因?yàn)槲覈?guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中一些底層技術(shù)只能采用美國(guó)的技術(shù)。

　　美國(guó)此次對(duì)華為芯片產(chǎn)業(yè)的全面限制升級(jí)，涵蓋芯片設(shè)計(jì)的上游軟件、芯片制造的上游設(shè)備以及當(dāng)前最主要的有臺(tái)積電代工生產(chǎn)的7nm的芯片制造。美國(guó)商務(wù)部對(duì)華為芯片產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)可謂是進(jìn)行了一次定點(diǎn)式精準(zhǔn)打擊。

　　首當(dāng)其沖的的是芯片設(shè)計(jì)的上游EDA軟件。雖然華為可以設(shè)計(jì)芯片，但是IC設(shè)計(jì)的高端軟件EDA工具仍然基本上由Cadence、Synopsys、Mentor三家美國(guó)公司壟斷。而在中國(guó)市場(chǎng)，這三家EDA軟件公司更是占據(jù)了95%的市場(chǎng)份額。

　　就華為來(lái)說(shuō)，自去年516之后，美國(guó)這三大EDA廠商與華為的合作已經(jīng)先后終止。這意味著，華為自那以后再?zèng)]有獲得新工具和新升級(jí)服務(wù)，但是可以繼續(xù)使用華為已經(jīng)購(gòu)買和獲得授權(quán)的EDA工具。也就是說(shuō)，目前華為海思還可以采用老版本EDA做IC設(shè)計(jì)。

　　然而長(zhǎng)期來(lái)看，EDA軟件的國(guó)產(chǎn)化替代勢(shì)在必行。有分析者認(rèn)為，美國(guó)的技術(shù)限制正在給我國(guó)國(guó)產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。

　　話雖如此，我們也必須清醒地認(rèn)識(shí)到中美兩國(guó)在EDA軟件上面的技術(shù)差距，以及國(guó)產(chǎn)化替代的難度。但同時(shí)我們也要放棄“妥協(xié)投降”的幻想，尋求技術(shù)突圍的可能。

　　EDA軟件為什么重要？

　　如果把芯片制造比作建造一座大廈的話，IC設(shè)計(jì)就是大廈的設(shè)計(jì)圖紙，EDA軟件就是這張圖紙的設(shè)計(jì)工具，只不過EDA軟件比建筑設(shè)計(jì)軟件的復(fù)雜度要高出N個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronics Design Automation）的簡(jiǎn)稱，是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。

　　利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過程，在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。EDA技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于電子、通信、航空航天、機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域。

　　隨著集成電路技術(shù)發(fā)展，EDA軟件越來(lái)越被業(yè)界等同于 “芯片設(shè)計(jì)軟件工具”的代名詞。

　　也就是說(shuō)，EDA軟件是芯片設(shè)計(jì)的重要工具，但由于芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜工藝、精細(xì)化分工和多技術(shù)綜合，EDA軟件并不是單指一個(gè)或幾個(gè)軟件，而是涉及近百種不同的技術(shù)，涵蓋多種“點(diǎn)工具”的軟件工具集群。

　　EDA軟件可以極大地提高芯片設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)在芯片制造、封測(cè)環(huán)節(jié)也有應(yīng)用。EDA與半導(dǎo)體材料、設(shè)備共同構(gòu)成集成電路的三大基礎(chǔ)。如今的一顆芯片上面，至少數(shù)億到數(shù)十億以上的晶體管，設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行持續(xù)的模擬和驗(yàn)證，這些過程都離不開EDA軟件。沒有EDA 工具，水平再高的芯片設(shè)計(jì)師也沒有用武之地。

　　從EDA在芯片設(shè)計(jì)和制造上發(fā)揮的基礎(chǔ)性作用上看，其重要性是不言而喻的；而從EDA軟件的復(fù)雜度上來(lái)看，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度又是非常大的。

　　具體來(lái)說(shuō)，在芯片的前端設(shè)計(jì)中，包含了芯片規(guī)格的制定和詳細(xì)設(shè)計(jì)、HDL編碼、仿真驗(yàn)證、邏輯綜合、靜態(tài)時(shí)序分析（SAT）以及形式驗(yàn)證；而后端設(shè)計(jì)中，包含了可測(cè)性設(shè)計(jì)（DFT）、布局規(guī)劃（FloorPlan）、時(shí)鐘樹綜合（CTS）、布線（Place & Route）、寄生參數(shù)提取以及版圖物理驗(yàn)證等等……

　　從上面這些設(shè)計(jì)流程所使用的工具上來(lái)看，它幾乎都被Cadence、Synopsys、Mentor三家美國(guó)公司壟斷，這可能讓很多呼吁EDA軟件盡快國(guó)產(chǎn)化的人們感到失望。

　　那么，我國(guó)的EDA的國(guó)產(chǎn)化替代到底面臨哪些挑戰(zhàn)呢？

　　EDA國(guó)產(chǎn)化替代面臨哪些難題？

　　我們首先要理解EDA產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)。EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中極其重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，但又是產(chǎn)值相對(duì)較小的一個(gè)高度集中化的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。

　　2018年相對(duì)于近五千億美金的芯片產(chǎn)業(yè)，整個(gè)EDA 的市場(chǎng)規(guī)模僅為97.15 億美元。而其中有70%的市場(chǎng)份額都由EDA 三巨頭Synopsys、Cadence 和西門子旗下的Mentor Graphics 占據(jù)。全球EDA產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了三巨頭公司寡頭壟斷格局，在中國(guó)市場(chǎng)上，EDA的市場(chǎng)份額中三巨頭更是占到了95%以上，集中度更高。

　　這不僅極大的擠壓了我國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，同時(shí)也嚴(yán)重影響了我國(guó)EDA軟件的國(guó)產(chǎn)化的研發(fā)節(jié)奏。90年代，當(dāng)美國(guó)解除了對(duì)中國(guó)的EDA禁令之后，美國(guó)的先進(jìn)的EDA軟件迅速來(lái)華，一路攻城略地，致使中國(guó)剛剛起步的EDA自主研發(fā)的節(jié)奏被打亂，“市場(chǎng)換技術(shù)”成為了此后十幾年的路徑依賴。

　　與美國(guó)高端、成熟的EDA產(chǎn)業(yè)鏈相比，我國(guó)在EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展上面有哪些難點(diǎn)呢？

　　首先是技術(shù)門檻。EDA工具是一個(gè)“多工具”組成的軟件集群，目前我國(guó)的企業(yè)在部分工具上實(shí)現(xiàn)了突破，但目前在完整可用的全流程工具鏈上，還需要更多的技術(shù)積累，而這并非短期之內(nèi)就能完成。

　　其次是技術(shù)集成度高。EDA是芯片設(shè)計(jì)公司、晶圓廠、EDA軟件商長(zhǎng)期協(xié)作的成果，需要大量的人才投入、數(shù)學(xué)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)積累，并非一朝一夕可一蹴而就。目前許多EDA企業(yè)不僅提供EDA軟件，同時(shí)也提供IP設(shè)計(jì)，既能降低成本，又能通過開發(fā)一些定制化EDA功能來(lái)提高IP質(zhì)量，成為當(dāng)前主要流行的模式。我國(guó)在先進(jìn)制程上面的集成設(shè)計(jì)能力顯著落后于國(guó)外2-3代。

　　再次是人才門檻。在EDA軟件研發(fā)人才方面，國(guó)內(nèi)設(shè)立EDA專業(yè)的高校不太多，而且互聯(lián)網(wǎng)和金融行業(yè)吸引了大量的軟件開發(fā)人才，導(dǎo)致EDA軟件研發(fā)人才嚴(yán)重不足。

　　最后，我國(guó)在EDA技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)上面也亟待加強(qiáng)。

　　目前，EDA成為我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)自主可控的關(guān)鍵瓶頸。在EDA軟件領(lǐng)域，我國(guó)已擁有華大九天、廣立微、芯禾科技、藍(lán)海微、九同方微、博達(dá)微、概倫電子、珂晶達(dá)、創(chuàng)聯(lián)智軟等企業(yè)，需要在克服以上的難題中，實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)”到“面”的全面突破。

　　EDA軟件國(guó)產(chǎn)化替代如何破局？

　　我們先看當(dāng)前現(xiàn)狀。去年516實(shí)體清單事件前，華為獲得了當(dāng)時(shí)版本EDA工具的永久授權(quán)。由于這些EDA軟件能夠領(lǐng)先實(shí)際芯片制造工藝兩三年，所以短期內(nèi)EDA禁令對(duì)華為的芯片設(shè)計(jì)不會(huì)有太大影響。

　　然而如果因?yàn)榧夹g(shù)出口禁令的持續(xù)，華為無(wú)法得到更新升級(jí)的EDA新版本工具，將極大制約華為在更高端的芯片技術(shù)的迭代發(fā)展。不久前，華為嘗試與意法半導(dǎo)體（STM.N）聯(lián)合設(shè)計(jì)芯片，其中一個(gè)目的也是想獲得EDA設(shè)計(jì)技術(shù)，以找到美國(guó)技術(shù)禁令之外的技術(shù)備案，但是隨著這輪制裁加劇，這一合作也可能終止。

　　目前，華為只能將14nm的芯片制造訂單轉(zhuǎn)移給國(guó)內(nèi)的中芯國(guó)際。而在在5nm和7nm芯片制造上，中芯國(guó)際依然落后于臺(tái)積電的技術(shù)和工藝。這其中一個(gè)很大原因還是在于為中芯國(guó)際提供芯片設(shè)計(jì)軟件的國(guó)內(nèi)廠商，無(wú)法在高端芯片的設(shè)計(jì)上面實(shí)現(xiàn)突破。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)EDA軟件的國(guó)產(chǎn)替代方案勢(shì)在必行。美國(guó)新一輪技術(shù)限制的升級(jí)反而堅(jiān)定了我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主化的決心和速度。而一系列因素也在悄然推動(dòng)我國(guó)EDA軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和破局。

　　首先，國(guó)內(nèi)的EDA領(lǐng)軍企業(yè)正在得到來(lái)自國(guó)家和投資機(jī)構(gòu)的多項(xiàng)資助和戰(zhàn)略投資。

　　就在5月15日晚，中芯國(guó)際發(fā)布公告稱，國(guó)家集成電路基金二期以及上海集成電路基金二期對(duì)中芯南方分別注資15億、7.5億美元。此舉將極大地?cái)U(kuò)充14納米晶圓的產(chǎn)能。

　　同樣國(guó)家也在加大對(duì)EDA產(chǎn)業(yè)的資源傾斜力度，推動(dòng)EDA軟件的自主化發(fā)展。其中，國(guó)微深圳的專項(xiàng)子課題“芯片設(shè)計(jì)全流程EDA系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”（“該項(xiàng)目”）已獲國(guó)家重大科技專項(xiàng)立項(xiàng)，將獲得該項(xiàng)目共計(jì)約4億元資助。而作為本土最大的EDA公司華大九天近幾年也已獲得我國(guó)各類投資機(jī)構(gòu)的多達(dá)數(shù)億元的多輪投資。

　　在政策扶持上面，面對(duì)國(guó)內(nèi)EDA軟件無(wú)人使用的狀況，給予國(guó)內(nèi)EDA軟件一定的采購(gòu)傾斜。比如，近日深圳印發(fā)的《關(guān)于加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干措施》，其中推出首個(gè)國(guó)內(nèi)明確支持EDA研發(fā)的政策，包括EDA研發(fā)的資助獎(jiǎng)勵(lì)，購(gòu)買國(guó)產(chǎn)EDA軟件的費(fèi)用補(bǔ)貼等。

　　其次，在市場(chǎng)層面，國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展也為國(guó)產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展帶來(lái)一定機(jī)遇。

　　國(guó)內(nèi)芯片目前普遍采用的都是12nm、7nm等新工藝，迫切要求國(guó)內(nèi)EDA軟件研發(fā)出可以媲美國(guó)際大廠的產(chǎn)品。只有在基于最先進(jìn)工藝的設(shè)計(jì)中，才有可能發(fā)現(xiàn)流程的缺陷和潛在的產(chǎn)品機(jī)會(huì)。當(dāng)然，這對(duì)國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)的企業(yè)提出了一定挑戰(zhàn)，但在美國(guó)隨時(shí)可以“卡脖子”的情況下，我們必須要付出一些試錯(cuò)成本來(lái)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)EDA軟件的進(jìn)步。

　　像AI芯片、IoT芯片等新應(yīng)用興起，對(duì)現(xiàn)有EDA行業(yè)和芯片設(shè)計(jì)流程帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給中小EDA公司帶來(lái)了很多新的技術(shù)研究方向，成為他們突破EDA巨頭優(yōu)勢(shì)壁壘的新機(jī)會(huì)。

　　第三， AI技術(shù)作為新變量正在為國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)帶來(lái)突破。

　　近日，谷歌就在運(yùn)用AI算法來(lái)學(xué)習(xí)芯片的規(guī)劃布局，從而在更短時(shí)間內(nèi)，可以設(shè)計(jì)出超越人工設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。而同樣，AI技術(shù)也正在EDA公司中被廣泛采用。比如，華大九天推出的Empyrean Mcfly，就是用AI的算法加速IP驗(yàn)證，通過AI學(xué)習(xí)以前的IP案例，對(duì)新的IP進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證精度達(dá)到99%左右。

　　另外，如果我們要站在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看待這一次美國(guó)的“斷芯”事件，我們就必須意識(shí)到完善的技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)權(quán)保護(hù)和成熟的人才培養(yǎng)機(jī)制，才是我國(guó)能夠?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)掌握在自己手里的根本方法。

　　最后，我們還要冷靜地意識(shí)到，EDA軟件以及其他芯片制造的相關(guān)核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)替代，絕對(duì)不是一件水到渠成的事情。想一想日本半導(dǎo)體的興盛和衰落，就是我們的前車之鑒。

　　從短期來(lái)看，現(xiàn)有國(guó)外EDA軟件的禁用不會(huì)對(duì)華為造成致命性的影響，但是受美國(guó)整個(gè)半導(dǎo)體技術(shù)限制升級(jí)，華為則面臨更兇險(xiǎn)的局面。積極博弈和尋求“備胎”成為當(dāng)下要同時(shí)進(jìn)行的兩手準(zhǔn)備。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，國(guó)家及業(yè)內(nèi)不能再對(duì)美國(guó)抱有“妥協(xié)”和“求放過”的幻想。產(chǎn)業(yè)各界必須拿出耐心和決心來(lái)投入基礎(chǔ)科學(xué)和核心技術(shù)的發(fā)展與研發(fā)當(dāng)中。

　　而在這條更加艱難的道路上，我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)的科技產(chǎn)業(yè)，要做好長(zhǎng)期承受苦痛的心理準(zhǔn)備。對(duì)于EDA軟件產(chǎn)業(yè)，更是如此。