解析國(guó)內(nèi)外EDA的發(fā)展歷史及未來(lái)前景

本文在呈現(xiàn)國(guó)外EDA巨頭競(jìng)爭(zhēng)史，國(guó)內(nèi)EDA現(xiàn)狀，EDA發(fā)展潮流之際，提出了中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展在EDA技術(shù)潮流中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，避免成為又一個(gè)時(shí)代的EDA之殤。

最近，缺芯漲價(jià)成了半導(dǎo)體芯片行業(yè)的主要話題，然而在芯片業(yè)存在著：架構(gòu)、EDA、代工制造的技術(shù)鏈?，F(xiàn)在我們來(lái)回顧這個(gè)技術(shù)鏈中的EDA的發(fā)展史。

EDA：Eletronic Design Automation，芯片設(shè)計(jì)的必備工具，今天的EDA高端領(lǐng)域，由Cadence，Synopsys，Mentor Graphics（現(xiàn)已改名：Siemens EDA，即西門子EDA）“三分天下”。其實(shí)，EDA自從晶體管被發(fā)明，然后進(jìn)化到IC集成電路以后，EDA就是一個(gè)高效設(shè)計(jì)芯片的非常必要的工具軟件。

國(guó)外EDA發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)史

上世紀(jì)七八十年代，那個(gè)時(shí)候的計(jì)算機(jī)286才剛剛出現(xiàn)（1982年2月1日），EDA的領(lǐng)頭羊是Calma，Computer Vision與Applicon。但是很快，從八十年代中開(kāi)始，另外三家公司Mentor Graphics，Daisy，Valid占有了市場(chǎng)的最大份額。

1988年，SDA與另外一家EDA公司ECAD合并，并更名為Cadence，也就是現(xiàn)在EDA三巨頭之一。

在當(dāng)時(shí)的技術(shù)狀況下，粗略劃分，可以將EDA的CAD市場(chǎng)分為三部份：前端技術(shù)（frontend，包括Verilog等的模擬與器件組合），后端技術(shù)（backend，包括Place＆Routing芯片布局與繞線），驗(yàn)證技術(shù)（DRC／LVS等）。

90年代初，EDA的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)慘烈，留下來(lái)的巨頭只有兩個(gè)：Synopsys（目前三大EDA巨頭之一的新思）和Cadence（目前三大EDA巨頭之一）。新思基本壟斷了前端技術(shù)，占有其中將近六成的市場(chǎng)；Cadence基本壟斷了后端技術(shù)與驗(yàn)證技術(shù)，占有其中將近八成的市場(chǎng)。其它的EDA公司雖然生存著，市場(chǎng)份額與利潤(rùn)都舉步艱難。

不過(guò)正如EDA的初期發(fā)展史一樣，表面平靜的局面后面將是殘酷的競(jìng)爭(zhēng)。

1991年初，Cadence幾位雇員辭職離開(kāi)，自己組成了一家新的EDA軟件公司Arcsys。

1992年底，Cadence總裁卡斯特羅決定開(kāi)啟針對(duì)Arcsys的戰(zhàn)爭(zhēng)。

卡斯特羅是一位技術(shù)狂熱者，七十年代就讀于耶魯大學(xué)，后在柏克利大學(xué)攻讀物理學(xué)位，后來(lái)放棄了對(duì)博士學(xué)位，轉(zhuǎn)入電子行業(yè)，在1986年成為SDA（Cadence前身）的總裁。

Arcsys盡管被Cadence提起訴訟，在市場(chǎng)和技術(shù)等領(lǐng)域也同時(shí)發(fā)起針?shù)h相對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)。但Arcsys在1995年6月成功上市，并于同年11月宣布與做驗(yàn)證技術(shù)的ISS合并，加強(qiáng)公司的競(jìng)爭(zhēng)能力 ，合并后，公司取名阿凡提（Avanti）。阿凡提上市后風(fēng)頭和業(yè)績(jī)均蓋過(guò)Cadence。

后來(lái)，經(jīng)過(guò)一系列漫長(zhǎng)的官司和多次反轉(zhuǎn)，Cadence終于贏了。阿凡提遭遇的官司與罰款不斷。結(jié)局導(dǎo)致雙輸，卡斯特羅在1997年黯然離開(kāi)Cadence和EDA領(lǐng)域，阿凡提最終也被收購(gòu)，成為上世紀(jì)EDA時(shí)代之殤。

2001年，EDA市場(chǎng)局面由四大金剛壟斷：

Cadence：銷售額15億美金；

Synopsys：9億美金；

Mentor Graphics：約7億美金；

Avanti，約四4億美金；

阿凡提官司失敗后處于絕望邊緣，在2001年12月3日，被Synopsys以八億美金收購(gòu)。

從此，EDA的市場(chǎng)一直由Cadence、Synopsys、Mentor Graphics三分天下至今。

關(guān)于硅谷EDA過(guò)往各公司的各種恩怨情仇、甚至傳聞的“諜中諜”等詳情請(qǐng)看：《EDA世紀(jì)之爭(zhēng)》。

國(guó)內(nèi)EDA現(xiàn)狀

由于電子計(jì)算機(jī)和IC行業(yè)最初發(fā)源、興起于美國(guó)，自然，中國(guó)的EDA起步較晚，在七八十年代幾乎沒(méi)有這方面的研究，90年代成熟之后我們更是采用拿來(lái)主義，沒(méi)有進(jìn)行大的研發(fā)投入。

中國(guó)EDA發(fā)展歷程

全球EDA發(fā)展歷史及未來(lái)

IC集成度搞，產(chǎn)業(yè)開(kāi)始形成，人工布線無(wú)法滿足把不同CAD整合成，合成為一種系統(tǒng)EDA以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)云端化、AI化成為一種潮流

EDA行業(yè)三大巨頭在全球市場(chǎng)上處于壟斷的同時(shí)較早就開(kāi)始在華布局，在政策、雄厚資金和大量研發(fā)投入的支持下，他們占據(jù)著中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)約90%的份額。

2002年中國(guó)開(kāi)始有了起步，但直到2010年前后，才開(kāi)始有大量公司涌現(xiàn)進(jìn)入EDA領(lǐng)域，鉆研和專注下游細(xì)分市場(chǎng)。

上圖的公司可能不全，如有遺漏，請(qǐng)聯(lián)系補(bǔ)充。

目前國(guó)內(nèi)十大EDA公司如華大九天、杭州廣立微、芯和半導(dǎo)體、湖北九同方、天津藍(lán)海微、概倫電子、蘇州珂晶達(dá)、深圳鴻芯微納、成都奧卡思微電、杭州行芯（排名不分先后）等本土企業(yè)已經(jīng)在加快布局。

在美國(guó)禁令之后，華為EDA軟件受限，于是開(kāi)啟了EDA投資之旅。

2020年12月，華為投資九同方微電子有限公司，其開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是IC設(shè)計(jì)芯片的云端模式；

2021年2月，華為27億投資EDA軟件公司無(wú)錫飛譜電子，重點(diǎn)針對(duì)射頻、天線、毫米波等電磁領(lǐng)域。

2021年3月，華為旗下哈勃科技投資上海立芯，持股比例為20％。其專注物理設(shè)計(jì)和邏輯綜合等集成電路電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具開(kāi)發(fā)。

中國(guó)EDA人才困局

根據(jù)國(guó)內(nèi)多個(gè)權(quán)威媒體在2020年的報(bào)道，全球EDA從業(yè)人員約2.5萬(wàn)人，但國(guó)內(nèi)所有公司加在一起從事EDA工作的人員在1500人左右，與國(guó)外大型EDA企業(yè)公司擁有上萬(wàn)人相比，差距顯而易見(jiàn)。這里值得注意的是，我國(guó)所有EDA公司的研發(fā)人員在1500人上下（當(dāng)然，到2021年研發(fā)隊(duì)伍已迅速壯大）。

而培養(yǎng)一個(gè)EDA人才需要10年以上。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的EDA人員，需要經(jīng)歷如下四個(gè)階段：

高校專業(yè)理論階段：4-5年；

企業(yè)初步實(shí)踐階段：2-3年；

項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)獲取階段：2-3年；

理論實(shí)踐提升階段：n年。逐步理解了EDA領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)品和技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，在后續(xù)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中不斷提升EDA的水平和技能。

其中第4階段是一個(gè)需要天賦、機(jī)遇與努力并存的階段，即使經(jīng)歷了前期3個(gè)階段的磨練，也不一定能做出一個(gè)成功的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)之所以有很多研發(fā)人員不愿意加入EDA領(lǐng)域，主要原因就是：我即使付出了10年以上的努力，也不一定能夠做出成功的產(chǎn)品，自己在職業(yè)生涯成功的概率較低，風(fēng)險(xiǎn)較大。

中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)好消息

不過(guò)，2021年，中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)的好消息不斷：

1月13日，華大九天擬首次公開(kāi)發(fā)行股票并在創(chuàng)業(yè)板上市;

1月19日，概倫電子在上海證監(jiān)局進(jìn)行了輔導(dǎo)備案，計(jì)劃在科創(chuàng)板掛牌上市;

1月27日，國(guó)微思爾芯與中金公司簽署了輔導(dǎo)協(xié)議，計(jì)劃在科創(chuàng)板上市。

中國(guó)A股EDA第一股的誕生指日可待。

華為短短三個(gè)多月投資了三家EDA公司；中芯聚源也布局了三家EDA公司（廣立微、芯和、芯華章）；興橙資本投資了兩家EDA公司（概倫、東方晶源）。

整體來(lái)看，全球2020年第三季度EDA行業(yè)營(yíng)收增長(zhǎng)15%，達(dá)到 29.539 億美元，其中亞太地區(qū)（APAC）增長(zhǎng) 26.4%。

EDA發(fā)展潮流

在中國(guó)EDA市場(chǎng)呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象之際，技術(shù)領(lǐng)域，也出現(xiàn)了新的發(fā)展潮流。

EDA云端化

也就是云計(jì)算+EDA，當(dāng)下，EDA供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)始在線提供他們的工具和軟件。全球互聯(lián)網(wǎng)普及率的提高使?jié)撛诳蛻艨梢暂p松地在線訪問(wèn)這些工具，并使用它們來(lái)設(shè)計(jì)和制造芯片。這樣，由于降低了TCO和基礎(chǔ)設(shè)施成本以適應(yīng)這些工具，公司的資本支出減少了。這也有助于改善SCM，因?yàn)榻?jīng)銷商和分銷商的總數(shù)大大減少了。目前三巨頭之一Cadence領(lǐng)先。

▲ Cadence提供的云服務(wù)

EDA AI化

人工智能+EDA ：芯片敏捷設(shè)計(jì)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要方向，深度學(xué)習(xí)等算法能夠提高EDA軟件的自主程度，提高IC設(shè)計(jì)效率，縮短芯片研發(fā)周期。

其中三巨頭之一Synopsys特別看重人工智能，并宣布了重點(diǎn)投資方案，以解決前沿設(shè)計(jì)的極端復(fù)雜問(wèn)題。具體操作包括擴(kuò)展設(shè)計(jì)平臺(tái)，加快TTR，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的新水平，并在數(shù)字和定制設(shè)計(jì)中設(shè)置新的質(zhì)量結(jié)果（QoR）標(biāo)準(zhǔn)。加速時(shí)序驗(yàn)證。

據(jù)Cadence的報(bào)告顯示，機(jī)器學(xué)習(xí)在EDA的應(yīng)用可以分為四個(gè)方面：數(shù)據(jù)快速提取模型；布局中的熱點(diǎn)檢測(cè)；布局和線路；電路仿真模型。Cadence致力于研究將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用在Virtuoso平臺(tái)上，并參與了ERI中智能設(shè)計(jì)芯片項(xiàng)目。

EDA之殤

然而，當(dāng)中國(guó)的EDA產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展之際，可能依然存在著很多風(fēng)險(xiǎn)，甚至說(shuō)可能是陷阱。在中美科技戰(zhàn)的未知局面之下，尤其體現(xiàn)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)、以及上面的潮流化趨勢(shì)之中。

EDA知識(shí)產(chǎn)權(quán)之爭(zhēng)

伴隨著美國(guó)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程的EDA世紀(jì)之爭(zhēng)的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)史，其實(shí)也是一部知識(shí)產(chǎn)權(quán)之爭(zhēng)的歷史。沒(méi)有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA軟件在發(fā)展初期可能不會(huì)出現(xiàn)大的問(wèn)題，但是一旦威脅到行業(yè)和巨頭地位的時(shí)候，就可能遭受這類問(wèn)題的致命一擊。

就像阿凡提最終慘遭巨額索賠罰款，不得不被收購(gòu)一樣，如果是更為殘酷的國(guó)際之間的競(jìng)爭(zhēng)，可能更像華為手機(jī)芯片被美國(guó)封殺，其對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)遭遇斷崖式下滑。而EDA軟件是一個(gè)單一產(chǎn)業(yè)，不可能像華為的多元化能夠在遭遇危機(jī)時(shí)抗風(fēng)險(xiǎn)能力依然很強(qiáng)。

EDA云端化是一把雙刃劍

EDA云端化表面上看來(lái)能夠?yàn)榭蛻籼貏e是中小客戶節(jié)省費(fèi)用，帶來(lái)方便等等諸多便利。但是一旦整個(gè)EDA行業(yè)全面上云，不僅僅數(shù)據(jù)上云，功能也上云之后，其風(fēng)險(xiǎn)將急劇增大。

當(dāng)年美國(guó)制裁中興通訊時(shí)，要求封禁中興的EDA軟件IP，停止軟件升級(jí)，使中興購(gòu)買的軟件無(wú)法使用。

2017年3月7日，中興與美國(guó)商務(wù)部達(dá)成和解，中興同意支付約8.9億美元罰金，中興通訊得以緩解壓力。2018年4月16日，美國(guó)商務(wù)部指稱中興通訊于2016年11月和2017年7月呈交美國(guó)政府函件中作出虛假陳述，禁令再次啟動(dòng)。2018年5月22日，特朗普在白宮會(huì)見(jiàn)媒體時(shí)表示，初步確定對(duì)中興通訊處以13億美元巨額罰款以及更換公司領(lǐng)導(dǎo)層和董事會(huì)的處罰，作為放松對(duì)該公司長(zhǎng)達(dá)七年禁令的條件。

2019年美國(guó)開(kāi)始制裁華為，到2020年華為已經(jīng)不能使用包含美國(guó)技術(shù)的任何軟硬件產(chǎn)品，包括三巨頭的EDA軟件。不像中興通訊，美國(guó)沒(méi)有給華為任何松動(dòng)制裁的跡象。

華為、中興通訊等巨頭是國(guó)際化企業(yè)，被制裁必然尋求正規(guī)化解決途徑。

如果中高端、上下游所有EDA軟件全部云端化，那么對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，其風(fēng)險(xiǎn)不言自明。假如有一天遭遇更嚴(yán)峻的科技領(lǐng)域的制裁對(duì)抗，那么只需要一個(gè)指令，所有中小企業(yè)可能在數(shù)秒之內(nèi)被EDA斷網(wǎng)，遭遇數(shù)據(jù)無(wú)法下載，功能無(wú)法使用的局面。

EDA的AI化，ML化的現(xiàn)實(shí)

EDA的AI化、ML（機(jī)器學(xué)習(xí)）化，必然是以大量的數(shù)據(jù)和用例作為基礎(chǔ)才可能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于中國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)才剛剛蓬勃興起的階段，顯然缺乏豐富的數(shù)據(jù)作為支撐。而這個(gè)時(shí)候，如果我們一味追求AI化，就會(huì)進(jìn)入為AI而AI的尷尬局面。

結(jié)語(yǔ)

在談到EDA的未來(lái)發(fā)展時(shí)，為什么不說(shuō)EDA的云端化和AI化是一個(gè)技術(shù)趨勢(shì)，而只是一種潮流，就是因?yàn)檫@可能是另一個(gè)為市場(chǎng)營(yíng)造的技術(shù)壁壘或者說(shuō)是陷阱。如果中國(guó)作為當(dāng)前最大的增長(zhǎng)市場(chǎng)，也一味的追求，或者過(guò)早的接受云端化、AI化這種技術(shù)時(shí)尚，那么，當(dāng)我們本身的技術(shù)無(wú)法追趕上這個(gè)潮流的時(shí)候，將可能被巨浪拍在沙灘上。

當(dāng)然，我們相信國(guó)內(nèi)EDA軟件產(chǎn)業(yè)的智慧，不會(huì)成為下一個(gè)EDA時(shí)代之殤。
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