探討國內(nèi)后端及制造端EDA產(chǎn)業(yè)的機會與挑戰(zhàn)

| 專訪國微芯執(zhí)行總裁兼首席技術官白耿 ? ?

EDA是半導體產(chǎn)業(yè)鏈的基石，尤其是隨著摩爾定律的演進，工藝線寬越來越小，讓先進工藝的進步與EDA之間的聯(lián)系越來越密切。國際三大EDA巨頭占據(jù)著后端及制造端EDA市場，國內(nèi)的EDA公司則多致力于設計前端點工具，缺乏與工藝關聯(lián)度更高、復雜度更高的設計后端及制造端的工具。

國微芯是國內(nèi)少數(shù)專注于后端及制造端的EDA廠商。2022年底國微芯推出五大系列平臺14款EDA工具，2023年國微芯又發(fā)布了多款自研數(shù)字EDA工具及軟件系統(tǒng)。為構建數(shù)字芯片設計與制造的橋梁，打造國產(chǎn)數(shù)字集成電路全流程EDA工具系統(tǒng)并實現(xiàn)規(guī)?；瘧玫於嘶A。

基于國微芯在后端及制造端EDA領域的發(fā)展，芯謀研究與國微芯執(zhí)行總裁兼首席技術官白耿進行了交流，探討國內(nèi)后端及制造端EDA產(chǎn)業(yè)的機會與挑戰(zhàn)。

白耿博士現(xiàn)任深圳國微芯科技有限公司執(zhí)行總裁兼首席技術官，南開大學半導體物理碩士，美國伊利諾伊大學Urbana-Champaign分校電機工程博士，擁有20年以上EDA軟件工具開發(fā)經(jīng)驗，擁有多項EDA美國專利并在國際權威EDA學術會議發(fā)表多篇論文，主持國家重大EDA專項多種工具開發(fā)。白耿博士主要負責后端和制造端EDA平臺的開發(fā)工作，研究方向包括超大規(guī)模集成電路設計中物理驗證、OPC、可制造性、可靠性等EDA工具的開發(fā)。

國內(nèi)后端及制造端EDA需求增長

全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到地緣政治的挑戰(zhàn)，芯片制造領域首當其沖，與先進工藝相關的技術受到了層層限制。涉及14nm以下工藝所用到的OPC等后端及制造端EDA工具被列入禁運清單，阻礙了國內(nèi)廠商在芯片制造方面的發(fā)展。

隨著中國半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的逐步升級，市場對EDA工具的需求也在不斷增加。這為國內(nèi)EDA企業(yè)提供了更多的市場機會。一方面是出于對供應鏈穩(wěn)定的考慮，另一方面是受到未來市場需求量的推動，國內(nèi)Foundry廠商擴產(chǎn)計劃也逐步邁上正軌，帶動了國內(nèi)市場對后端及制造端EDA工具的國產(chǎn)化需求增長。

在國際環(huán)境和國內(nèi)市場需求的雙重刺激下，被三大巨頭所壟斷的后端及制造端EDA市場為國內(nèi)相關廠商打開了一扇窗，提供了一個進入到芯片制造領域的機會。國內(nèi)EDA企業(yè)可以通過技術創(chuàng)新和研發(fā)，提供更加先進、高效、可靠的EDA工具，滿足國內(nèi)集成電路制造企業(yè)的需求。

EDA企業(yè)需要重視DTCO的發(fā)展

芯片復雜度越來越高，芯片設計企業(yè)需要與晶圓廠在早期進行深度合作。在這個過程中，涉及到了芯片設計、晶圓廠、EDA等多個環(huán)節(jié)的協(xié)同工作。DTCO（Design Technology Co-optimization）的出現(xiàn)為多環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化作業(yè)提供了極大的幫助，提高了芯片的性能、功耗和可靠性。

隨著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，DTCO被越來越多的廠商所采用，并成為EDA行業(yè)未來發(fā)展的主要趨勢之一。近年來，以Synopsys、Cadence為代表的EDA公司各自推出了基于DTCO方法學的EDA流程和解決方案。

作為連接芯片設計廠商、晶圓廠與EDA廠商的橋梁，DTCO對聚焦于后端和制造端的EDA廠商更為重要，EDA工具需要與晶圓廠和設計公司深度綁定。因此，各大EDA企業(yè)都依托于自身擅長的方面解決問題，實現(xiàn)共同升級迭代，最終推動行業(yè)生態(tài)的建設。

DTCO是國際EDA企業(yè)與國內(nèi)企業(yè)拉開差距的重要原因，大力推廣國內(nèi)DTCO是行業(yè)重要發(fā)展方向。對于國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)來說，國內(nèi)缺少致力于后端和制造端的EDA廠商。雖然市場環(huán)境的變化，為國內(nèi)廠商提供了與晶圓廠合作的機會，但在建立DTCO方面，國內(nèi)廠商仍處于起步階段。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座推進DTCO生態(tài)

從國際后端及制造端EDA公司的成功經(jīng)驗來看，完善DTCO生態(tài)是他們的穩(wěn)固行業(yè)地位的護城河之一。建立DTCO需要進行有效的數(shù)據(jù)交互，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底座可以提升開發(fā)效率，幫助用戶簡化日益復雜的設計制造流程。

從長遠來看，DTCO更深遠的影響在于可以將整個芯片設計的物理驗證和OPC工具整合在統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座上。這些工藝信息統(tǒng)一反饋給晶圓廠，能夠縮短芯片設計周期，保證更高的制造良率，避免資金的損失。統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座的意義不僅在于與晶圓廠之間的聯(lián)動，也需要考慮與芯片設計端的工具結合。

隨著芯片功能愈加復雜，芯片設計與晶圓廠之間的數(shù)據(jù)交互越來越多，統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座的搭建，對于后起的EDA企業(yè)來說或許更有優(yōu)勢。相對于傳統(tǒng)巨頭，后來者可以無需兼顧老版本以及處理大量歷史積累的不同版本文件與格式，進行全流程工具量統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座的開發(fā)，并且制定統(tǒng)一的規(guī)則描述語言，加速工具研發(fā)及芯片設計周期。

從底層數(shù)據(jù)入手搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底座是國內(nèi)EDA企業(yè)縮小與國際企業(yè)差距的方式之一。尤其是對于要建立全流程解決方案的EDA企業(yè)來說，越早確立底層數(shù)據(jù)交互平臺，在后期的迭代開發(fā)中才能更具優(yōu)勢。近年來，包括國微芯在內(nèi)的本土EDA廠商開始注重底層共性技術的積累，推出EDA統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座標志性工具，為國產(chǎn)EDA未來發(fā)展打下的基礎，減弱國外廠商在底層邏輯上對本土企業(yè)形成的壓迫和遏制。

物理驗證和OPC協(xié)同開發(fā)的重要性

物理驗證和OPC同時進行開發(fā)，也是體現(xiàn)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座的意義之一。

國內(nèi)現(xiàn)階段的后端及制造端EDA廠商在個別點工具的開發(fā)上有所成就，但缺少物理驗證和OPC。在半導體制造過程中，物理驗證和OPC通常是同時進行的。在芯片設計完成后，首先需要進行物理驗證，以確保芯片的功能和性能符合設計要求。然后，將經(jīng)過物理驗證的芯片送入生產(chǎn)線進行OPC,以確保其能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)出來。因此，可以說物理驗證和OPC是半導體制造過程中不可或缺的兩個環(huán)節(jié)，它們共同保證了芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

物理驗證與OPC進行同步開發(fā)，需要在架構、底座、數(shù)據(jù)交互方面進行整體設計。物理驗證工具和OPC工具擁有共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底座，在讀取版圖、解析版圖數(shù)據(jù)時有高速運行讀取的能力，同時可以形成自己smDB版圖格式的文件，之后通過讀取自己版圖格式，比讀取GDS/OASIS的速度可以提高上百倍，可以大大提升流片前物理證驗及OPC效率。

但對于國內(nèi)廠商來說，同時進行物理驗證和OPC的研發(fā)難度很大，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座更是一項艱巨的挑戰(zhàn)。其一是相關人才數(shù)量不足；其二是在當今追求快速盈利的情況下，從底層進行研發(fā)，需要在人才和資金方面進行長期穩(wěn)定的投入；其三，如果通過并購來進行整合，成型的獨立產(chǎn)品，要想整合并不容易，往往并購過來的產(chǎn)品只會在流程方面進行集合整合。建立在統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座上的EDA工具，未來能更好地進行優(yōu)化，對后期產(chǎn)品迭代，加速芯片研發(fā)周期都有著深遠的影響，這也是國內(nèi)EDA企業(yè)所欠缺的。

國內(nèi)后端及制造端EDA突破路徑

2018年以來，國產(chǎn)EDA工具的發(fā)展受到行業(yè)重視，大量資本涌入EDA賽道，國內(nèi)EDA企業(yè)乘勢而起。這些企業(yè)的出現(xiàn)為國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了活力，但另一方面，EDA人才和資源也因此而分散在各個企業(yè)中。對于晶圓廠來說，一家晶圓廠也不可能選擇對接十幾家EDA企業(yè)來集成一套全流程解決方案。因此，未來國內(nèi)EDA企業(yè)必然會走向并購整合，在這個過程中，國內(nèi)EDA企業(yè)如何在生存中求突破需要行業(yè)思考。

首要要明確的是，EDA公司雖然現(xiàn)在受到資本的青睞，但產(chǎn)品如果得不到良好的市場反饋，就要面臨著被資本拋棄的風險。EDA企業(yè)要學會自己造血，用技術突破站穩(wěn)腳跟。

后端及制造端EDA在技術上取得突破需要抓住以下幾點：

一、要與頭部晶圓廠建立深度合作關系。頭部晶圓代工廠通常擁有較為先進的生產(chǎn)線和工藝，并且具備規(guī)模經(jīng)濟效應。與這樣的代工廠合作，企業(yè)可以獲得先進的制造技術和成本效益。且晶圓代工廠通常會不斷研發(fā)新的制造技術，EDA企業(yè)可以通過合作進行產(chǎn)品迭代，在滿足客戶的產(chǎn)品創(chuàng)新需求同時，也能通過技術的迭代，縮小與國際企業(yè)的差距。

二、可以從特定市場出發(fā)走向大眾市場。晶圓廠不會輕易更換已得到驗證的EDA工具，尤其是針對大眾市場的芯片制造，如果EDA工具出現(xiàn)問題，將會對晶圓廠造成巨大的影響。但在現(xiàn)在特殊的環(huán)境下，國產(chǎn)EDA工具可以通過政策扶持，從某些特定市場進入到后端及制造端市場，這些市場通常對芯片有特殊的需求和規(guī)格，芯片需要滿足特定的性能、可靠性和安全性標準。雖然這部分市場規(guī)模有限，但對于國內(nèi)EDA企業(yè)來說仍是不錯的機會。EDA企業(yè)也可以通過這種方式，未來擴大與晶圓廠的合作，走向大眾市場。

三、28nm是后端及制造端EDA企業(yè)發(fā)展的突破點之一。全球終端應用中采用最多的是成熟工藝芯片，國內(nèi)晶圓代工廠在成熟工藝方面已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)模化量產(chǎn)，具有支持國產(chǎn)EDA工具進入實際產(chǎn)線的基礎。且隨著新興應用的崛起，成熟工藝還有巨大的提升潛力，國產(chǎn)EDA企業(yè)要抓住成熟工藝發(fā)展趨勢，尤其是28nm節(jié)點發(fā)展，與晶圓廠深度合作，進行技術迭代，才有可能在更先進的工藝上有所突破。

四、建立中試線。中試生產(chǎn)線是技術創(chuàng)新的企業(yè)實現(xiàn)從理論到實踐轉變的重要手段，可以降低技術風險和市場風險，避免大規(guī)模生產(chǎn)帶來的風險和成本。通過模擬真實生產(chǎn)流程，EDA企業(yè)不斷改進和優(yōu)化工藝參數(shù)和設備配置，及時解決工藝中的難題，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。有助于企業(yè)了解產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和良品率，以及驗證大規(guī)模生產(chǎn)是否可行。

五、抓住SOI特殊工藝的機會。汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等新興應用的出現(xiàn)，帶動了行業(yè)對特殊工藝的需求。采用特殊工藝的芯片更具有針對性，需要在早期與EDA企業(yè)進行合作。且采用特殊工藝的芯片往往不需要EUV設備，用現(xiàn)有的DUV設備就可以滿足市場需求，這也是國內(nèi)EDA企業(yè)打入市場的機會之一。

編輯：黃飛

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