電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化,也就是我們常說的EDA(Electronic design automation)軟件,是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)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。
有人說EDA是一個(gè)神奇的行業(yè),參與的公司不多,卻凝聚了人類在電子工業(yè)領(lǐng)域最多的智慧結(jié)晶,被稱作“芯片之母”、“芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠”。此前人們普遍認(rèn)為芯片是中國(guó)科技行業(yè)中最被卡脖子的一個(gè)環(huán)節(jié),但在美國(guó)對(duì)中興、華為的制裁中我們發(fā)現(xiàn),一旦EDA工具被限制,整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都可能停擺。
目前Synopsys、Cadence和Mentor三大巨頭占據(jù)著該領(lǐng)域95%的市場(chǎng),高端復(fù)雜的芯片設(shè)計(jì)完全依賴他們的EDA工具。2018年,中國(guó)前10大EDA公司銷售額約3.5億元,只占到全球市場(chǎng)份額的0.8%;最新數(shù)據(jù)顯示,三巨頭的員工總數(shù)是國(guó)內(nèi)全部EDA從業(yè)人員的十倍以上……巨大的差距讓近兩年來無論是資本市場(chǎng)還是國(guó)家政策,都把目光集中在了EDA軟件上。
12月10日,在重慶舉辦的中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2020年會(huì)(2020 ICCAD)暨重慶集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)理事長(zhǎng)魏少軍教授在題為《抓住機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)跨越》的報(bào)告中表示,國(guó)產(chǎn)EDA繼模擬全流程設(shè)計(jì)工具進(jìn)入市場(chǎng)參與競(jìng)爭(zhēng)后,在數(shù)字電路流程上也形成了一系列重要的單點(diǎn)工具。相信再經(jīng)過幾年的努力,中國(guó)也可以擁有自己的數(shù)字電路全流程設(shè)計(jì)工具。
在2020 ICCAD會(huì)議期間,記者采訪了多家EDA企業(yè)管理者,包括Mentor, A Siemens Business全球副總裁、中國(guó)區(qū)總經(jīng)理凌琳,芯華章(X-EPIC)董事長(zhǎng)兼 CEO王禮賓,以及國(guó)微集團(tuán)旗下國(guó)微思爾芯CEO林俊雄、鴻芯微納 CTO王宇成。
Mentor:西門子帶來超越EDA的專業(yè)化資源
EDA是一個(gè)永遠(yuǎn)需要?jiǎng)?chuàng)新的行業(yè),在過去的一年中雖然受疫情影響,但Mentor在西門子的支持下收購(gòu)了一些公司,擴(kuò)充了其工具產(chǎn)品線?!峨娮庸こ虒]嫛芬矆?bào)道,Mentor, A Siemens Business將在2021年1月起更名為Siemens EDA,該組織將繼續(xù)作為西門子數(shù)字化工業(yè)軟件的一部分進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。
針對(duì)越來越多EDA廠商開始談?wù)摰拈_源概念,凌琳認(rèn)為,開源做法主要集中在一些技術(shù)做得好的初創(chuàng)公司中,他們把一些基本功能部分開源給設(shè)計(jì)者試用,如果需要更多功能時(shí)則需要購(gòu)買?!拔夷壳翱吹竭@類開源工具大部分用于系統(tǒng)板級(jí)設(shè)計(jì),但要做一個(gè)100億晶體管SoC設(shè)計(jì),目前這類EDA工具開源的可能性幾乎沒有?!?/p>
利用新型EDA工具確實(shí)可以做出不一樣的產(chǎn)品,或者說達(dá)到不同的效果,但從幾家EDA大廠的成本架構(gòu)來看,雖然純利很高,但也是研發(fā)成本最高的一類企業(yè)。高投入帶來高度集中化,包括購(gòu)買技術(shù)資產(chǎn)和研發(fā)投入。新創(chuàng)公司在開源的同時(shí)如果不能保證營(yíng)收,未來大概率會(huì)被大公司并購(gòu),所以在凌琳看來,EDA完全開源或者是免費(fèi)從商務(wù)模式來看可能性不大,至少不會(huì)把最精華的部分開源。
唯一存在開源和協(xié)同可能的研發(fā)類型,是與高校之間研究性質(zhì)的合作開發(fā)。比如在美國(guó),一些高校會(huì)跟EDA公司合作開發(fā)項(xiàng)目,研發(fā)工具引擎或算法,院校、教授和公司之間進(jìn)行交叉授權(quán)。
在2016年西門子收購(gòu)Mentor后,業(yè)界也很期待工業(yè)巨頭和EDA巨頭的結(jié)合會(huì)擦出什么樣的火花,能不能做到其他兩家純EDA公司做不到的事情?其實(shí)西門子從收購(gòu)Mentor之初就表露出一個(gè)愿景,就是打造一個(gè)更完整的閉環(huán)設(shè)計(jì)平臺(tái)?!癕entor專注的EDA、IC和系統(tǒng)設(shè)計(jì),都是這個(gè)平臺(tái)的一部分。” 凌琳表示,對(duì)于用戶來說,最直觀的體驗(yàn)是他的芯片不單能在一個(gè)系統(tǒng)里展現(xiàn)效能,這個(gè)子系統(tǒng)在另外的超級(jí)系統(tǒng)里面也會(huì)扮演一個(gè)角色,“這超越了MentorIC設(shè)計(jì)的專業(yè)化資源,包括機(jī)械設(shè)計(jì)、系統(tǒng)熱力等數(shù)據(jù)分析、服務(wù)都可以通過該平臺(tái)完成,這就是西門子數(shù)字化工業(yè)軟件的使命?!?/p>
目前EDA和工業(yè)軟件的結(jié)合還處于探索階段,不過在某些特定領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)串聯(lián),例如在印刷電路板(PCB)工廠中,以及尖端工藝晶圓制造中專業(yè)的制造流程軟件。前幾年西門子提出的“數(shù)字化雙胞胎”概念其實(shí)不是EDA行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ),而是西門子PLM,指的是把設(shè)計(jì)模型到物理世界的模型完全影射,包括所有數(shù)據(jù)的管理。
不過這個(gè)概念有一點(diǎn)跟EDA相通,“EDA以前都是設(shè)計(jì)檢查,后來演變成為必須建模,需要針對(duì)材料、物理現(xiàn)象等去操作。相當(dāng)于把物理世界的現(xiàn)象跟數(shù)字化的設(shè)計(jì)模型結(jié)合起來統(tǒng)一管理。” 凌琳解釋道,無論半導(dǎo)體的材料、工藝制程如何變化,都可以將模擬到、仿真到的參數(shù)表征化,再生產(chǎn)。
芯華章:EDA將邁入2.0時(shí)代
隨著市場(chǎng)增長(zhǎng)以及技術(shù)奇點(diǎn)的到來,國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批EDA初創(chuàng)公司,受到行業(yè)以及資本市場(chǎng)的支持和關(guān)注,但國(guó)外巨頭在技術(shù)、人才和客戶上有著長(zhǎng)時(shí)間積累的優(yōu)勢(shì),本土廠商要擺脫路徑依賴,用更前沿的技術(shù)思路來突破。
2020年3月剛成立的本土EDA公司芯華章科技,包括其創(chuàng)始人王禮賓在內(nèi)的多位核心團(tuán)隊(duì)成員,都曾在Synopsys、Cadence等公司擔(dān)任要職。他們專注于決定芯片成敗關(guān)鍵的“驗(yàn)證”工具,在今年11月,芯華章發(fā)布了其首款EDA產(chǎn)品“靈動(dòng)”(EpicElf),以及國(guó)內(nèi)率先支持國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的全新仿真技術(shù),已經(jīng)在國(guó)產(chǎn)飛騰服務(wù)器上通過驗(yàn)證,能兼容當(dāng)前產(chǎn)業(yè)生態(tài),并面向未來有助于支持下一代計(jì)算機(jī)架構(gòu),可說是中國(guó)建設(shè)自主研發(fā)集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)的一大里程碑。
以前的EDA從來沒有分1.0或2.0,在本次大會(huì)上,王禮賓率先提出了“EDA2.0”的概念。他談到30年來市場(chǎng)主流在使用的都是EDA1.0,而EDA1.0其實(shí)是基于二、三十年前的技術(shù)起點(diǎn)構(gòu)建的,不管是算法還是架構(gòu)基礎(chǔ),在多年發(fā)展過程中,每當(dāng)有新的協(xié)議、需求,都在不斷往里疊加,并且由于有守住現(xiàn)有市場(chǎng)的出發(fā)點(diǎn),這些冗余還無法舍棄或重構(gòu)?!耙?a href="http://ttokpm.com/tags/仿真器/" target="_blank">仿真器為例,幾乎所有做芯片的都需要做前端仿真,現(xiàn)在我們使用的都是最新的UVM,但以前的VM沒用了也只能繼續(xù)放在里面?!?王禮賓說到,云和人工智能技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)EDA工具進(jìn)化非常有用,但是對(duì)EDA1.0時(shí)代的工具,仍然很難整體改造。
據(jù)了解,芯華章前不久加入的一位高管,在這個(gè)行業(yè)有30年EDA研發(fā)經(jīng)驗(yàn),近年來一直致力于研究人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。在加入芯華章之前,他在一家美資EDA公司負(fù)責(zé)研發(fā)在主流EDA工具上實(shí)現(xiàn)對(duì)AI功能的加載,但這一研發(fā)僅能讓AI運(yùn)用在工具的局部,很難整體上實(shí)現(xiàn)運(yùn)用。而在芯華章,他可以將AI技術(shù)自底層架構(gòu)開始融合,重構(gòu)整個(gè)工具。
現(xiàn)在的EDA1.0只是自動(dòng)化,而未來的EDA技術(shù)一定是智能化的,目前芯華章在做的融合AI、云技術(shù)的EDA可以說是1.X,技術(shù)在向完全智能化的方向演進(jìn)?,F(xiàn)在驗(yàn)證技術(shù)分軟件仿真、硬件仿真以及原型等等,具體用哪種技術(shù)往往需要人依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷,而將來的智能技術(shù)不再依賴人工選擇,可以讓芯片設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、更普惠。
當(dāng)被問到國(guó)外巨頭已經(jīng)領(lǐng)跑,對(duì)此芯華章將如何應(yīng)對(duì)時(shí),王禮賓認(rèn)為不能靜止地去看發(fā)展,“今天我們和巨頭當(dāng)時(shí)的研發(fā)初期已經(jīng)有了截然不同的技術(shù)起點(diǎn),掌握著更好的技術(shù)后發(fā)優(yōu)勢(shì),這也就是我們有信心把研發(fā)目標(biāo)定為EDA2.0的原因?!彼孕救A章在找的也不都是EDA人才,還包括互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云方面的專家,通過融合他們的架構(gòu)思想、算法于當(dāng)前的EDA技術(shù),而不是單純重復(fù)30年前的老技術(shù)。所以我們從來不說去追趕世界先進(jìn)水平,因?yàn)槲覀兊馁惖?、想法不同于傳統(tǒng)技術(shù),我們要做出創(chuàng)新的智能化EDA。
芯華章能在短時(shí)間內(nèi)獲得行業(yè)的認(rèn)可,也和8月份宣布的開源生態(tài)項(xiàng)目有關(guān)。他們認(rèn)為,開源是科技界的一大趨勢(shì),能夠很好地構(gòu)建生態(tài)、推動(dòng)創(chuàng)新。并且在今年9月份推出了開源EDA技術(shù)社區(qū)并發(fā)布了兩款開源EDA產(chǎn)品,其目的很明確——國(guó)內(nèi)研究EDA的人太少,加起來也就一千多人,芯華章希望把大家發(fā)動(dòng)起來,開源是最好的方法。
“我們有這樣的能力去做這件事,這也是我們的社會(huì)責(zé)任,開放的胸懷能夠讓行業(yè)獲得更好的發(fā)展” 王禮賓說到,芯華章在短時(shí)間內(nèi)發(fā)布了基于開源的仿真器,并運(yùn)用一些先進(jìn)辦法將其速度在一個(gè)月內(nèi)翻了一倍,一方面讓大家看見新EDA技術(shù)是怎么做到這一點(diǎn)的;另外“高手在民間”,讓更多的驗(yàn)證工程師去看這個(gè)東西,并且提出正向反饋,在切磋交流之間加速創(chuàng)新,吸引更多人加入到這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。對(duì)于開源和商業(yè)之間的平衡,王禮賓表示,“我們可能是中國(guó)第一家做開源EDA工具的EDA公司,但不是一個(gè)開源的公司,開源不是我們的盈利模式。”
從今年3月到現(xiàn)在很快,芯華章已有三輪金額不小的融資。對(duì)這些融資的用途,王禮賓認(rèn)為,EDA是高研發(fā)投入的行業(yè),賺錢則沒有那么快,所以做EDA需要有恒心、有耐心、有追求的人,才能做得長(zhǎng)久。因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)人才太少,能成為EDA專家級(jí)的人更少,所以芯華章目前為止最大的投資還是在人上面,占到總投入的70%以上?!癊DA公司從來都不會(huì)是一個(gè)重資產(chǎn)公司,最重的都是人?!?/p>
融資的另外一個(gè)用途,就是構(gòu)建硬件驗(yàn)證云,據(jù)悉這是由一組硬件仿真器組成的硬件云,主要目的是幫助我國(guó)中小客戶。因?yàn)樽鲞^仿真的都知道,平常需求沒有多少,但高峰期需求量非常大,如果為此自己買一堆機(jī)器顯然不劃算。而在云上的模式非常靈活,可以為這些客戶提供云驗(yàn)證平臺(tái)的服務(wù)。
國(guó)微集團(tuán):打造本土化數(shù)字全流程EDA
國(guó)微集團(tuán)成立于1993年,是一家半導(dǎo)體控股集團(tuán),其業(yè)務(wù)主要覆蓋安全芯片設(shè)計(jì)及應(yīng)用、EDA系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用、FPGA快速原型驗(yàn)證及仿真系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用以及第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)等。2018年,國(guó)微集團(tuán)收購(gòu)上海國(guó)微思爾芯技術(shù)股份有限公司(國(guó)微思爾芯),是國(guó)內(nèi)最早成立的EDA公司之一,至今已有17個(gè)年頭,專注數(shù)字電路芯片原型驗(yàn)證。
同樣在2018年,國(guó)微集團(tuán)參股并管理的EDA后端設(shè)計(jì)軟件研發(fā)公司深圳鴻芯微納,該公司主要研發(fā)布局布線工具,目前完成數(shù)字集成電路EDA平臺(tái)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的技術(shù)部署,實(shí)現(xiàn)國(guó)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈在這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)突破。
國(guó)微思爾芯CEO林俊雄表示,公司自2018年被國(guó)微集團(tuán)收購(gòu)之后,開始在數(shù)字電路驗(yàn)證領(lǐng)域研發(fā)多樣化的EDA產(chǎn)品,致力于打造數(shù)字全流程EDA平臺(tái),以填補(bǔ)目前國(guó)內(nèi)EDA行業(yè)的不足之處。數(shù)字全流程EDA主要分設(shè)計(jì)跟驗(yàn)證兩部分,作為兄弟單位,“國(guó)微思爾芯和鴻芯微納之間是互補(bǔ),并且是兩個(gè)相輔相成的流程?!?鴻芯微納主要是設(shè)計(jì)工具,而設(shè)計(jì)的每一個(gè)步驟都需要完整的驗(yàn)證;全流程里還有邏輯綜合、時(shí)序分析這樣的功能,國(guó)微思爾芯也需要鴻芯微納的大規(guī)模綜合能力。
鴻芯微納 CTO王宇成表示,目前公司專注在支持邏輯綜合、布局布線,工具已經(jīng)可以支持國(guó)內(nèi)國(guó)外多家半導(dǎo)體制造廠商的工藝,包括7納米的先進(jìn)工藝。目前公司在國(guó)內(nèi)跟一些頭部企業(yè)緊密合作,致力于本土化、定制化方面的開發(fā),“從工具的性能跟功能上來說,已經(jīng)完全可以達(dá)到PK國(guó)外對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的能力?!?br />
在EDA本土化方面,王宇成認(rèn)為是不得不做的事情,因?yàn)檫@“不是我們自己決定的,在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,EDA工具一旦被卡脖子沒有解決方案的話,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就會(huì)全斷掉?!币圆季植季€和數(shù)字解決方案的全流程工具來說,國(guó)外也是通過二十多年技術(shù)積累和迭代才有了今天這么多工具,所以EDA設(shè)計(jì)門檻非常高,復(fù)雜度也很大。
如果追溯到30幾年前,國(guó)內(nèi)為了EDA工具國(guó)產(chǎn)化,制定過一個(gè)“熊貓計(jì)劃”,但當(dāng)初國(guó)內(nèi)整個(gè)集成電路設(shè)計(jì)的外部環(huán)境不夠成熟,沒有客戶使用的工具就是一個(gè)死工具,只能拿來研究工具,不能作為產(chǎn)品。如今國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)EDA工具的需求日趨成熟,國(guó)內(nèi)EDA企業(yè)的技術(shù)研發(fā)內(nèi)功也到了一定火候,“從鴻芯微納的角度,第一步是解決有跟沒有,這個(gè)回答是肯定的;第二步是有了以后能否持續(xù)發(fā)展,包括人才團(tuán)隊(duì)、技術(shù)的持續(xù)迭代,通過三年多的修煉證明我們已經(jīng)具備這樣的內(nèi)功?!蓖跤畛烧f到。
鴻芯微納 CTO王宇成
然而EDA的國(guó)產(chǎn)化并不是終點(diǎn),最終目的是要在全世界的供應(yīng)鏈或者全球分工上扮演重要角色,“閉門造車或內(nèi)循環(huán),不是我們所希望的。從研發(fā)人員的角度來說,我們希望PK全球最領(lǐng)先的技術(shù),而不是跟他們分割。” 王宇成說到,從工具使用者的角度來講,國(guó)內(nèi)很多公司設(shè)計(jì)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,或者在某些特定領(lǐng)域是領(lǐng)先的,他們有很多自研的算法和技術(shù),但是涉及商業(yè)機(jī)密不能共享。鴻芯微納的目標(biāo)是跟客戶共同開發(fā),從而達(dá)到定制化的效果,這是國(guó)外廠商無法提供的本土化、定制化優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于國(guó)外EDA三巨頭以并購(gòu)發(fā)家的模式,國(guó)內(nèi)廠商是否需要效仿并開始布局。王宇成認(rèn)為,收購(gòu)要有策略,早期的美國(guó)EDA公司都是通過收購(gòu)很多小公司的工具拼出來的流程,過去可以那樣做是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的制造工藝水平還在65納米以前,而現(xiàn)在FinFET工藝下的設(shè)計(jì)流程復(fù)雜度高,很難做到單純的拼湊。另外通過單純收購(gòu)拼起來的工具,要花很多時(shí)間和精力重新搭建流程,不能最佳的滿足客戶需求,“而且國(guó)內(nèi)廠商也沒有時(shí)間再花二十年拼一個(gè)工具,那時(shí)候可能摩爾定理都結(jié)束了。所以說可以通過收購(gòu)滿足市場(chǎng)需求,但是要在一個(gè)先進(jìn)的架構(gòu)基礎(chǔ)上,只要不是在整個(gè)流程架構(gòu)上起決定性作用的點(diǎn)工具,完全可以通過收購(gòu)來完成?!?/p>
國(guó)微集團(tuán)在整個(gè)數(shù)字EDA全流程都有布局,不只包含鴻芯微納和國(guó)微思爾芯,還有投資和收購(gòu)了一些其他公司。林俊雄表示,旗下有些公司在起步過程中就開始了相互合作,很多事情需要一個(gè)“對(duì)的時(shí)間”。因?yàn)榻衲暾麄€(gè)EDA生態(tài)、投資環(huán)境非常熱,不管是人員的投入,還是資金的投入都陸續(xù)進(jìn)來了,由此導(dǎo)致的一些惡性競(jìng)爭(zhēng)也讓各個(gè)方面的成本都提高了,尤其是人才成本。
雖然市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)有自動(dòng)調(diào)整的功能,但是EDA小小的市場(chǎng)擠入這么大的投入,要算投資回報(bào)率的話,可能要上百年才能回本。所以現(xiàn)在做并購(gòu)、收購(gòu)并不是一個(gè)非常好的時(shí)機(jī),當(dāng)生態(tài)環(huán)境再發(fā)展到一定階段,自然水到渠成?!艾F(xiàn)在大家還是把一些重要的流程,比如說設(shè)計(jì)、驗(yàn)證或者數(shù)字環(huán)節(jié),先發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)做好,等待一個(gè)合適的時(shí)機(jī)再?gòu)?qiáng)強(qiáng)聯(lián)合?!?/p>
由于這幾年中國(guó)的芯片設(shè)計(jì)行業(yè)增長(zhǎng)迅速,需求旺盛,所以在客戶策略的問題上就要考慮做大客戶策略,還是主要服務(wù)中小微企業(yè)。林俊雄表示,國(guó)微思爾芯主要是根據(jù)各個(gè)產(chǎn)品的成熟度來定制策略。例如其主要的原型驗(yàn)證解決方案產(chǎn)品已有17年的歷史,不管是小微客戶還是大型客戶,國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都可以支持。但對(duì)于一些新的EDA工具推廣,則會(huì)先找一些愿意配合的客戶,跟他們手把手一起把基本規(guī)格定下來,用定制化的服務(wù)方式把客戶的項(xiàng)目做好,之后再開始推廣到更多的客戶群體。
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原文標(biāo)題:本土EDA崛起,必須走巨頭沒走過的路
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