開源EDA還有前景嗎？

對(duì)于芯片開發(fā)來說，EDA是工程師吃飯的工具。不過與其他軟件開發(fā)生態(tài)不同，加上IC設(shè)計(jì)本身的難度，半導(dǎo)體行業(yè)的EDA成了相對(duì)孤立的工具，催生了相對(duì)孤立的市場(chǎng)，開源生態(tài)想要在EDA領(lǐng)域插足，可以說是難上加難。

誰來降低設(shè)計(jì)成本

選擇開源EDA的另一個(gè)原因就是成本。如果你有參與過開源EDA社區(qū)的互動(dòng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分是學(xué)生、教師、愛好者或獨(dú)立開發(fā)者等等。對(duì)他們來說，選擇開源EDA就是為了省錢。要知道，在大部分EDA廠商眼中，不僅是這些群體，哪怕是一些小的初創(chuàng)公司，也得一視同仁，交納授權(quán)費(fèi)用。

IC設(shè)計(jì)成本趨勢(shì) / ZeroAsic

從ZeroAsic的CEO Andreas Olofsson在2018年物理設(shè)計(jì)國(guó)際會(huì)議上公開的這張圖來看，在晶體管數(shù)量幾乎以線性速度提升的過程中，設(shè)計(jì)成本加驗(yàn)證成本構(gòu)成的總硬件開發(fā)成本卻是在指數(shù)級(jí)上漲。但不是每個(gè)人都在設(shè)計(jì)最先進(jìn)工藝的芯片，有時(shí)候?yàn)榱蓑?yàn)證一些理論，實(shí)際流片遠(yuǎn)比追求最大性能更重要。因此，選擇Icarus、GHDL、Yosys這些開源EDA軟件的同時(shí)，就直接節(jié)省了開銷。

PDK的缺失

商業(yè)EDA軟件之所以仍是主流，自然有其原因，PDK正是其中重要一環(huán)。PDK是臺(tái)積電、格芯和中芯國(guó)際這樣的代工廠給到fabless設(shè)計(jì)公司的工具包，包含了設(shè)計(jì)規(guī)則、物理限制、第三方IP庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查器等等。優(yōu)秀而精確的PDK可以提高一次完成設(shè)計(jì)的成功率，而PDK和EDA是緊密聯(lián)系在一起的，這也就是不少EDA廠商都是直接與代工廠合作的原因。

但開源EDA就不一樣了，之所以不少開源EDA給人以half-baked的感覺，就是因?yàn)槿鄙倭薖DK。此處我們不能單從EDA軟件開發(fā)商的角度來看問題，也要考慮代工廠，依他們的看法，與幾個(gè)EDA公司合作花費(fèi)的精力明顯更少一點(diǎn)。更不用說對(duì)于臺(tái)積電這樣的廠商來說，PDK本身就是一個(gè)與開源不沾邊的東西，比如3nm、5nm這樣的工藝，其PDK只有重要的客戶才能拿到，即便是成熟工藝，也有各種保密協(xié)議需要簽署。

FreePDK15 / NCSU

目前開源PDK這塊在一些愿意燒錢的頭部公司推動(dòng)下，也算有了一些進(jìn)展，比如Skywater Technologies就與谷歌合作，為他們的130nm節(jié)點(diǎn)推出了開源PDK，并提供了免費(fèi)流片的機(jī)會(huì)。在一些EDA廠商的支持下，一些大學(xué)也開始推出自己的PDK，比如北卡大學(xué)的FreePDK（15nm和45nm），亞利桑那州立大學(xué)的ASAP7 PDK（7nm），也都是開源的，不過這兩者都是用于學(xué)術(shù)研究的PDK，哪怕設(shè)計(jì)出來了也是沒地方生產(chǎn)制造。

國(guó)內(nèi)的開源EDA推進(jìn)

我國(guó)在商業(yè)EDA軟件上的市場(chǎng)占比上落后于國(guó)外大廠，在開源EDA上也落后于國(guó)外開源社區(qū)。但國(guó)內(nèi)除了有一眾優(yōu)秀的商業(yè)EDA公司仍在推陳出新外，也開始推動(dòng)開源EDA發(fā)展的想法。比如由華大九天、東南大學(xué)等單位共同發(fā)起成立的南京集成電路設(shè)計(jì)服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司（簡(jiǎn)稱“EDA創(chuàng)新中心”），就成立了名為OpenEDA的開源平臺(tái)。

OpenEDA上的首個(gè)項(xiàng)目為OpenEDI這一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)構(gòu)件，借助這一構(gòu)件，用戶可以訪問開源開放、接口豐富且統(tǒng)一高效的數(shù)據(jù)庫(kù)、算法庫(kù)和計(jì)算架構(gòu)，利用高效的內(nèi)存與符號(hào)表管理功能。由此打造的EDA工具沒有數(shù)據(jù)壁壘，方便設(shè)計(jì)者在不同設(shè)計(jì)工具之間切換，而無需擔(dān)心數(shù)據(jù)的丟失。這對(duì)于開源EDA工具的開發(fā)者來說，是相當(dāng)實(shí)用的基礎(chǔ)構(gòu)件。

不過，OpenEDA平臺(tái)從2020年底成立至今，也僅僅只發(fā)布了OpenEDI一個(gè)項(xiàng)目而已，國(guó)內(nèi)開源EDA工具的發(fā)展和創(chuàng)新還有很長(zhǎng)的一段路要走，EDA創(chuàng)新中心邁出了正確的第一步，隨后才會(huì)有人追隨這一腳步。

語言也是EDA的一種

近日在回答網(wǎng)友疑問時(shí)，中科院計(jì)算技術(shù)研究所副所長(zhǎng)，同時(shí)也是香山處理器的負(fù)責(zé)人包云崗表示，除了像仿真驗(yàn)證工具、邏輯綜合等傳統(tǒng)EDA工具以外，像香山處理器所用的Chisel這種編程語言，用于生成Verilog代碼，降低前端開發(fā)和驗(yàn)證成本的輔助工具，也可以視為EDA工具的一種，畢竟RTL編程語言也是提升開發(fā)效率的一種方式。

但他也表示，開源EDA要做到全流程工具鏈，與Cadence、Synopsys和Mentor這些商業(yè)EDA相比難免在質(zhì)量上有所欠缺。每個(gè)流程如果都有一定的質(zhì)量欠缺，集合在一起，就會(huì)導(dǎo)致芯片PPA與商業(yè)EDA相去甚遠(yuǎn)，而這才是開源EDA工具首先要解決的挑戰(zhàn)。

結(jié)語

總的來說，如果你追求的是商業(yè)可用性，那么開源EDA工具絕對(duì)不會(huì)是你的首選，這也不會(huì)是開源EDA工具開發(fā)者的目標(biāo)。因?yàn)楣饪块_源社區(qū)的無私奉獻(xiàn)，與耕耘了數(shù)十年商業(yè)市場(chǎng)的EDA廠商抗衡，無疑是愚蠢的。

這些廠商不介意開源EDA生態(tài)的發(fā)展，甚至愿意給予一定的幫助，也是因?yàn)殚_源EDA能夠帶來更廣泛的應(yīng)用，對(duì)整個(gè)開發(fā)生態(tài)的發(fā)展有益無害。我們不妨將開源EDA視為給到所有設(shè)計(jì)者一個(gè)小規(guī)模嘗試的入口，讓他們有機(jī)會(huì)打造更多開源硬件。