EDA軟件是什么？EDA軟件研發(fā)需要什么樣的條件 ？

EDA工具軟件可大致可分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件等三類。EDA工具軟件可大致可分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件等三類。進(jìn)入我國并具有廣泛影響的EDA軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件輔助類和可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件：Protel、PSPICE、multiSIM10(原EWB的最新版本)、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，同時(shí)還可以進(jìn)行PCB自動(dòng)布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

據(jù)天風(fēng)國際研報(bào)，EDA即Electronic Design Automation(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)，被譽(yù)為“芯片之母”。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)。

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。并且是貫穿整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的戰(zhàn)略基礎(chǔ)支柱之一。 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。

所以總的來說，EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi) “小而精”的環(huán)節(jié)，產(chǎn)值較小但又極其重要。據(jù)賽迪智庫數(shù)據(jù)顯示：2018-2020年全球EDA市場(chǎng)規(guī)模由62.2億美元增長至72.3億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到7.81%。 相對(duì)于幾千億美金的集成電路產(chǎn)業(yè)來說不值一提，但如果缺少了這個(gè)產(chǎn)品，全球所有的芯片設(shè)計(jì)公司都得停擺。

第一梯隊(duì)：當(dāng)下EDA行業(yè)市場(chǎng)集中度較高，被國際三大EDA巨頭所壟斷近八成：Synopsys(新思科技)、Cadence(鏗騰電子)、Mentor Graphics(明導(dǎo)國際)(2016年被德國西門子收購)。

EDA三巨頭掌握著絕對(duì)的主導(dǎo)權(quán)，旗下產(chǎn)品在國內(nèi)的市場(chǎng)占有率達(dá)到85%， 并且在產(chǎn)品上各有特色，各自的IP側(cè)重點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)都有較大的差別。因此，不少一線的芯片設(shè)計(jì)廠商都有同時(shí)使用其中兩三家廠商的不同EDA IP來設(shè)計(jì)芯片。

第二梯隊(duì)：ANSYS、Silvaco、Aldec Inc、華大九天等為代表的企業(yè)。該類企業(yè)擁有特定領(lǐng)域全流程，在局部領(lǐng)域技術(shù)較為領(lǐng)先。

第三梯隊(duì)：Altium、Concept Engineering、概論電子、廣立微、思爾芯、DownStream Technologies等為代表的企業(yè)。該類企業(yè)在EDA上的布局主要以點(diǎn)工具為主，缺少EDA特定領(lǐng)域全流程產(chǎn)品。

據(jù)開源證券研報(bào)，受益集成電路國產(chǎn)化政策支持，EDA國產(chǎn)化率從2018年的6.24%提升至2020年的11.48%。

針對(duì)美國商務(wù)部日前宣布，對(duì)EDA軟件工具等四項(xiàng)技術(shù)實(shí)施出口管制，在今天(8月18日)的商務(wù)部例行發(fā)布會(huì)上，新聞發(fā)言人表示，濫用出口管制措施，背離公平競(jìng)爭原則，違反國際經(jīng)貿(mào)規(guī)則，必將阻礙國際科技交流和經(jīng)貿(mào)合作，威脅全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定。

商務(wù)部新聞發(fā)言人束玨婷：中方注意到美方發(fā)布的有關(guān)公告。美方不斷泛化國家安全概念，濫用出口管制措施，相關(guān)做法背離公平競(jìng)爭原則，違反國際經(jīng)貿(mào)規(guī)則，必將阻礙國際科技交流和經(jīng)貿(mào)合作，威脅全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定。在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)增速下行、通脹高企的背景下，各國應(yīng)加大開放合作力度，共同營造開放、公平、公正、非歧視的科技發(fā)展環(huán)境，推動(dòng)全球科技進(jìn)步和成果共享，為世界經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展增添動(dòng)力。

國產(chǎn)EDA向何處突圍?

如前所述，在EDA領(lǐng)域，海外三巨頭已經(jīng)居于壟斷的地位，無論在規(guī)模、技術(shù)、人才、客戶等方面都積累起了深厚的護(hù)城河。

即便如此，在不少業(yè)內(nèi)人士看來，作為后來者的國產(chǎn)EDA，仍有不小的突破空間和機(jī)會(huì)。

“目前海外巨頭的產(chǎn)品其實(shí)也存在一些短板，比如工具的相對(duì)碎片化，巨頭們的許多工具是通過收購得到的，所以在融合度上還是存在局限。”芯華章首席戰(zhàn)略官謝仲輝向記者表示，不久前在舊金山舉辦的DAC(全球設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì))上，盡管和巨頭們相比，芯華章只是一家“不知名的小公司”，但還是收到了來自蘋果、微軟、Amazon等頭部客戶的合作興趣，“這說明其實(shí)海外現(xiàn)有的EDA工具并不能滿足他們的全部需求”。

此外，“巨象”的龐大身軀也會(huì)在其轉(zhuǎn)身尋求創(chuàng)新時(shí)帶來累贅。一位在某EDA巨頭工作的前同事告訴謝仲輝，他們有一個(gè)十幾二十年都不敢碰的代碼庫，因?yàn)椤胺e累的越多、包袱也越多，一個(gè)小小的改動(dòng)也會(huì)造成很大的影響”。

美國商務(wù)部工業(yè)和安全局(BIS)發(fā)布了臨時(shí)最終規(guī)則。在規(guī)則中，對(duì)四種新興和基礎(chǔ)技術(shù)建立了新的出口管制，管制理由是國家安全。

im間最終規(guī)則(IFR)指的是聯(lián)邦機(jī)構(gòu)發(fā)布的規(guī)則，在發(fā)布后生效，無需首先征求公眾對(duì)規(guī)則實(shí)質(zhì)內(nèi)容的意見。IFR用于緊急情況和其他需要，以幫助加快監(jiān)管流程，快速實(shí)施具有約束力的監(jiān)管要求。今后，是否調(diào)整將根據(jù)效果決定，并有一定的時(shí)限。根據(jù)一位資深律師的分析，這項(xiàng)暫行最終規(guī)則可以被視為中國的一項(xiàng)暫行規(guī)定。

“在這四種技術(shù)中，EDA軟件是最受外界關(guān)注的一種。該規(guī)則規(guī)定，用于開發(fā)全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的晶體管(gaafet)結(jié)構(gòu)的EDA軟件應(yīng)受到出口管制?！?

EDA，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。這是指使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件完成VLSI芯片的功能設(shè)計(jì)、合成、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)(包括布局、布線、布局、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等)的設(shè)計(jì)方法。EDA工具貫穿整個(gè)集成電路生產(chǎn)過程，位于該過程的上游。半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、設(shè)備開發(fā)、芯片生產(chǎn)和制造需要EDA工具。

Gaafet工藝是進(jìn)入2nm工藝后的主流工藝架構(gòu)。根據(jù)摩爾定律，集成電路中可容納的晶體管數(shù)量將每18個(gè)月翻一番。對(duì)于不同的工藝階段，有不同的主流工藝體系結(jié)構(gòu)和不同的EDA工具。

在此之前，主流工藝結(jié)構(gòu)是FinFET，即鰭場(chǎng)效應(yīng)晶體管。FinFET工藝已經(jīng)成為繼22nm工藝之后的主流半導(dǎo)體工藝架構(gòu)，并繼續(xù)發(fā)展到5nm工藝。

許多半導(dǎo)體行業(yè)人士稱，這項(xiàng)規(guī)定對(duì)中國芯片設(shè)計(jì)公司的影響最大。

本美國法規(guī)中提到的具有g(shù)aafet結(jié)構(gòu)的EDA軟件是所有半導(dǎo)體公司進(jìn)入先進(jìn)制造工藝后無法避免的一個(gè)環(huán)節(jié)。

網(wǎng)上有這樣一個(gè)說法，有100個(gè)對(duì)軟件開發(fā)一竅不通的頂尖芯片設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)，和100個(gè)對(duì)芯片設(shè)計(jì)一竅不通的軟件工程師，誰能更先開發(fā)出EDA。

答案是都不可能，但如果把這200人湊在一起，共同開發(fā)呢?答案還是不可能，因?yàn)閮蓚€(gè)團(tuán)隊(duì)之間難以配合。

那么到底需要什么樣的條件才能開發(fā)EDA軟件? EDA軟件又是什么?中國EDA軟件發(fā)展又經(jīng)歷了什么樣的殘酷歷史?

比如說，當(dāng)今14nm芯片的設(shè)計(jì)成本是2億美元，7nm則是6億美元，這是有EDA的情況下。如果沒有EDA，就需要大量的設(shè)計(jì)師，去進(jìn)行大量重復(fù)枯燥的工作，一方面極大拉長開發(fā)周期，同時(shí)也會(huì)讓成本上升超過200倍。那么，設(shè)計(jì)一個(gè)7nm芯片就需要1200億美元，考慮到人才數(shù)量和時(shí)間周期，不用EDA設(shè)計(jì)芯片，這就是一件根本不可能實(shí)現(xiàn)的事情。

中國EDA軟件又經(jīng)歷了怎樣的歷史呢?

上個(gè)世紀(jì)80年代，在互聯(lián)網(wǎng)都沒有接入的時(shí)代，中國就針對(duì)EDA軟件設(shè)立了專項(xiàng)計(jì)劃。1993年，國產(chǎn)自研EDA系統(tǒng)“熊貓”問世，短暫掀起了國產(chǎn)EDA的風(fēng)潮，當(dāng)時(shí)國內(nèi)有20家企業(yè)使用國產(chǎn)EDA，完成了超過200個(gè)芯片的設(shè)計(jì)，那個(gè)時(shí)候熊貓EDA和國際領(lǐng)先水平的差距還沒現(xiàn)在這么大。

隨后1994年，EDA廠商被解除限制，外國廠商涌入中國，帶來了更完整更先進(jìn)的套裝型工具包，同時(shí)還有成熟的商業(yè)模式和策略，迅速搶占了國產(chǎn)EDA的市場(chǎng)，讓國內(nèi)的EDA行業(yè)基本陷入停滯狀態(tài)十幾年。

這個(gè)現(xiàn)狀一直維持到2008年，但是事到如今，EDA的國產(chǎn)化率仍然很低。

目前，EDA軟件被三大外國巨頭壟斷，分別是新思科技、Cadence和收購了Mentor公司的西門子集團(tuán)。這個(gè)行業(yè)的最大特點(diǎn)是，研發(fā)費(fèi)用投入高，但是市場(chǎng)規(guī)模卻特別小，從業(yè)人員也不多，三大巨頭企業(yè)總?cè)藬?shù)大概是2.8萬人左右，這就占到了全球EDA行業(yè)的60%。

而國內(nèi)所有EDA企業(yè)的人員加在一起，也不過1500人，國內(nèi)最大的EDA企業(yè)也不過只有660人，研發(fā)人員不到500人。而且這樣的研發(fā)人才很稀缺，不光需要懂軟件開發(fā)，還需要對(duì)芯片設(shè)計(jì)和制造有很深刻的理解。如果想要和國際巨頭競(jìng)爭，還需要上萬人才的參與，雖然近年來發(fā)展迅猛，但是補(bǔ)齊人才缺口還需要好幾年時(shí)間。

除了人才以外，外國巨頭還有知識(shí)產(chǎn)權(quán)護(hù)城河，一顆芯片中要使用到來自各個(gè)企業(yè)的芯片IP，外國EDA企業(yè)基本上壟斷了接口類IP，很多芯片設(shè)計(jì)公司在使用EDA軟件的同時(shí)，還會(huì)使用EDA企業(yè)的IP，新思科技和Cadence已經(jīng)是世界上僅次于ARM公司，第二大和第三大的IP授權(quán)公司。

國內(nèi)EDA企業(yè)不僅在IP授權(quán)上話語權(quán)較弱，還沒有形成全流程覆蓋，占有的市場(chǎng)份額很小，一方面是長期以來，國內(nèi)企業(yè)不敢輕易嘗試國產(chǎn)軟件，小企業(yè)也不愿意購買正版軟件，導(dǎo)致國產(chǎn)EDA市場(chǎng)份額很少。

另一方面則是最重要的問題，EDA軟件的迭代和開發(fā)需要和晶圓廠緊密配合，這就是下一個(gè)問題。

舉個(gè)例子，臺(tái)積電在開發(fā)N7工藝的時(shí)候，新思科技就同步啟動(dòng)了EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)和IP部件的開發(fā)，經(jīng)過兩家公司的相互優(yōu)化和實(shí)際生產(chǎn)的驗(yàn)證流程之后，在臺(tái)積電推出N7工藝的時(shí)候，新思科技的EDA也同步上線，新思科技和臺(tái)積電已經(jīng)成為綁定狀態(tài)，想要導(dǎo)入臺(tái)積電的先進(jìn)工藝，就必須使用新思科技的EDA軟件。

也只有通過新思科技，芯片企業(yè)才有資格拿到臺(tái)積電的晶圓代工份額。結(jié)合這幾天的新聞，我們也能知道，臺(tái)積電推遲在2nm節(jié)點(diǎn)上導(dǎo)入GAA技術(shù)，對(duì)于國內(nèi)芯片廠商來說也是一件好事，起碼目前臺(tái)積電3nm的代工不受限制。