怎么看？核心工業(yè)軟件：智能制造的中國“無人區(qū)”

“德國最大的企業(yè)是哪家？西門子？大眾？都不是，是SAP，一家引領(lǐng)德國工業(yè)4.0的工業(yè)軟件公司。世界500強(qiáng)中，80%的公司都是它的客戶。”5月16日，中國信息安全研究院總工程師夏剛研究員接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)說，而我國的核心工業(yè)軟件領(lǐng)域，基本還是“無人區(qū)”。

工業(yè)軟件缺位，為智能制造帶來了“成長的煩惱”。譬如，芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)“必備神器”EDA工業(yè)軟件，我國就不得不面臨被國外生產(chǎn)制造商無預(yù)兆“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度，就需要以計(jì)算機(jī)輔助的工業(yè)軟件來替代人腦計(jì)算。工業(yè)軟件“管轄范圍”涉及原料供給調(diào)度、產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析、工藝流程管理、工業(yè)控制、質(zhì)量管理等諸多領(lǐng)域。

EDA，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。用于輔助和實(shí)現(xiàn)EDA的軟件，被歸口為高等級(jí)“行業(yè)通用”工業(yè)軟件。在先進(jìn)制造的“流水線”上，沒有先進(jìn)EDA軟件做產(chǎn)品設(shè)計(jì)，再高端的設(shè)備、再精湛的工藝，也得“歇菜”。

EDA軟件是在虛擬世界幫設(shè)計(jì)師“試錯(cuò)”的“實(shí)驗(yàn)員”。夏剛說：“它能極大提高電路設(shè)計(jì)效率。”

沒有這個(gè)軟件，設(shè)計(jì)者可能要經(jīng)過若干次實(shí)物試驗(yàn)，才能做出一個(gè)合格設(shè)計(jì)。有了EDA軟件，就能通過計(jì)算機(jī)“試錯(cuò)”，低成本設(shè)計(jì)出合格產(chǎn)品。通過EDA軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)者借由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成邏輯編譯、簡化、分割、綜合優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對特定目標(biāo)芯片完成各項(xiàng)工作。

“簡單到收音機(jī)，復(fù)雜到英特爾酷睿i7的處理器都能通過EDA軟件的電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。能否設(shè)計(jì)出更高性能的CPU，既取決于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)，也取決于表達(dá)專業(yè)知識(shí)的EDA軟件。因此，一個(gè)國家的EDA軟件水平，代表著其電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的高下。”上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院副教授陳秀真說。

我國也有自主EDA軟件。夏剛表示，例如華大EDA和EasyEDA等產(chǎn)品，做了多年技術(shù)積累，擁有一大批成功用戶案例。對于模擬電路或全定制設(shè)計(jì)電路，國產(chǎn)EDA與美國主流EDA工具相較，設(shè)計(jì)原理上并無差異，但軟件性能卻存在不小差距，主要表現(xiàn)在對先進(jìn)技術(shù)和工藝支持不足，和國外先進(jìn)EDA工具之間存在“代差”。這種“代差”可被“數(shù)字化”：僅國外EDA三大巨頭公司Cadence、Synopsys及Mentor，就占據(jù)了全球該行業(yè)每年總收入的70%。

這樣的差距，源自國產(chǎn)EDA軟件在部分工藝技術(shù)上的缺失。模擬電路或全定制設(shè)計(jì)電路，主要需要原理圖、版圖、DRC工具等EDA軟件。這類軟件規(guī)模不大，性能和可靠性要求卻甚高，對工藝依賴程度高。通常，為滿足設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)工程師要對芯片生產(chǎn)廠家提供的某些工藝參數(shù)修改、調(diào)整并驗(yàn)證。因此，模擬電路設(shè)計(jì)除需要上述主流EDA功能外，還需要針對芯片生產(chǎn)廠家提供的EDA軟件進(jìn)行分析和驗(yàn)證，以及二次開發(fā)，并要通過自動(dòng)檢查分析工具來保證芯片可靠性。

這類特殊的專業(yè)軟件，國內(nèi)EDA廠商只能“分情況”供應(yīng)。對于設(shè)計(jì)一款既可通過全自動(dòng)EDA軟件設(shè)計(jì)，也可采用半自動(dòng)或手工流程來設(shè)計(jì)的小規(guī)模數(shù)字電路，尚能“hold”住。

對只能依靠全自動(dòng)綜合工具和布局布線工具來完成設(shè)計(jì)的大規(guī)模數(shù)字電路，國產(chǎn)EDA軟件則顯“力不從心”。

“大規(guī)模集成電路最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，都源自美國等國家。沒有原生的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)，是我國EDA工具無法‘全能’的根本原因。”研發(fā)自主操作系統(tǒng)的天津麒麟公司總裁孔金珠研究員說。

成立于1984年的美國Xilinx公司，主要研發(fā)、制造并銷售高級(jí)集成電路、EDA軟件設(shè)計(jì)工具。該公司首創(chuàng)了現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）技術(shù)，與傳統(tǒng)方法比，利用該EDA軟件客戶能更快設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電路，大幅縮短電子設(shè)備制造商產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

“Xilinx干了30多年的FPGA技術(shù)，國內(nèi)這一技術(shù)才發(fā)展多少年？這中間的技術(shù)代差，怎可能一蹴而就取而代之？”夏剛舉例解釋了自主EDA軟件的“痛點(diǎn)”。他說，我國芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)一直高度依賴國外軟件。這讓國產(chǎn)EDA軟件企業(yè)，不得不追著“一直被模仿，從未被超越”的國外同行去開發(fā)。作為“跟隨者”，國產(chǎn)EDA軟件能獲得的用戶體驗(yàn)和反饋也少，導(dǎo)致了目前的差距。

“EDA軟件還只是工業(yè)軟件中的冰山一角，由此可見我國自主工業(yè)軟件之殤。發(fā)展自主工業(yè)操作系統(tǒng)+自主工業(yè)軟件體系，刻不容緩。”孔金珠說。

“我們要集中力量解決軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、生態(tài)構(gòu)建能力較弱等卡脖子問題。”不久前在廣西南寧召開的全國信息化和軟件服務(wù)業(yè)工作座談會(huì)上，工信部副部長陳肇雄說。

夏剛等專家呼吁，要保護(hù)好工業(yè)軟件發(fā)展的“生態(tài)”。“我國芯片和操作系統(tǒng)領(lǐng)域留下的教訓(xùn)，就包括生態(tài)缺失。我們要吸取這一教訓(xùn)，才能最終把我國自主工業(yè)軟件實(shí)實(shí)在在植入制造業(yè)。”

對于可能出現(xiàn)的EDA軟件禁售，專家認(rèn)為既有利好，也要警惕。如果禁售長達(dá)數(shù)十年，迫使我國在EDA軟件領(lǐng)域不得不“自力更生”，像核物理和導(dǎo)彈武器領(lǐng)域那樣，可能促進(jìn)現(xiàn)有EDA軟件的實(shí)用化水平在短期內(nèi)大幅提高。而“短暫禁售”則很令人擔(dān)憂，如果大多數(shù)國內(nèi)用戶僥幸使用盜版并等待解禁，極可能傷害國內(nèi)EDA軟件企業(yè)自主研發(fā)的積極性。

“EDA軟件面臨的危機(jī)和機(jī)遇，大體能反映其他工業(yè)軟件的境遇。建議把工業(yè)軟件的發(fā)展，放到航空、航天、兵工、船舶等行業(yè)同等重要的地位，發(fā)揮‘舉國體制’優(yōu)越性，破解工業(yè)軟件受制于人的局面。”夏剛說。