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国产芯片EDA设计:迎来“百年一遇”超车好机会

2021-04-09 11:51 来源:互联网 编辑:咩咩

实体产业是工业软件的土壤。工业级软件大都依附于某个细分的实体产业。实体产业强大,才会给工业级软件一个积极的正反馈,通过产业中繁杂的应用问题推动工业软件不断推陈出新、升级和演进,给工业软件创造利润和生存空间。

以美国为首的芯片强国对出口中国的高端芯片 “卡脖子”,让更多人意识到国产高端芯片自主可控重要性的同时,芯片产业链中小而精的EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)工具的关键作用也成了关注的焦点。

芯片设计环节繁多,精细且复杂,EDA工具对于提升芯片设计效率,优化芯片设计,保证芯片功能发挥着极为重要的作用。目前,美国三大EDA公司(Synopsys、Cadence、Mentor)占据全球EDA市场超过60%的市场份额,绝大部分芯片设计公司都需要三巨头的EDA工具。因此,美国用EDA就能很容易卡住中国芯片行业的脖子。

中美贸易战愈演愈烈,国人对半导体行业的关注度空前,其中有盲目爱国的吹嘘者,也不乏对半导体行业发展现状有着深刻认识的行内人。有心之人甚至整理出了“卡脖子”清单,而作为协助完成集成电路的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的软件工具集群——EDA 软件“赫赫”在列。

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以芯片设计行业为例,EDA工具从诞生到繁荣,都依附于硅谷芯片行业的前行进程。1978年,传奇人物Lynn Conway针对摩尔定律演进的迫切需求,构建了数字电路自动化方法的理论基础,提出了全新的数字电路/超大规模集成电路设计方法,自此诞生了现代化的EDA设计方法。“The Mead & Conway Revolution”来源于实体产业的需求,最终又反哺于实体产业,它导致了计算机科学和电气工程教育领域的学术资料的全球重组,对于基于微电子应用的产业发展至关重要。

国产化率仅10%左右的国产EDA,面对发展了二三十年的EDA三巨头的技术和商业壁垒,想要进一步提升国产化率面临极大挑战。庆幸的是,开源的趋势,AI和云技术的突破,给国产EDA带来了换道超车百年一遇的好机会。

EDA处于整个芯片产业链的上游,特点是小而精。据市场研究和顾问公司Gartner今年1月的初步统计结果,全球半导体收入2020年总收入达到4498亿美元,比2019年增长7.3%。

EDA作为集成电路产业链的命脉,自始至终连接和贯穿着芯片制造和科技应用的发展;芯片设计、晶圆制造、封装测试,直至电子产品的设计,每个环节都离不开EDA工具。其实EDA市场是一个比较小的市场,2019年EDA/IP全球产值约110亿美元,然而就是这小小的110亿美元,却撬动了约5千亿美元的半导体市场甚至是约1.6万亿的电子产品市场。

我国以前缺少强大的芯片设计公司和晶圆厂,也就很难支持本土EDA公司崛起,甚至本土EDA工具连试错的机会都没有。 不过,随着中国相关产业影响力逐渐增大,本土EDA公司也开始得到了强有力的支持,最典型的是华大九天。

作为开源EDA的先锋派,芯华章在2020年九月上线了中国首个开源EDA技术社区EDAGit,并且开源了两款EDA工具。王礼宾介绍,目前芯片公司在一个芯片项目中投入的精力大量是用于验证,因为芯片失败带来的损失轻则是一次投片数亿元的费用打水漂,重则影响产品的上市时间或者公司的信誉,导致客户的流失,可能带来致命的打击。因此,验证,特别是硬件验证,是科技领先的重要制胜点之一。

中美贸易战拉开大幕,EDA禁运首当其冲,成为卡脖子工程。EDA的的战略性,重要性被推到空前高度。

事实上,EDA国产化并非第一次,也不是第一次受到掣肘。我国从1980年代中后期开始,就投入到EDA产业的研发当中。当时我国包括集成电路在内的高科技领域都受困于“巴统”的禁运,国外EDA无法进中国,集成电路产业发展倍受掣肘。为了更好发展集成电路产业,我国在1986年动员了全国17家单位、200多位专家齐聚北京,研发我国自有的集成电路计算机辅助设计系统“熊猫系统”,在1992年首套熊猫系统问世,是我国第一个大型ICCAD系统,也是国家意志的体现和集体智慧的结晶。1994年“巴统”取消对中国禁运,海外EDA公司以技术成熟、价格便宜的工具挤占市场。1994年至2008年,国家对国产EDA的支持非常有限,中国EDA产业陷入发展低谷,发展曲折而缓慢,和海外差距越来越大。

2000-2018年,国外EDA产业发展走入商业化轨道,技术更新缺乏新意,变革更是鲜少有之,产业逐渐呈现“夕阳化”。此时国内EDA产业正处于兴起阶段,很多新的概念、新的工具不断涌现出来,犹如20年前的国外黄金期。

如今全球半导体价值链迎来变迁,根据 SIA 数据显示,美国 2019 年在半导体行业的市占率为 47%。BCG 预测,在“维持现状”的假设下,未来 2-3 年内美国半导体企业的市场份额将从 2018 年的 48%下滑至 40%,中国企业的份额将上升 4ppts 到 7%。

毋庸置疑,美国在设备、EDA、高端 CPU、GPU 方面是目前绝对的领导者,因此其试图通过扩张服务规模来获取更高的利润,以支撑高昂的研发投入。而彼时的中国半导体业正加大投入,初具规模,美国势必会增加忧虑,加大打击力度,尤其是对高精尖的部分。

面对目前的境况,追赶不可取,一方面是从 5G、AI 的角度另辟蹊径,另一方面是维持与国内外 EDA 同业者的良性竞合关系,保持耐心,毕竟 EDA 四大家也不是一上来就是巨无霸的,都是经过了三、四十年的技术累积与企业兼并,才取得了今天的地位。因此,制造 EDA 泡沫是很不明智的做法,当务之急是我们的政府和产业协会应充当好牵头作用,搭建起 EDA 生态圈互动合作的平台,真正下沉到技术,了解 EDA 相关的设计、制造、工艺等概念,有的放矢地到晶圆制造厂、封测厂、系统公司去调研,拿到最真实的一手诉求,有机整合资源,这可不仅仅是投钱就能解决的事情。

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