eda答案 EDA答案曾庆立

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网上有这样一个说法,有100个对软件开发一窍不通的顶尖芯片设计师团队,和100个对芯片设计一窍不通的软件工程师,谁能更先开发出EDA。

答案是都不可能,但如果把这200人凑在一起,共同开发呢?答案还是不可能,因为两个团队之间难以配合。

那么到底需要什么样的条件才能开发EDA软件? EDA软件又是什么?中国EDA软件发展又经历了什么样的残酷历史?

朋友们大家好,我是工研车间微胖叔,今天来聊聊半导体行业的摇篮,EDA软件。

EDA软件是什么?

EDA的全称是电子设计自动化,是芯片设计中必须使用到的一类软件工具,覆盖芯片设计的全流程,芯片设计企业需要完成芯片的设计、仿真、验证等大大小小多个环节,不同环节对应不同的EDA软件,经过多轮的设计和验证,最后生成一个完整芯片版图文件,才能交付给晶圆厂生产。

这好像看起来也很简单,这不就跟室内家装设计一样简单吗?只要设计师做出方案,交给施工队就好了。

但是如今的芯片上的晶体管的数量都已经用亿来计算,这就相当于一名家装设计师,去做一亿个房间的设计,同时还要考虑房间和房间之间通行效率。如果没有自动化软件,这是不可能做到的。

比如说,当今14nm芯片的设计成本是2亿美元,7nm则是6亿美元,这是有EDA的情况下。如果没有EDA,就需要大量的设计师,去进行大量重复枯燥的工作,一方面极大拉长开发周期,同时也会让成本上升超过200倍。那么,设计一个7nm芯片就需要1200亿美元,考虑到人才数量和时间周期,不用EDA设计芯片,这就是一件根本不可能实现的事情。

中国EDA软件又经历了怎样的历史呢?

上个世纪80年代,在互联网都没有接入的时代,中国就针对EDA软件设立了专项计划。1993年,国产自研EDA系统“熊猫”问世,短暂掀起了国产EDA的风潮,当时国内有20家企业使用国产EDA,完成了超过200个芯片的设计,那个时候熊猫EDA和国际领先水平的差距还没现在这么大。

随后1994年,EDA厂商被解除限制,外国厂商涌入中国,带来了更完整更先进的套装型工具包,同时还有成熟的商业模式和策略,迅速抢占了国产EDA的市场,让国内的EDA行业基本陷入停滞状态十几年。

新思科技在人民大会堂举办向清华大学捐赠的仪式

这个现状一直维持到2008年,但是事到如今,EDA的国产化率仍然很低。

目前,EDA软件被三大外国巨头垄断,分别是新思科技、Cadence和收购了Mentor公司的西门子集团。这个行业的最大特点是,研发费用投入高,但是市场规模却特别小,从业人员也不多,三大巨头企业总人数大概是2.8万人左右,这就占到了全球EDA行业的60%。

而国内所有EDA企业的人员加在一起,也不过1500人,国内最大的EDA企业也不过只有660人,研发人员不到500人。而且这样的研发人才很稀缺,不光需要懂软件开发,还需要对芯片设计和制造有很深刻的理解。如果想要和国际巨头竞争,还需要上万人才的参与,虽然近年来发展迅猛,但是补齐人才缺口还需要好几年时间。

除了人才以外,外国巨头还有知识产权护城河,一颗芯片中要使用到来自各个企业的芯片IP,外国EDA企业基本上垄断了接口类IP,很多芯片设计公司在使用EDA软件的同时,还会使用EDA企业的IP,新思科技和Cadence已经是世界上仅此于ARM公司,第二大和第三大的IP授权公司。

国内EDA企业不仅在IP授权上话语权较弱,还没有形成全流程覆盖,占有的市场份额很小,一方面是长期以来,国内企业不敢轻易尝试国产软件,小企业也不愿意购买正版软件,导致国产EDA市场份额很少。

另一方面则是最重要的问题,EDA软件的迭代和开发需要和晶圆厂紧密配合,这就是下一个问题。

EDA软件研发需要什么样的条件?

举个例子,台积电在开发N7工艺的时候,新思科技就同步启动了EDA设计平台和IP部件的开发,经过两家公司的相互优化和实际生产的验证流程之后,在台积电推出N7工艺的时候,新思科技的EDA也同步上线,新思科技和台积电已经成为绑定状态,想要导入台积电的先进工艺,就必须使用新思科技的EDA软件。

也只有通过新思科技,芯片企业才有资格拿到台积电的晶圆代工份额。结合这几天的新闻,我们也能知道,台积电推迟在2nm节点上导入GAA技术,对于国内芯片厂商来说也是一件好事,起码目前台积电3nm的代工不受限制。

台积电和新思科技的合作模式也反映出EDA研发的必要条件,必须产研结合

EDA软件和制程工艺紧密相连,EDA软件需要晶圆厂进行验证,才能证明软件有效。而且,不同的晶圆厂的制程工艺稍有不同,这就意味着一套软件需要通过多家晶圆厂的验证,这就进一步增加了扩张市场份额的难度。

总的来说,国内厂商实力和人才现状和国际一流水平差距不小,但是同样也有机会,在AI、5G、物联网领域目前已经出现了外国企业覆盖不到的情况,随着政策扶持,国产厂商有望成为这些领域的规则制定者,也有望开发出国产IP,对外国企业构筑起护城河。

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