EDA 電子設計自動化：中國芯片研發的 “阿喀琉斯之踵” 何時被治愈？

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2022-03-18 02:39:26 5

對于包括系統設計與驗證、集成電路、PCB 等領域而言，電子設計自動化（Electronic Design Automation, EDA）工具的性能以及市場本身的發展，都起著至關重要的作用。截至 2021 年底，全球將總計有 350 億物聯網設備，從下游應用端來看，EDA 軟件的需求將持續增長。

注：全球 EDA 工具市場增長趨勢圖

“電子設計自動化（EDA）產業將于 2027 年超過 200 億美元。” ——Global Market Insights Inc.

隨著物聯網市場的蓬勃發展，EDA 行業也出現了一些值得我們關注的新變化。
#1 醫療器械行業對于 EDA 的需求增長顯著醫療行業中對于新技術的引進持續進行，新設備、新器械、新工具的使用讓以往看似不可能的治療手段和手術變成可能。最為大家熟知的內窺鏡與腹腔鏡手術，正是因為EDA的引入才得以造福無數病患。GE、ABB、西門子等諸多大廠也正是因為借助了 EDA 軟件，才能夠持生產出高性能的人工智能設備，運用于疾病診斷和治療之中。
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注：EDA 工具廣泛應用于內窺鏡設備及其手術過程
EDA 軟件公司還通過不斷迭代機器學習算法，來提升芯片設計工具的性能。Ibex 醫療診斷公司和 KSM 近期就宣布了他們開始使用 Galen? Gastric，一種具備AI能力的診斷和質量管控工具來檢測胃腸道可能存在的癌癥風險。
#2 微型化的逐漸* 正如電子行業大家都秉承的價值觀所言，“更小意味著更強大（Small is new big）。” 微型化，輕量化，傳統上的大型設備通過不斷縮微的方式，使得電子產品能夠不斷滲透進更多豐富的場景之中。在汽車電子、醫療自動化以及消費電子領域，使用更小而美、集成度更高同時功能更加強大的設備依然成為產品迭代、成本 cost-down 的潮流。
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注：可穿戴設備對于尺寸的追求，也在倒逼 EDA 工具的進步

正是因為這場 “ 小即是美 ” 浪潮的不斷影響，手機變得越來越薄且輕便，平板、 PC 、可穿戴設備納米級產品、醫療器械也變得越來越走入尋常百姓家。如果該趨勢持續進行，市場對于 EDA 的需求將毫無疑問繼續增加。

#3 高端制造對于EDA提出新需求對于大多數人而言，高端制造直接等于機器人的使用和自動化流水作業。然而，當前車間內的機器人更多承擔的還是拾撿擺放、測試包裝、物料規整等 “體力活”。隨著各類設備變得越來越精簡，電子產品的生產環節將變得越來越精細，這對于傳統 “五大三粗” 的機械臂*度提出了新的要求。
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注：Synopsys 位于加州 Mountain View 總部
全球*的 EDA 軟件與半導體 IP 公司 Synopsys 近期聯手臺積電，臺積電將于其最新版本的 3 納米制程 DRM 和 SPICE 生產線中使用 Sysopsys 的 EDA 軟件，該產線生產的芯片將用于移動設備、5G 和其他人工智能場景。
#4 場景線上化持續加速隨著數字化轉型話題的持續探討，EDA 軟件公司也更加重視線上平臺的優化，從而賦能業務流程。相比較過往半導體公司使用事先設定好的數據參數來驗證芯片設計，目前EDA賦能的工作流程更加靈活，可以實現設計、模擬、驗證，在芯片試產與量產中也能發揮更大作用。如果將 EDA 軟件與云端打通，成本將更加友好，更少占用現有的數據中心資源。
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注：ARM 與 Synopsys 達成戰略合作

幾個月前，ARM 宣布升級其 EDA 軟件，以便更好規劃存儲資源、算力，同時達到減少成本的目的。相比較購買更多服務器和其他軟件設備，ARM 對于 EDA 的認可，特別是將 EDA 與云端打通的做法，在半導體業界可謂掀起了一陣旋風。

靈魂發問：中國 EDA 軟件為何落后
EDA 行業的落后，對于中國集成電路產業發展而言，可謂 “阿喀琉斯之踵”。放眼全球，美國三巨頭以及美資相關企業形成的 EDA 聯盟，對于包括中國在內的所有芯片市場都形成掣肘之勢。毫不夸張的說，目前所有中國“自研”的芯片，其設計、驗證等環節使用的 EDA 工具基本上出自美國。
中國芯片公司如果想要參與全球競爭，就不得不解決 EDA 軟件目前的難題。雖然包括華為在內的諸多公司都參與了 EDA 工具的研發，但是在公開市場我們尚未看到太多實際進展。
實際上，早在80年代中期，中國就出現了熊貓芯片設計系統，然而市面上使用該系統的公司寥寥無幾，因此可見其性能值得商榷。目前，中國市場出現了更多 EDA 廠商，包括華大九天、芯和半導體等。
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注：芯和半導體獲年度技術突破 EDA 公司獎項

令人遺憾的是，這些廠商都無法實現整套設計流程的軟件交付。那么為何中國 EDA 軟件落后于美國呢？究其原因，大約有四：
一、全套方案的欠缺，無法參與全流程競爭 中國目前大多數 EDA 軟件還處于專攻一個或幾個環節的階段，未能形成全套替代的產品矩陣。然而，數字設計流程大多被 Synopsys 和 Cadence 壟斷，即便中國廠商能夠切入部分環節，卻難以撼動美國三巨頭在全環節的把控。因此，中國廠商需要推出全套解決方案，才能在同一維度和國際大廠競爭。然而這一進程中還有其他困難與挑戰。

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注：美國 EDA 三大巨頭

二、人才短缺，行業未能對 EDA 人才形成吸引 中國大多數 EDA 工具開發工程師都任職于美國三大巨頭。據悉，全國1500多名 EDA 工程師中，只有不到 300 名為國內 EDA 公司工作。而美國 Synopsys 一家公司全球雇員就有超過 5000 人。在國內移動互聯網市場蓬勃發展的大背景下，這些工程師更愿意去阿里巴巴騰訊等公司，而不是在苦逼的國內EDA公司掙扎。

三、市場準入門檻高，入局難，破局更難 中國 95% 的 EDA 市場歸屬于美國三大巨頭，對于任何國內外 EDA 供應商而言，這都是一個足夠殘酷的市場。即便中國廠商能夠開發出全套解決方案，很難在短期內對三大巨頭形成威脅。目前芯片公司的工程師很多在大學內使用的就是三大巨頭的解決方案，進入新公司后，他們的選擇偏好使得國內小廠沒有任何吸引力可言。

四、缺乏對先進制程節點的集成，步步為輸

設計與生產流程之間的連接對于 EDA 流程而言至關重要，三大巨頭與頭部晶圓以及代工廠之間的緊密聯系，使得他們能夠深刻理解各個環節。這種黏性是國內廠商需要在推出解決方案同時，持續追蹤和跟進的。

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