被稱為“芯片之母”的EDA是我國半導(dǎo)體國產(chǎn)替代之路上的咽喉要塞，近年來，國內(nèi)企業(yè)奮起直追，在技術(shù)成熟度與市場占有率方面均有持續(xù)提升。
日前，國內(nèi)EDA軟件領(lǐng)域的“一哥”華大九天公布了公司的2023年Q1季報(bào)，除了一季度業(yè)績大幅增長的亮眼成績外，其所透露的未來規(guī)劃更加振奮人心，華大九天表示，未來的發(fā)展規(guī)劃是補(bǔ)齊短板，完成全流程工具系統(tǒng)的建設(shè)。主要從三個(gè)方向發(fā)力：
1、產(chǎn)品做全，補(bǔ)全產(chǎn)品線;
2、不斷提升對(duì)先進(jìn)工藝的支撐，公司模擬部分工具支持5nm，數(shù)字已有工具全部支持7nm工藝，要進(jìn)一步深入和先進(jìn)工藝的結(jié)合;
3、創(chuàng)新突破，不斷推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新和優(yōu)化升級(jí)，加強(qiáng)EDA產(chǎn)品和技術(shù)的服務(wù)支撐能力，努力提升企業(yè)技術(shù)和服務(wù)水平。
隨后便有媒體將這一國產(chǎn)EDA新突破與華為聯(lián)系了起來，原因是在今年3月，華為輪值董事長徐直軍在內(nèi)部硬、軟件工具誓師大會(huì)上宣布，芯片設(shè)計(jì)EDA工具團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合國內(nèi)EDA企業(yè)，基本實(shí)現(xiàn)了14nm以上EDA工具的國產(chǎn)化，2023年將完成對(duì)其的全面驗(yàn)證。雖說徐直軍沒有透露國內(nèi)EDA企業(yè)的具體信息，但當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)都猜測這家企業(yè)便是華大九天。隨后也有投資者就此事向華大九天提問，其也并未正面回復(fù)，并表示與國內(nèi)主要的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)和晶圓制造企業(yè)建立了良好的業(yè)務(wù)合作關(guān)系。
暫且不去探究雙方的合作關(guān)系，作為國產(chǎn)EDA工具的佼佼者，華大九天的技術(shù)突破無疑是半導(dǎo)體國產(chǎn)替代進(jìn)程的優(yōu)質(zhì)助推器。而一貫發(fā)力自研技術(shù)的華為此次選擇了與國內(nèi)廠商共同推進(jìn)EDA的國產(chǎn)替代，勢必將加速整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，于華為自身而言，也使其能夠在風(fēng)云變幻的國際形勢之下，在芯片設(shè)計(jì)方面保留海思團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢。
EDA憑什么是“芯片之母”
2018年算得上是中國科技發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。中興、華為先后被美國列入實(shí)體清單，臺(tái)積電等廠商將不再為華為等企業(yè)代加工芯片。中美科技領(lǐng)域的全面對(duì)抗正式被放到了臺(tái)面上。彼時(shí)，高端芯片不能自給、產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)缺失、關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化低等弊病使得中國半導(dǎo)體行業(yè)成為了此次中美對(duì)抗的阿喀琉斯之踵。
“缺芯少魂”的國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)自此開始了漫長的追趕，大批科技公司投身于半導(dǎo)體行業(yè)，我國芯片設(shè)計(jì)和代工領(lǐng)域也確實(shí)迎來了實(shí)質(zhì)性的突破，但卻有一項(xiàng)重要技術(shù)遲遲沒有迎來喜報(bào)，那就是被譽(yù)為“芯片之母”的EDA 軟件。2022年，EDA最終也成為了美方刺向中國半導(dǎo)體的又一把利刃——美國相關(guān)部門針對(duì)“設(shè)計(jì) GAAFET 架構(gòu)(全柵場效應(yīng)晶體管)的先進(jìn)芯片 EDA 軟件工具”的管制將自2022年8月15日起的60天后正式生效。
這一禁令當(dāng)時(shí)便引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，也再一次將EDA推向了大眾視野之中。
而EDA軟件上一次“出圈”恐怕還要追溯到2021年，當(dāng)年11月華中科大團(tuán)隊(duì)在EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)領(lǐng)域國際會(huì)議ICCAD 2021(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)國際會(huì)議)上的CAD Contest布局布線算法競賽中勇奪冠軍。
賽后，該團(tuán)隊(duì)導(dǎo)師呂志鵬的一段話道出了此次奪冠的含金量與重要意義：“我們深知，要想把科研成果寫在祖國大地上，絕不能停留在學(xué)術(shù)研究的表面，一定要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用并落地。我們希望借助研究所數(shù)十年的積累與傳承，一方面賦能中國企業(yè)解決EDA‘卡脖子’問題，另一方面為國家培養(yǎng)更多掌握核心技術(shù)的人才?！?/p>
誠然，作為貫穿集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)工具，EDA可謂是集成電路產(chǎn)業(yè)的咽喉，直接影響產(chǎn)品的性能和量產(chǎn)率。一方面，對(duì)于芯片設(shè)計(jì)而言，EDA以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)為橋梁，嫁接超大規(guī)模集成電路(VLSI)設(shè)計(jì)中所涉及的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理結(jié)構(gòu)(布線、布局和版圖)等流程的全制。另一方面，對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體生態(tài)而言，EDA作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展杠桿，將會(huì)孕育整個(gè)半導(dǎo)體后摩爾時(shí)代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。以摩爾定律為代表的物理極限被打破，使得配套的設(shè)計(jì)工具和軟件服務(wù)，決定了產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展路徑和天花板。
具體而言，工程師向EDA提供完成的HDL code(Hardware Description Language，硬件描述語言代碼)，EDA會(huì)根據(jù)邏輯閘設(shè)計(jì)圖的規(guī)格對(duì)該代碼進(jìn)行修改和調(diào)整，生成功能正確的電路圖，最后供給后端進(jìn)行布局模擬和電路制作，形成光罩，然后支持流片到成品。而除了幫助工程師提升芯片設(shè)計(jì)制造效率之外，EDA同樣能夠?qū)π酒髽I(yè)帶來重大效益上的提升。尤其是在集成電路高度復(fù)雜的今天——隨著半導(dǎo)體先進(jìn)制程從7nm不斷向5nm、3nm，甚至2nm以下邁進(jìn)，EDA能夠有效降低芯片設(shè)計(jì)的試錯(cuò)成本，避免企業(yè)真金白銀的損失。
但是，對(duì)于如此重要的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，我國明顯不具備優(yōu)勢。我國是從2008年起開始關(guān)注國內(nèi)EDA發(fā)展?fàn)顩r的，如今國內(nèi)已有超過50家EDA企業(yè)，市場份額近幾年也已從6%提升至11.5%，但剩下的近90%的市場則被美國Synopsys、美國Cadence和德國Siemens EDA三巨頭霸占。雖然EDA的市場規(guī)模并不算龐大，但其發(fā)揮的杠桿效應(yīng)卻十分顯著。根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)顯示，2020年EDA行業(yè)的全球市場規(guī)模剛剛超過100億美元，但卻撬動(dòng)著集成電路行業(yè)超過4000億美元的年產(chǎn)值。
所以，EDA在產(chǎn)業(yè)側(cè)對(duì)國內(nèi)半導(dǎo)體發(fā)展的制約，以及潛在的巨大商業(yè)價(jià)值都使得其成為了“兵家必爭之地”。
華大九天來頭不小
歷史上，EDA從誕生的第一天就進(jìn)入歐美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系被集中保護(hù)，建國初期的“巴統(tǒng)”禁運(yùn)(巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)對(duì)中國實(shí)行禁運(yùn)，國外EDA無法進(jìn)入中國)，直至1994年才取消，全球EDA產(chǎn)品得以全面進(jìn)入中國。而在這期間，中國歷史上第一款自研EDA工具“熊貓 ICCAD 系統(tǒng)”于1988年打破封鎖橫空出世。值得注意的是，華大九天公司初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)部分成員、包括創(chuàng)始人劉偉平都參與研發(fā)了“熊貓 ICCAD 系統(tǒng)”。
然而，在1994 年“巴統(tǒng)”解散后，海外成熟 EDA 隨著禁運(yùn)取消而涌入國內(nèi)市場，國產(chǎn)熊貓系統(tǒng)日漸式微，中國 EDA 產(chǎn)業(yè)陷入發(fā)展低谷。直到 2008 年，國務(wù)院通過了國家科技重大專項(xiàng)實(shí)施方案，EDA行業(yè)才迎來新生，華大九天便是第一批國產(chǎn)EDA企業(yè)之一。
2009 年華大集團(tuán) EDA 部門獨(dú)立出來正式成立了華大九天，而承載了熊貓系統(tǒng)的技術(shù)、EDA和IP方面的積累，多次增資、更換股東，大股東從華大集成電路轉(zhuǎn)移到了中國電子，都使得華大九天的實(shí)力日益鞏固：
模擬IC設(shè)計(jì)的全流程EDA系統(tǒng)國內(nèi)唯一，也是全球四大模擬設(shè)計(jì)全流程平臺(tái)，出貨量過百億，SKU達(dá)到數(shù)百款;
數(shù)字SoC設(shè)計(jì)優(yōu)化EDA，覆蓋國內(nèi)90%以上企業(yè)，已基本完成國產(chǎn)化替代;
晶圓制造專用工具，掩膜板處理軟件全球第一;
平板設(shè)計(jì)EDA全球唯一，國內(nèi)新建產(chǎn)線超過半數(shù)都采用該系統(tǒng)。
此外，在2022年7月29日，華大九天(301269)正式登陸A股市場，成為了國內(nèi)EDA第一股。
盡管以華大九天為首的國內(nèi)EDA企業(yè)一直在奮起直追，但我們與國際巨頭的差距難以忽視。華大九天董事長劉偉平指出，國內(nèi)EDA這幾年取得了長足的進(jìn)展，但是同國際廠商相比，仍存在不小的差距。國內(nèi)商業(yè)化的EDA工具覆蓋率只能達(dá)到70%左右，最大的問題是沒有完整的平臺(tái)和產(chǎn)品鏈，在全球市場的市占率也只占到2%。這幾年雖然涌現(xiàn)了很多企業(yè)，但是規(guī)模偏小，200人以上的企業(yè)目前只有7家，遠(yuǎn)不能同國際大廠相比。劉偉平也指出國內(nèi)EDA發(fā)展存中的幾點(diǎn)目標(biāo)差距，首先是對(duì)先進(jìn)工藝支持不足，其次是缺乏自己的標(biāo)準(zhǔn)和底座，第三是尚未在IP業(yè)務(wù)上進(jìn)行大規(guī)模布局，第四是產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同方式還不夠成熟。
面對(duì)先進(jìn)工藝的演進(jìn)以及AI浪潮的沖擊，劉偉平認(rèn)為當(dāng)代EDA有4大發(fā)展趨勢。首先，要跟上后摩爾時(shí)代的技術(shù)演進(jìn)步伐，包括先進(jìn)工藝(5/3/2nm)、新方法(先進(jìn)封裝、異構(gòu))、新材料(三代半);第二，新興應(yīng)用牽引，包括5G/IoT、汽車電子和硅光芯片;第三，AI技術(shù)的加持，包括AI提高EDA效率和EDA助力AI芯片設(shè)計(jì);第四，EDA云平臺(tái)的出現(xiàn)。面對(duì)這些技術(shù)發(fā)展趨勢，諸多技術(shù)挑戰(zhàn)也隨之而來，如AI與EDA的融合，系統(tǒng)、封裝和芯片的協(xié)同設(shè)計(jì)，海量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的處理，芯片安全、高性能仿真等，都是EDA行業(yè)需要在未來重點(diǎn)關(guān)注的。
誠然，無論是自保式的布局EDA，亦或華大九天等國內(nèi)企業(yè)的持續(xù)耕耘都將為我國半導(dǎo)體行業(yè)的自主可控在關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)上增強(qiáng)信心，個(gè)中挑戰(zhàn)也可想而知，但在如今的國際大形勢下，中國芯的背水一戰(zhàn)仍然不能松懈。
參考資料：
《EDA的中場戰(zhàn)事》，我思鍋我在
《又?jǐn)喙?美國對(duì)“芯片之母”EDA下手!如何戳中我們的“軟肋”?》，物聯(lián)網(wǎng)智庫
《靠不得盜版!國產(chǎn)EDA等待自我救贖》，物聯(lián)網(wǎng)智庫
《華為完成14nm以上EDA替代 更強(qiáng)的國產(chǎn)EDA來了：部分已支持5nm》，快科技
《華大九天研究報(bào)告：國產(chǎn)EDA龍頭的“勢”與“術(shù)”》，認(rèn)是
《華大九天劉偉平：國產(chǎn)商用EDA已實(shí)現(xiàn)70%覆蓋 還要克服四大差距》，集微網(wǎng)
