又?jǐn)喙棵绹鴮Α靶酒浮盓DA下手！如何戳中我們的“軟肋”？

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2022-08-05 15:10

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資料來源：芯智訊等

作者：今天星期四

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導(dǎo)讀

據(jù)外媒Protocaol報(bào)道稱，美國針對中國大陸企業(yè)在芯片設(shè)計(jì)與制造上的發(fā)展，現(xiàn)已有了新的“約束力”手段。美國政府已經(jīng)做好準(zhǔn)備，對用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體的特定類型EDA軟件實(shí)施新的出口限制。

毫無疑問，在美國對中國科技企業(yè)的打壓“工具包”中，“斷供”已經(jīng)成為最常態(tài)化的手段。昨日，據(jù)外媒Protocaol報(bào)道稱，美國針對中國大陸企業(yè)在芯片設(shè)計(jì)與制造上的發(fā)展，現(xiàn)已有了新的“約束力”手段。美國政府已經(jīng)做好準(zhǔn)備，對用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體的特定類型EDA軟件實(shí)施新的出口限制。

據(jù)知情人士稱，由于該軟件是涉及設(shè)計(jì)與制造最先進(jìn)的人工智能芯片至關(guān)重要的下一代技術(shù)，美國政府希望借此計(jì)劃阻止中國相關(guān)公司獲得該軟件，這是美國在與中國的“馬拉松式”科技長跑中的重要一招。值得一提的是，報(bào)道提到這些軟件是使用“Gate-all-around”（環(huán)繞柵極，GAA）新技術(shù)制造芯片所必需的，典型的應(yīng)用已經(jīng)在三星3nm芯片中得到證實(shí)。

報(bào)道還稱，此前數(shù)月，美國政府一直在權(quán)衡該禁令的可能性，但目前看來已是大概率事件。新的出口限制或在未來幾周內(nèi)實(shí)施，目前正在由管理和預(yù)算辦公室進(jìn)行審查，其實(shí)施細(xì)節(jié)同步敲定當(dāng)中。針對該消息，美國白宮和商務(wù)部尚未回復(fù)。

什么是EDA？

在半導(dǎo)體芯片行業(yè)，EDA屬于芯片設(shè)計(jì)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)計(jì)工具，被行業(yè)內(nèi)稱為“芯片之母”。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。

EDA是Electronic Design Automation的簡稱，中文名為“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”，是指以計(jì)算機(jī)為工具，融合圖形學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、微電子學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、材料學(xué)及人工智能等技術(shù)，輔助工程師自動(dòng)完成集成電路設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理結(jié)構(gòu)（布線、布局和版圖）等一系列流程的軟件設(shè)計(jì)工具。

在EDA出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)集成電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度低，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造工業(yè)仍較為原始和粗放。芯片的設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過手工完成設(shè)計(jì)和布線等基礎(chǔ)動(dòng)作，前沿的工程師會(huì)使用集合方法制造適用于電路光繪的專用膠帶（Photo plotter）便可滿足需求。

然而，隨著數(shù)據(jù)和計(jì)算量的激增，相較之前有限的晶體管布局和布線難度，現(xiàn)有的集成電路設(shè)計(jì)之復(fù)雜、規(guī)模之龐大、難度之艱巨，早已非單純的人力范圍所能及。這讓能夠自動(dòng)完成工程師設(shè)計(jì)，將程式碼轉(zhuǎn)化為實(shí)際電路設(shè)計(jì)的EDA孕育而生。

簡單來說，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。簡單舉個(gè)例子，流片作為集成電路設(shè)計(jì)制造過程中至關(guān)重要的一環(huán)，成功了意味著產(chǎn)品能夠快速投入市場，失敗了則意味著成百上千萬的資金就這樣打了水漂。而通過EDA，在集成電路高度復(fù)雜的今天，則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。

尤其是在半導(dǎo)體先進(jìn)制程從7nm不斷向5nm、3nm，甚至2nm以下邁進(jìn)，摩爾定律不斷逼近物理極限的今天，DEA軟件的作用可謂是重中之重。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道稱，此前美國已經(jīng)禁止向中國銷售10nm或更先進(jìn)芯片的EDA工具，如果此次禁令出臺，無疑會(huì)進(jìn)一步削弱國內(nèi)企業(yè)在利用GAA技術(shù)構(gòu)建芯片上的能力。

目前EDA仍是軟肋

EDA市場規(guī)模雖然并不算龐大，但發(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。重要的行業(yè)地位、潛在的巨大商業(yè)價(jià)值，也讓EDA成了業(yè)內(nèi)的“兵家必爭之地”

20世紀(jì)80-90年代后，EDA行業(yè)在經(jīng)過數(shù)輪的市場競爭、清洗和整合后，逐漸從“百家爭鳴”進(jìn)入到了“三足鼎立”時(shí)代。根據(jù)目前EDA軟件市場來看，Synopsys、Cadence和Siemens EDA（原Mentor Graphics）在全球EDA市場占據(jù)絕對領(lǐng)先的優(yōu)勢。

數(shù)據(jù)顯示，2019年，Synopsys在全球EDA市場上的份額為32%，2020年進(jìn)一步提升至32.14%；2019年，Cadence在全球EDA市場上的份額為22.24%，2020年進(jìn)一步提升至23.4%；2019年，Siemens EDA在全球EDA市場上的份額為10.3%%，2020年進(jìn)一步提升至14%%。

三家EDA軟件主要供應(yīng)商占據(jù)了全球市場60%-70%的份額，可見EDA市場格局頭部效應(yīng)十分明晰那。

而在中國大陸，EDA市場優(yōu)勢地位更為顯著。根據(jù)賽迪智庫數(shù)據(jù)顯示，2020年，Synopsys、Cadence和Siemens EDA三巨頭合集在國內(nèi)約占到市場的將近90%左右。相比之下，國產(chǎn)EDA廠商的份額只有可憐的11.5%。其中，國內(nèi)最大的EDA提供商華大九天占據(jù)了國內(nèi)EDA市場約6%的份額。

而且根據(jù)此前華大九天公布的招股書顯示，該公司除在電路仿真工具產(chǎn)品一項(xiàng)中支持最高量產(chǎn)工藝制程做到了最先進(jìn)的5nm，處于國際領(lǐng)先水平，其他包括原理圖編輯工具、版圖編輯工具、物理驗(yàn)證工具、寄生參數(shù)提取工具、可靠分析工具在內(nèi)的工具仍然停留在28nm制程階段，尚不能支持16nm及以下先進(jìn)工藝制程，與先進(jìn)工藝的同類領(lǐng)先工具仍存在一定差距。

另外，來自一份向美國證券交易委員會(huì)提交的季度文件顯示，Synopsys和Cadence第二財(cái)季中，分別各有17%和13%的收入來自于中國大陸。不過，這些文件中并沒有清楚指出Synopsys和Cadence的收入中，有多少是來源于用于GAA技術(shù)相關(guān)芯片的EDA軟件。

同時(shí)報(bào)道提到，目前Cadence和Siemens EDA尚未就該消息進(jìn)行表態(tài)，不過Synopsys的一位發(fā)言人表示，該公司將遵守美國的所有出口管制。

圍剿中的國產(chǎn)EDA

事實(shí)上，這并不能算作中國大陸第一次被EDA困住。早在1949年12月，成立僅一個(gè)月的“巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)”就對中國實(shí)行了禁運(yùn)，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，國外的EDA都無法進(jìn)入中國。

1986年7月，電子工業(yè)部執(zhí)行國家的決定，確定在北京、上海、無錫建立3個(gè)集成電路設(shè)計(jì)中心，并以北京為重點(diǎn)，先行一步。不久后的“七五”期間，IC CAD自主開發(fā)任務(wù)交給了北京集成電路設(shè)計(jì)中心牽頭，動(dòng)員全國17個(gè)單位、超120名專家（后增至300名），共同開發(fā)國產(chǎn)EDA。

最終歷經(jīng)3年時(shí)間，攻關(guān)組在1991年對外發(fā)布了新一代CAD系統(tǒng)的原型版本——熊貓系統(tǒng)。該系統(tǒng)的問世打破了國外EDA的長期封鎖，并在此后不斷完善，1995年更是進(jìn)入包括美國在內(nèi)的國際市場，擁有5家客戶，共20余套系統(tǒng)和工具出售。

不過好景不長，1994年，“巴統(tǒng)”禁令取消，EDA三巨頭紛紛涌入中國市場，以成熟的技術(shù)、低廉的價(jià)格、免費(fèi)贈(zèng)送等組合拳，快速收割著市場份額。

相比之下，上述三巨頭可謂優(yōu)勢盡顯。比如，無論是Synopsys、Cadence還是Siemens EDA，在其過往的發(fā)展中，通過大量的整合并購吸收和容納外部的實(shí)力，讓它們很快能夠在EDA市場上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。其次是當(dāng)?shù)卣龀忠沧屗鼈冊陂L期的發(fā)展中有著不斷的給養(yǎng)。比如Cadence，作為由SDA System和ECAD合并而來的EDA巨頭，憑借出色的班底被直接保送至全球前三。而除此之外，美國國防部對其長期的支持，也是Cadence一直處于行業(yè)巔峰的關(guān)鍵。

雖然現(xiàn)在來看，國際EDA巨頭的涌入讓中國的集成電路行業(yè)與世界進(jìn)一步接軌，誕生了如華為海思這樣的優(yōu)秀芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。但與此同時(shí)，國內(nèi)EDA的發(fā)展與在缺少養(yǎng)分和市場環(huán)境的情況下逐漸凋零。如今，伴隨著中美全方位的摩擦和對抗，國產(chǎn)EDA軟件實(shí)力不足的軟肋再次被現(xiàn)實(shí)揭開，無疑又為國產(chǎn)EDA的發(fā)展提供了重要發(fā)展機(jī)遇。

國產(chǎn)EDA發(fā)展正當(dāng)時(shí)

從政策來看，自2008年中國工信部啟動(dòng)“核高基”重大專項(xiàng)計(jì)劃起，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)得到了國家層面的大力扶持。在“十二五”和“十三五”期間，我國繼續(xù)發(fā)布了多項(xiàng)鼓勵(lì)政策，支持EDA技術(shù)的發(fā)展和突破。

尤其是在去年，國家及地方政府紛紛發(fā)布的“十四五”規(guī)劃當(dāng)中，大力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)工具（EDA）明確被寫在當(dāng)中，其中，上海、山東、江蘇、浙江、廣東等沿海地區(qū)皆為重點(diǎn)支持EDA發(fā)展的省/市。

在產(chǎn)業(yè)方面，國內(nèi)EDA企業(yè)也有如群星冉冉升起，并能夠在資本市場獲得青睞。比如華大九天，作為“熊貓系統(tǒng)”的繼承者，華大九天可以說是國產(chǎn)EDA的“國家隊(duì)”。雖然仍舊與國外EDA行業(yè)巨頭存在差距，但在某些方面還是值得稱贊的。

目前，華大九天已發(fā)展成為我國規(guī)模最大、技術(shù)最強(qiáng)的EDA龍頭企業(yè)。可以提供全流程數(shù)模混合信號芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)、SoC后端設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化解決方案、平板(FPD)全流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、IP以及面向晶圓制造企業(yè)的相關(guān)服務(wù)，其客戶覆蓋國內(nèi)眾多集成電路企業(yè)。

2021年，包括華大九天、概倫電子、國微思爾芯以及廣立微在內(nèi)的4家國產(chǎn)EDA企業(yè)，還紛紛登陸了資本市場。

在學(xué)術(shù)方面，去年底華中科技大學(xué)官方微信公眾號公布該校在11月4日結(jié)束的EDA領(lǐng)域國際會(huì)議ICCAD 2021上，華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院呂志鵬教授團(tuán)隊(duì)獲得了CAD Contest布局布線（Routing With Cell Movement Advanced）算法競賽的第一名，也讓人頗為驚喜。

在市場方面，在全球集成電路及EDA行業(yè)發(fā)展持續(xù)向好的情況下，我國集成電路產(chǎn)業(yè)保持高速增長的大背景下，我國2018年、2019年、2020年EDA行業(yè)總銷售額分別約為44.9億元、55.2億元和66.2億元，實(shí)現(xiàn)連續(xù)增長。其中，2020年我國自主EDA工具企業(yè)在本土市場營收約為7.6億元，同比增幅65.2%。

結(jié)尾

總而言之，美國新一輪的打壓禁令的大棒落下來后，從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來講，一定會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的陣痛，但與此同時(shí)，在國內(nèi)環(huán)境逐漸向好的情況下，也要對國產(chǎn)化保有一定的信心。因?yàn)橐粋€(gè)國家的強(qiáng)大，一定離不開每一個(gè)細(xì)節(jié)，而EDA這塊硬骨頭，我們當(dāng)然也啃得下。

參考資料：

1.華大九天首次公開發(fā)行股票并在創(chuàng)業(yè)板上市招股說明書

2.《EDA的中場戰(zhàn)事》，我思鍋我在

3.《EDA軟件：半導(dǎo)體行業(yè)的“七寸”（深度）》，計(jì)算機(jī)文藝復(fù)興

4.《EDA市場三足鼎立，國產(chǎn)EDA有何機(jī)會(huì)？》，全球半導(dǎo)體觀察

5.《EDA，國產(chǎn)芯片最薄弱一環(huán)》，賽博汽車

6.《傳美國將對華斷供GAA技術(shù)相關(guān)的EDA工具》，芯智訊