隨著美國(guó)對(duì)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的打壓逐步升級(jí)，卡脖子由芯片向著核心技術(shù)延伸，大家發(fā)現(xiàn)EDA軟件也是要補(bǔ)的短板,，發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件的呼聲很高,。EDA軟件雖然也是一種軟件，但開(kāi)發(fā)時(shí)要運(yùn)用大量半導(dǎo)體和微電子學(xué)知識(shí),，而且它的市場(chǎng)容量很有限，養(yǎng)不活大批EDA軟件公司。因此,，國(guó)產(chǎn)EDA軟件的開(kāi)發(fā)要科學(xué)規(guī)劃，要避免低水平競(jìng)爭(zhēng),，避免蜂擁而上,。

  集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性,、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè),。EDA軟件是芯片設(shè)計(jì)的必備工具，因而是芯片產(chǎn)業(yè)的重要基石之一,。雖然從商業(yè)角度看,，EDA軟件是研發(fā)難度大,、要持續(xù)一直更新和投入、凈利潤(rùn)率也不高的“苦逼”行業(yè),，但從重要性角度看,，它是一個(gè)“非常非常重要”的行業(yè)，能夠說(shuō)是重中之重,，需要政府格外的重視,、科學(xué)規(guī)劃和全力支持，加快國(guó)產(chǎn)EDA軟件行業(yè)發(fā)展勢(shì)在必行,。筆者從自身經(jīng)歷和對(duì)行業(yè)的觀察,，淺談對(duì)國(guó)產(chǎn)EDA軟件開(kāi)發(fā)的想法，并提出了6點(diǎn)發(fā)展建議,。

  EDA軟件就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronics Design Automation)軟件,。它是設(shè)計(jì)集成電路(芯片)的必備工具，因此也叫EDA工具,。設(shè)計(jì)人員在工作站上使用EDA軟件,，要把數(shù)十億(甚至上百億)個(gè)晶體管、存儲(chǔ)單元,、電阻,、電容等安排在1cm不到的硅片面積上，并連接成極其復(fù)雜的電路,，例如CPU,、SOC、Flash芯片等,，而且要保證設(shè)計(jì)萬(wàn)無(wú)一失后,，才能送到制造廠去加工。EDA軟件的任務(wù)流程一般來(lái)說(shuō)包括：1.硬件描述語(yǔ)言(HDL)輸入,；2.邏輯編譯,、簡(jiǎn)化和分割；3.電路綜合,、優(yōu)化,、布局和布線.電路仿線.生成制造數(shù)據(jù)。如果說(shuō)設(shè)計(jì)芯片很難,，那么設(shè)計(jì)EDA軟件就更難,。可以說(shuō),，沒(méi)有EDA軟件就沒(méi)有各種復(fù)雜芯片,，就沒(méi)有各式各樣的智能設(shè)備，因而就沒(méi)有了我們今天的工業(yè)信息化,、通信便利化,、生活智能化的社會(huì)。

  EDA軟件是從上世紀(jì)70年代開(kāi)始,，逐步從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD),、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)等技術(shù)演變而來(lái),，已有50多年的發(fā)展史,。它大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段(參考4)。

  是CAD時(shí)代(二十世紀(jì)七十到八十年代),。這一段時(shí)期的CAD基本功能是交互圖形編輯,，晶體管級(jí)布圖設(shè)計(jì)、布局布線,、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,，門(mén)級(jí)電路模擬和驗(yàn)證等。

  是EDA軟件走向商業(yè)化(九十年代),。這一階段,，硬件描述語(yǔ)言VHDL和Verilo生了，這為EDA軟件的商業(yè)化打下良好的基礎(chǔ),。隨著硬件描述語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化和芯片設(shè)計(jì)方法的持續(xù)不斷的發(fā)展,，推動(dòng)了EDA軟件的普及和發(fā)展。這一段時(shí)期EDA軟件的特征是高級(jí)語(yǔ)言描述,、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù),、以及正向（Top Down）設(shè)計(jì)方法成為主流。

  是EDA軟件進(jìn)入系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)階段(本世紀(jì)開(kāi)始),。這一時(shí)期在仿真驗(yàn)證和設(shè)計(jì)兩個(gè)層面,，支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言的EDA軟件的功能更強(qiáng)大，更大規(guī)模的可編程邏輯器件不斷推出,，系統(tǒng)級(jí),、行為級(jí)硬件描述語(yǔ)言趨于更加高效和簡(jiǎn)單，使更大規(guī)模的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)成為可能,。經(jīng)過(guò)最近三十年的市場(chǎng)博弈,，不斷兼并，強(qiáng)者恒強(qiáng),。全球EDA市場(chǎng)仍然由Synopsys,、Cadence和Mentor三家EDA廠商所壟斷，大的格局并沒(méi)有變化,。

  2018年可以看作人工智能(AI)的元年,，國(guó)際著名EDA廠商慢慢的開(kāi)始研發(fā)具有AI功能的EDA軟件，試圖在EDA軟件中應(yīng)用AI算法賦能芯片設(shè)計(jì),。今年3月12日,，Synopsys推出業(yè)界首個(gè)用于芯片設(shè)計(jì)的自主AI應(yīng)用程序DSO.AI(Design Space Optimization AI),，這是電子設(shè)計(jì)技術(shù)上所取得的重大突破。3月18日,，Cadence發(fā)布了經(jīng)過(guò)數(shù)百次先進(jìn)工藝流片驗(yàn)證的數(shù)字全流程新版軟件,，采用了支持機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）功能的布局布線和物理優(yōu)化引擎，吞吐量最高提升3倍,，功率,、性能和面積(PPA)最高提升20%，助力設(shè)計(jì)更卓越的芯片,。而Mentor的機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)OPC可以將光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)輸出預(yù)測(cè)精度提升到納米級(jí),，同時(shí)將執(zhí)行時(shí)間縮短3倍(參考5)。

  筆者80年代在航天部七七一所讀研的時(shí)候,，參與了沈緒榜院士主持的部管預(yù)研課題“智能硅編譯器”(Intelligent Silicon Compiler,，后文簡(jiǎn)稱(chēng)：ISC)的研究。課題內(nèi)容是研究怎么樣用自然語(yǔ)言描述要設(shè)計(jì)的芯片,，如何通過(guò)計(jì)算機(jī)把芯片描述一步步編譯,，最后生成制造芯片所需的芯片布圖(Layout)數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單地說(shuō),，ISC課題研究的是芯片的全自動(dòng)設(shè)計(jì)方法,，這是EDA的最高境界。即便今天看來(lái),，ISC的理想也是非常先進(jìn)和高遠(yuǎn),。目前，國(guó)外三家EDA廠商的EDA軟件還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)ISC的理想,，也就是說(shuō)還不能全自動(dòng)地設(shè)計(jì)芯片,。

  與ISC的理想相比較的線.硬件描述語(yǔ)言（HDL）比自然語(yǔ)言低級(jí)；2.設(shè)計(jì)流程中的一個(gè)個(gè)軟件工具是人工組織起來(lái)的,，不是ISC那樣自動(dòng)完成的,；3.芯片設(shè)計(jì)人員不但要熟練掌握EDA軟件，更要具備豐富的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),，而ISC對(duì)芯片設(shè)計(jì)人員的要求不高,。當(dāng)然，ISC是一個(gè)預(yù)研課題,，是一種方法論研究,。在當(dāng)時(shí)電腦配置極其低下(顯示分辨率640X480、主頻4Mhz,、內(nèi)存128KB,、硬盤(pán)20MB)的條件下，ISC是沒(méi)辦法真正開(kāi)發(fā)出來(lái)并商業(yè)化運(yùn)用。40年后的今天,，在電腦配置極其豪華的條件下,，全球最先進(jìn)的EDA軟件還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)ISC追求的目標(biāo)。筆者研究生論文的工作集中在ISC的組成結(jié)構(gòu),、專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng),、布圖描述語(yǔ)言,、人機(jī)圖形接口等方面,，并完成了芯片布圖的CIF格式和GDSII格式的互轉(zhuǎn)軟件，基于AutoCAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了坐標(biāo)紙上芯片布圖的數(shù)字化輸入軟件,。

  筆者算是國(guó)內(nèi)較早的IC CAD軟件開(kāi)發(fā)者和系統(tǒng)應(yīng)用者,。當(dāng)年七七一所購(gòu)置的國(guó)外的IC CAD系統(tǒng)，包括Computer Vision系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)：CV系統(tǒng))和阿波羅(Apollo)圖形工作站,。它們的基本功能是:坐標(biāo)紙上芯片布圖的數(shù)字化輸入,，用mSPICE軟件對(duì)器件參數(shù)進(jìn)行仿真，修改和檢查芯片布圖,，全芯片的布局和布線,，設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，大型繪圖機(jī)繪制芯片布圖等,。90年代初期在深圳使用過(guò)Tanner公司的芯片布圖編輯軟件L-EDIT,，已感受到EDA軟件進(jìn)步之神速。

  說(shuō)到要發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件,，行外人士倒是信心滿滿,，不就是設(shè)計(jì)個(gè)軟件嗎，但業(yè)內(nèi)人會(huì)皺皺眉頭說(shuō)“EDA軟件是個(gè)苦逼的行業(yè)”,。這么說(shuō)是有理由的,，作者覺(jué)得有以下幾方面的原因。

  1.EDA軟件開(kāi)發(fā)很難,，并且要一直更新開(kāi)發(fā),，不斷研發(fā)投入，是一個(gè)持續(xù)“高度燒腦”的行業(yè),。

  處理數(shù)十億(甚至上百億)個(gè)電路元件,，并把它們連接成理想功能的芯片。處理和連接的難度猶如把面積僅1cm的芯片放大25萬(wàn)倍后,，看到在半個(gè)深圳灣高新區(qū)的面積上,，用最窄5毫米的線條(多晶硅、氧化層,、外延層,、離子注入?yún)^(qū)、上下層過(guò)孔、鋁連線等)縱橫交織構(gòu)成一個(gè)“電路森林”,，這種縱橫交織有10～20層之多,。EDA軟件既要保證這種處理、連接,、縱橫交織完全不會(huì)出錯(cuò),，又要滿足電路參數(shù)、速度,、功能,、面積、功耗等約束條件,。所以,，由事難想到做事的工具之難，設(shè)計(jì)EDA軟件的難度可想而知,。另外,，一般軟件開(kāi)發(fā)完成后，基本能定型并大量銷(xiāo)售,，未來(lái)的維護(hù)只是在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤(Bug)后,，打個(gè)補(bǔ)丁或者更新一個(gè)版本。但是,，EDA軟件首先不能出現(xiàn)Bug,另外隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步(或者革命性變革),，EDA軟件都要隨著開(kāi)發(fā)升級(jí)版本(或者革命性新版本)，并且它的銷(xiāo)售數(shù)量非常有限,。因此,，大的研發(fā)投入和較少的銷(xiāo)售數(shù)量，決定了EDA軟件價(jià)格不菲,。

  圖4. 1cm的芯片放大25萬(wàn)倍后,，能夠正常的看到在半個(gè)深圳灣高新區(qū)的面積上，布滿了最窄5毫米的線條縱橫交織構(gòu)成的“電路森林”,，縱向堆疊多達(dá)10～20層之多,。

  2.人才培養(yǎng)難度較大，人才緊缺,，薪水較高,，EDA軟件是一個(gè)真正的高技術(shù)行業(yè)。

  EDA軟件開(kāi)發(fā)不同于一般軟件開(kāi)發(fā),，它交叉在軟件工程學(xué),、半導(dǎo)體和微電子學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域之間。目前高校還沒(méi)有這樣二合一的學(xué)科設(shè)置,，既要學(xué)軟件專(zhuān)業(yè),，又要學(xué)半導(dǎo)體和微電子專(zhuān)業(yè),。目前從業(yè)者可以是工作中半路轉(zhuǎn)行，惡補(bǔ)另外一個(gè)學(xué)科的知識(shí),；也可以是兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的人配合工作,，各取所長(zhǎng)。筆者專(zhuān)業(yè)是計(jì)算機(jī)硬件兼顧軟件工程,，讀研時(shí)學(xué)了超大規(guī)模集成電路與半導(dǎo)體工藝課程,，所以對(duì)EDA軟件開(kāi)發(fā)有一定了解。但是,，如果是學(xué)半導(dǎo)體和微電子專(zhuān)業(yè)的人,，工作中轉(zhuǎn)向從事EDA軟件編程，要掌握軟件工程的知識(shí)難度較大,。目前EDA軟件人才緊缺,，資深高級(jí)人才更缺，需要國(guó)家有計(jì)劃地在高校中定向培養(yǎng),。

  平均每年每家購(gòu)買(mǎi)100萬(wàn)元的國(guó)產(chǎn)EDA軟件（國(guó)外EDA軟件另當(dāng)別論），則國(guó)產(chǎn)EDA軟件市場(chǎng)容量為10億多元,。假如每家購(gòu)買(mǎi)500萬(wàn)元,，則國(guó)產(chǎn)EDA軟件市場(chǎng)容量也僅50億元的規(guī)模。再來(lái)看看國(guó)外三家龍頭EDA廠商的情況,。根據(jù)股票市場(chǎng)的公開(kāi)信息,，2019年，三家EDA軟件公司的總收入合計(jì)不超過(guò)80億美元,，估計(jì)全球EDA軟件市場(chǎng)規(guī)模不超過(guò)100億美元,。2019年Synopsys和Cadence的總收入分別是33.61億美元和23.36億美元，凈利潤(rùn)分別為5.324億美元和9.89億美元,，凈利潤(rùn)率分別是15.8%和42.3%,。從歷年的情況能夠準(zhǔn)確的看出，EDA軟件行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)小幅平穩(wěn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),，難有爆發(fā)式增長(zhǎng)的情形,，凈利潤(rùn)率基本在10%～15%之間變化。所以說(shuō)EDA軟件行業(yè)是一個(gè)高投入,、凈利潤(rùn)率不高的行業(yè),。

  圖5.Synopsys和Cadence近5年的凈利潤(rùn)率變動(dòng)情況（來(lái)源：根據(jù)公開(kāi)資料整理）

  去年5月16日，美國(guó)商務(wù)部以國(guó)家安全為由把華為納入實(shí)體清單,。過(guò)后Synopsys,、Cadence和Mentor三家EDA軟件廠商相繼宣布與華為終止合作。很佩服華為具有先見(jiàn)之明,，之前已購(gòu)買(mǎi)了部分EDA軟件的永久許可(Licence),，今后雖然得不到原廠技術(shù)上的支持和最新升級(jí)，但可以維持一年半載，爭(zhēng)取時(shí)間另求生機(jī),。相比芯片和元器件斷供,，EDA軟件斷供對(duì)華為的打擊更大。意味著假如沒(méi)有國(guó)外最新EDA軟件支持,，華為將無(wú)法設(shè)計(jì)新的高性能芯片,，包括手機(jī)芯片、服務(wù)器芯片,、人工智能芯片等,，原來(lái)的“備胎芯片團(tuán)隊(duì)”也將無(wú)法做事。

  設(shè)備,、原材料和工藝技術(shù)是“卡”在我們芯片產(chǎn)業(yè)“脖子”上的四只手,。正如美國(guó)警察肖萬(wàn)非法“鎖喉”弗洛伊德一樣，任何一只手發(fā)力都讓我們的芯片產(chǎn)業(yè)“無(wú)法呼吸,！”,。因此，發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件再苦再難,，這個(gè)事關(guān)我們信息技術(shù)(IT)產(chǎn)業(yè)安危的短板必須補(bǔ)上,。目前，國(guó)內(nèi)EDA軟件廠商有華大九天,、廣立微,、概倫電子、芯禾科技等近十家公司,，并且近幾年都加大了研發(fā)投入,，但還難以與國(guó)外先進(jìn)EDA軟件相提并論。現(xiàn)實(shí)情況是,，1.

  2.有國(guó)外先進(jìn)EDA軟件可用情況下,，國(guó)產(chǎn)EDA軟件認(rèn)可度很低，從研發(fā),、使用,、反饋、提升的“正反饋”鏈條難以形成,，產(chǎn)品快速迭代和競(jìng)爭(zhēng)力提升沒(méi)辦法完成,，制約了國(guó)產(chǎn)EDA軟件的成熟。所以有個(gè)奇怪的說(shuō)法,，國(guó)外EDA軟件禁止之時(shí)將是國(guó)產(chǎn)EDA軟件行業(yè)的春天,。3.EDA軟件人才緊缺，需要國(guó)家有計(jì)劃地定向培養(yǎng),。五,、發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件的建議

  根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外EDA軟件行業(yè)的了解,，結(jié)合我們芯片產(chǎn)業(yè)補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)的真實(shí)的情況,，筆者對(duì)發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件有一些粗淺的想法,，并高度關(guān)注4個(gè)問(wèn)題。難度較大,，要正確面對(duì),；避免無(wú)序，要頂層設(shè)計(jì),；配合重要,，要規(guī)范當(dāng)先；市場(chǎng)有限,，要避免盲從,。以下是筆者對(duì)發(fā)展國(guó)產(chǎn)EDA軟件的建議。

  功能模塊規(guī)范,、數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范,、數(shù)據(jù)交換接口規(guī)范、用戶交互界面規(guī)范等,。避免遍地開(kāi)花,、無(wú)序開(kāi)發(fā)、軟件工具之間不能協(xié)同,、低層次競(jìng)爭(zhēng)等情況出現(xiàn)，避免造成寶貴的時(shí)間和資源浪費(fèi),。3.上云架構(gòu)：

  云下架構(gòu)外,，考慮增加基于超算平臺(tái)和云平臺(tái)的國(guó)產(chǎn)EDA軟件的云上架構(gòu)，二種總體架構(gòu)并列考慮,，開(kāi)發(fā)者同時(shí)研發(fā)兩個(gè)版本的EDA軟件,。目前國(guó)外EDA軟件還未普及云上模式。國(guó)產(chǎn)EDA軟件最好能以云服務(wù)的形式向IC企業(yè),、高校師生,、甚至系統(tǒng)公司可以提供服務(wù)，便于國(guó)產(chǎn)EDA軟件普及,。4.應(yīng)用AI技術(shù)：

  EDA軟件的研發(fā)投入很大,，需要長(zhǎng)期的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累，而且即使有了產(chǎn)品上市,，今后還要跟隨芯片技術(shù)進(jìn)步而不斷投入升級(jí)研發(fā),。所以，EDA軟件行業(yè)是個(gè)十分艱苦的行業(yè),。同時(shí),，EDA軟件市場(chǎng)十分有限,，凈利潤(rùn)率也不高，不能養(yǎng)活太多公司,。所以,，EDA軟件雖然處在補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)的風(fēng)口上,，還請(qǐng)那些沒(méi)有思想準(zhǔn)備,、準(zhǔn)備炒概念、想賺快錢(qián),、想拿政府資助的企業(yè)繞道吧,，避免轟轟烈烈過(guò)后一地雞毛。希望把機(jī)會(huì)留給那些對(duì)EDA行業(yè)有深刻了解,，有技術(shù)積累,，有報(bào)國(guó)情懷的企業(yè)家們，讓他們的資產(chǎn)金額的投入和辛勤勞動(dòng)獲得更多回報(bào),，讓國(guó)產(chǎn)EDA軟件的短板補(bǔ)齊,，支持芯片行業(yè)健康發(fā)展。

  *免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng),。文章的主要內(nèi)容系作者本人觀點(diǎn),，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持,，如果有任何異議,，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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