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国产EDA软件的痛点与挑战:全流程布局 AI、物联网新变量突围

2020/10/15    来源:金融界    作者:刘深      
关键字:EDA  AI  物联网  
如果将芯片比作子弹,那么EDA软件就是制造子弹的工具。纵观国内EDA行业,最关键的问题就是全流程产品布局的不足。

    当前,随着国际科技竞争愈演愈烈,半导体作为底层基础技术支撑,已经上升到国家战略高度。从目前国内半导体行业整体来看,芯片设计作为半导体产业最核心的基础,环节繁复精细,拥有着极高的技术壁垒,在虚拟仿真阶段,任何一个微小的错误都有可能造成芯片流片失败。此时,EDA软件就承载了决定成败的关键意义。

EDA软件有多重要?

    如果将芯片比作子弹,那么EDA软件就是制造子弹的工具。

    在芯片设计环节,EDA软件不仅可以将复杂的物理问题用数学模型高度精确化表述,在虚拟软件中重现芯片制造过程中的各种物理效应和问题,还能在确保逻辑功能正确的前提下,利用数学工具解决多目标多约束的最优化问题,求得特定半导体工艺条件下,性能、功耗、面积、电气特性、成本等的最优解。最重要的是,EDA可以验证模型一致性问题,确保芯片在多个设计环节的迭代中逻辑功能一致,不会因为微小的差异而导致前期所有工作付诸东流。

    加州大学一位教授曾测算:如果一颗系统SoC的设计费大约是4000万美元,在没有EDA技术进步的情况下,费用会达到77亿美元,EDA软件让设计费用降低了200倍。由此,EDA软件也被业界称之为“芯片之母”。

    但值得注意的是,目前EDA领域几乎已被Synopsys、Cadence、Mentor三大巨头公司垄断——赛迪顾问报告数据显示,2019年全球EDA市场为102.5亿美元,三大企业合计市场份额占比达到71%,国内EDA市场超过85%的份额也由三巨头占据,而中国EDA软件市场规模仅为约6亿美元,且产品具有明显差距,无法支持先进芯片企业的设计需求。

    目前来看,国产EDA工具在整个芯片设计的过程中贡献度非常小,在国际科技竞争加剧的背景下,芯片行业若想实现真正意义上的自主化,那么作为“芯片之母”的EDA软件,国产化替代势在必行。

国产EDA软件痛点在哪?

    纵观国内EDA行业,最关键的问题就是全流程产品布局的不足。EDA 软件要覆盖 IC 设计、布线、验证和仿真等所有方面,而国产 EDA 很多只涉及到其中的一部分环节。

    从目前已经崭露头角的头部EDA企业来看,大多专注于具体工具和点的突破,芯禾科技聚焦在仿真工具、集成无源器件IPD和系统级封装SiP微系统的研发,广立微电子在良率分析和工艺检测的测试机方面产品相对更有优势,蓝海微科技在PcellQA工具领域技术实力雄厚,而概伦电子则在SPICE建模工具及噪声测试系统方面处于领先地位。

    但单点优势对于芯片设计企业而言显然支撑力不足,紫光国微总工程师盛敬刚在参加由金融界主办的“软件和信息服务业:创新驱动高质量发展”专题研讨会时就谈到“从集成电路设计公司来讲,我们更希望能有一整套解决方案完整的解决从设计、验证到最后的测试。目前国产软件在这个方面还很难,而局部选择,带来的痛点就是时间长、整体价格高。”

    如今国内唯一一家拥有模拟IC设计全流程EDA系统的企业就是华大九天,其他DEA企业大多选择在模拟芯片、数字前端、数字后端、芯片制造等环节做分段布局,这是国产EDA软件所占市场份额较低的重要原因。

   不过在芯华章创始人、董事长兼CEO王礼宾看来,分段式布局是EDA公司发展初期的一个必经过程:“因为我们起步晚,我们必须得用这种互补的办法做差异化定位,尽可能减少无谓的重复投资。事实上,国际上三巨头此前也是专注于某一特定环节发展壮大起来的,比如,Cadence最早是做模拟芯片EDA起家的,Synopsys最早是做综合出身,它们都是专注做一个市场,然后不断整合市场,这也是EDA公司发展初期的一个必经过程。我相信中国EDA企业在发展到一定阶段之后,也会通过并购来整合市场,补齐产业链。”

国产EDA软件如何突围?

    实际上,随着美国新一轮技术限制的升级,反而推动了我国EDA软件产业的发展和破局。

    从市场来看,自去年起,投资机构加大了对国内的EDA企业的投资,芯和科技在去年11月接连获得张江火炬创投和浦东科创的两轮融资;广立微电子也在去年首次获得了中清正合科技创投与财通证券的天使轮融资;就在今年4月,概伦电子也完成了数亿元人民币的A轮融资,由兴橙资本和英特尔资本共同领投,在积极加强全球布局的同时,进一步发力面向中国半导体产业的EDA产品和解决方案。

    资本方面的支持将极大推动EDA行业的进一步发展,这本就是一个耗资巨大的领域,据国信证券统计,Synopsys 和Cadence两大巨头为了维持行业地位和紧跟技术发展,其研发费用占比分别高达 35%、40%。而回看国内EDA企业,在制造水平不强、先进工艺较差的基础上,想要实现对国际水准的追赶、国外EDA软件产品的替代,就更需要大量的资金投入,此时资本的支持就显得尤为重要。

    值得注意的是,实现对国际三大EDA巨头的追赶与替代是现阶段整个半导体行业的关注重点,而如何在追赶的同时通过新角度实现对EDA巨头的弯道超车,也是当下国产EDA企业需要思考起来的问题。

    赛迪顾问吕芃浩就曾表示,5G、人工智能、新能源汽车等新领域的出现,同时基于云计算、人工智能的EDA技术,可将我国EDA技术与国际差距大大缩小。

    诚然,随着人工智能、物联网等新科技的发展,AI芯片、IoT芯片大举兴起,这对现有EDA行业和芯片设计流程带来了新的挑战,但同时也为国产EDA公司带来了新的技术研究方向。以华大九天为例,为解决人工智能IC面临的并行算力和内存瓶颈问题,华大九天提供了一个基于异购计算的仿真产品ALPS-GT;为适应人工智能、区块链和汽车IC对定制基本单元库的高可靠性、高一致性等要求,华大九天带来了Qualib;为解决5G和物联网IC在超低功耗和MCMM下时序优化引来的一系列复杂问题,华大九天生产了XTop等一系列产品。

    在原有技术基础上实现国产化替代需要漫长的时间、资金与人力投入,而在追赶国际巨头的同时,巨头也在更高的基础上继续向前。此时,最好的追赶就是超越,基于新变量的突破,是拉近国际差距最好的方法,或许,AI、物联网等新变量,就将成为国产EDA企业突破三大巨头优势壁垒的新机会。

责任编辑:杨培
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