تولیدکنندگان قدرتمند تراشه به رهبری ایالات متحده، به تراشه‌های پیشرفته صادراتی به چین «متصل» شده‌اند. در حالی که افراد بیشتری از اهمیت کنترل مستقل تراشه‌های پیشرفته داخلی آگاه هستند، نقش کلیدی ابزارهای کوچک و پیشرفته EDA (اتوماسیون طراحی الکترونیکی) در زنجیره صنعت تراشه نیز مورد توجه قرار گرفته است.

پیوندهای طراحی تراشه بسیار ظریف و پیچیده هستند. ابزارهای EDA نقش بسیار مهمی در بهبود کارایی طراحی تراشه، بهینه‌سازی طراحی تراشه و تضمین عملکرد تراشه ایفا می‌کنند. در حال حاضر، سه شرکت بزرگ EDA آمریکایی (Synopsys، Cadence و Mentor) بیش از 60 درصد از بازار جهانی EDA را تشکیل می‌دهند و اکثر شرکت‌های طراحی تراشه به ابزارهای EDA از این سه غول نیاز دارند. بنابراین، ایالات متحده می‌تواند به راحتی با استفاده از EDA صنعت تراشه چین را خفه کند.

EDA داخلی با نرخ بومی‌سازی تنها حدود ۱۰٪ با موانع فنی و تجاری سه غول EDA که ۲۰ تا ۳۰ سال است توسعه یافته‌اند، روبرو است. این صنعت با چالش‌های بزرگی برای افزایش بیشتر نرخ بومی‌سازی روبرو است. خوشبختانه، روند متن‌باز و پیشرفت‌های چشمگیر در هوش مصنوعی و فناوری ابری، فرصتی بی‌نظیر در قرن حاضر برای تغییر مسیر و سبقت گرفتن به EDA داخلی داده است.

۱. نرخ بومی‌سازی EDA حدود ۱۰٪ است و پیشرفت‌ها با تنگناهایی روبرو هستند.

EDA در بالادست کل زنجیره صنعت تراشه قرار دارد و با اندازه کوچک و دقت بالای خود شناخته می‌شود. طبق آمار اولیه شرکت تحقیقات بازار و مشاوره گارتنر در ژانویه امسال، درآمد جهانی نیمه‌هادی‌ها در سال ۲۰۲۰ به ۴۴۹.۸ میلیارد دلار آمریکا رسید که نسبت به سال ۲۰۱۹، ۷.۳ درصد افزایش یافته است.

لو پنگهائو، تحلیلگر ارشد CCID Consulting، تنها با نگاهی به بازار EDA، سال گذشته داده‌هایی ارائه داد مبنی بر اینکه اندازه بازار جهانی EDA در سال ۲۰۱۹، ۱۰.۲۵ میلیارد دلار آمریکا بوده است. اندازه بازار EDA چین تقریباً ۵۸۰ میلیون دلار آمریکا بود که ۵.۶٪ از بازار جهانی را تشکیل می‌دهد. کل درآمد تولیدکنندگان داخلی EDA کمتر از ۴۲۰ میلیون یوان بود که تنها ۰.۶٪ از سهم بازار جهانی را تشکیل می‌دهد و نرخ بومی‌سازی تنها حدود ۱۰٪ بوده است.

«هوادا جیوتیان بیشترین سهم را در نرخ بومی‌سازی، حدود ۱۰٪، دارد. از آنجا که بسیاری از شرکت‌های داخلی EDA عمدتاً بر ابزارهای نقطه فروش تمرکز دارند، هوادا جیوتیان مجموعه کاملی از ابزارها برای تراشه‌های آنالوگ دارد، بنابراین شناخت بازار بالاتر است.» لو پنگهائو به Lei Feng.com گفت: «علاوه بر پیشرفت EDA داخلی در زمینه تراشه‌های آنالوگ، برخی از ابزارهای گروه گووی و گولون الکترونیکس نیز به سطح پیشرو بین‌المللی رسیده‌اند. شرکت‌هایی که توسط شینهواژانگ نمایندگی می‌شوند، برخی از ابزارهای EDA خود را به صورت متن‌باز توسعه داده‌اند و به پیشرفت‌های خاصی دست یافته‌اند.»

لو پنگهائو معتقد است که عبور از نرخ بومی‌سازی ۱۰ درصدی EDA دشوار است و وارد یک دوره تنگنا شده است. دو دلیل اصلی وجود دارد. از یک طرف، اگرچه ۲۲۱۸ شرکت طراحی مدار مجتمع در چین وجود دارد، اما تنها بیش از ۲۰۰ شرکت با درآمد بیش از ۱۰۰ میلیون دلار وجود دارد. صرف نظر از سطح فنی یا مالی، اکثر شرکت‌های طراحی تراشه چینی ممکن است از نرم‌افزار اصلی استفاده نکنند و رشد بازار محدود است.

از سوی دیگر، EDA داخلی هنوز فرآیند کامل ابزارهای طراحی تراشه دیجیتال را درک نکرده است. شرکت‌های طراحی تراشه داخلی با درآمد بیش از ۱۰۰ میلیون دلار همچنان محصولات EDA سه غول را در اولویت قرار خواهند داد.

به عبارت دیگر، بازار داخلی EDA رشد افزایشی محدودی دارد و رقابت شدیدی در بازار موجود وجود دارد. لو پنگهائو معتقد است که "برای افزایش بیشتر نرخ بومی‌سازی EDA، کل فرآیند دیجیتال باید محقق شود. پس از تحقق کل فرآیند، یک دوره شیوع سریع آغاز می‌شود. سپس، بوم‌شناسی باید بهبود یابد."

دی ژیشیونگ، معاون مدیر گروه مهندسی الکترونیک، دانشکده اطلاعات، دانشگاه جنوب غربی جیائوتونگ، نیز معتقد است که سخت‌ترین مشکل شرکت‌های داخلی EDA، بقا و سپس مسائل زیست‌محیطی است. دی ژیشیونگ گفت: «شرکت‌های داخلی EDA برای حل مشکلات بقای خود باید اعتماد شرکت‌های طراحی تراشه و ریخته‌گری ویفر را جلب کنند.»

«در شرایط بین‌المللی فعلی، اکثر شرکت‌های طراحی تراشه از اهمیت EDA قابل کنترل آگاه هستند. این پیش‌نیاز EDA داخلی برای پذیرش است.»

وانگ لیبین، که بیش از 20 سال تجربه در توسعه فناوری و مدیریت عملیات شرکت‌های پیشرو بین‌المللی EDA دارد و Xinhuazhang را در سال 2020 تأسیس کرد، به Lei Feng.com گفت: «در گذشته، شرکت‌های زیادی در چین EDA انجام نمی‌دادند و آنها عمدتاً ابزارهای تک نقطه‌ای می‌ساختند. اکنون EDA توجه ملی را به خود جلب کرده است و فضای بازار زیادی وجود دارد، بنابراین شرکت‌های EDA امیدوارند کامل‌تر شوند، اما حریص بودن برای بزرگی و کمال توصیه نمی‌شود.»

تغییرات در وضعیت بین‌المللی، صنعت تراشه چین را مجبور کرده است تا مسیر خود را پیدا کند و EDA داخلی نیز فرصتی عالی - EDA متن‌باز - را به وجود آورده است.

۲. متن‌باز، EDA داخلی را قادر می‌سازد تا از فناوری‌های غول‌پیکر عبور کند.

فرصت عالی و موانع تجاری

فناوری متن‌باز سال‌هاست که در حال توسعه است و توسعه‌ی شدید نرم‌افزارهای متن‌باز، کلید پیاده‌سازی سریع و کم‌هزینه‌ی نرم‌افزارهای فعلی است. لینوکس، گنو، اندروید و چارچوب‌های مختلف هوش مصنوعی متن‌باز اغلب می‌توانند تأثیر انقلابی داشته باشند. امروزه، متن‌باز EDA نیز به سرعت در حال پیشرفت است.

در سال ۲۰۱۸، آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA) دو پروژه جدید، IDEA (طراحی هوشمند دارایی‌های الکترونیکی) و POSH (سخت‌افزار متن‌باز Posh) را پیشنهاد داد.

دی ژیشیونگ معتقد است دلیل این امر این است: «چرخه تحقیق و توسعه تراشه‌ها حداقل یک یا دو سال است، هزینه بسیار بالاست و آستانه فنی نیز بسیار بالاست که به طور جدی مانع نوآوری در زمینه طراحی تراشه می‌شود. این دو پروژه، فرآیند طراحی تراشه را از دو بعد IP و EDA کوتاه می‌کنند و در زمان تحقیق و توسعه صرفه‌جویی می‌کنند. من فکر می‌کنم از مجموعه دستورالعمل‌های RISC-V گرفته تا POSH و IDEA، این در واقع یک اکوسیستم متن‌باز است که می‌تواند به طور مشترک رونق صنعت تراشه را ارتقا دهد.»

آمارهای مربوطه نشان می‌دهد که از طریق اجرای دو پروژه متن‌باز IDEA/POSH، تعداد EDAهای متن‌باز موجود تقریباً دو برابر شده است.

وانگ لیبین معتقد است: «وضعیت فعلی صنعت ابزار داخلی EDA این است که موانع ورود به فناوری زیاد است و کمبود معلم و دوره از نظر استعداد وجود دارد. متن‌باز می‌تواند موانع فنی و تجاری را از بین ببرد، تخصیص منابع علمی و فناوری را یکپارچه و بهینه کند، نوآوری را به طور مؤثر تحریک و تسریع کند و به سرعت یک اکوسیستم طراحی مدار مجتمع داخلی بسازد.»

بنابراین، آیا EDA متن‌باز می‌تواند به صنعت داخلی EDA کمک کند تا به سرعت فرآیند دیجیتال کامل را تحقق بخشد؟ وانگ لیبین گفت: «من فکر می‌کنم این به جهت‌گیری فناوری و سرمایه‌گذاری منابع بستگی دارد. شینهواژانگ یک ایده سیستماتیک دارد، اما به دلیل افزایش سرمایه‌گذاری، این امر دشوارتر و دشوارتر خواهد شد. همچنین باید توجه داشت که EDAهای مختلف شامل پیوندهای مختلف، دشواری متن‌باز و تأثیر ارتقای زیست‌محیطی است که متن‌باز می‌تواند به همراه داشته باشد.»

دی ژیشیونگ از دیدگاه فنی تحلیل کرد که اگر ابزارهای نقطه‌ای متن‌باز رابط کاربری یکپارچه‌ای نداشته باشند، اتصال ابزارهای نقطه‌ای به یکدیگر دشوار خواهد بود. علاوه بر این، اکثر ابزارهای EDA تک نقطه‌ای متن‌باز موجود با tape-out تجاری تأیید نشده‌اند. در عین حال، ابزارهای EDA برای طراحی تراشه آنالوگ و پیاده‌سازی فیزیکی تراشه دیجیتال به طور خاص به کتابخانه‌های فرآیند متن‌باز و پشتیبانی از PDK نیاز دارند.

لو پنگهائو خاطرنشان کرد که متن‌باز راهی برای EDA داخلی است تا کل فرآیند دیجیتال را تحقق بخشد، اما اکنون همه در مرحله اولیه هستند. با انباشت، تحقق کل فرآیند سریع‌تر خواهد بود.

در این صورت، چرا هنوز می‌گویید که متن‌باز فرصتی عالی برای EDA داخلی است؟ اگرچه متن‌باز EDA نمی‌تواند به صنعت EDA داخلی اجازه دهد تا کاستی‌های خود را در کوتاه‌مدت جبران کند، اما می‌تواند کمبود استعداد در توسعه EDA داخلی را از منبع حل کند. این یک اجماع صنعتی است که استعدادهای سطح بالا بزرگترین چالش برای توسعه صنعت مدار مجتمع داخلی، به ویژه برای صنعت کوچک و پیشرفته EDA، هستند.

دی ژیشیونگ گفت: «در سیستم آموزشی داخلی، معلمان EDA عموماً به رشته‌های میکروالکترونیک یا کامپیوتر تعلق دارند. فرقی نمی‌کند در کدام رشته باشند، EDA جایگاه ویژه‌ای دارد. مدارس بسیار کمی در چین وجود دارند که می‌توانند دوره‌های EDA ارائه دهند. کمبود مواد آموزشی EDA وجود دارد و همچنین تعداد بسیار کمی از دانش‌آموزان به EDA علاقه‌مند هستند.»

«با EDA متن‌باز، اول از همه، مواردی وجود دارد که می‌تواند پشتیبانی بهتری برای دوره‌های نظری و دوره‌های تجربی فراهم کند. علاوه بر این، می‌تواند به دانشجویان اجازه دهد الگوریتم‌های داخلی EDA را درک کنند. علاوه بر این، EDA متن‌باز نیازی به خرید ابزارهای تجاری گران‌قیمت ندارد. علاوه بر این، مدارهای مجتمع به یک موضوع سطح اول ارتقا یافته‌اند. با این پشتیبانی‌ها، فکر می‌کنم مفید خواهد بود که دوره‌های EDA را باز کنیم و شروع به انتشار کتاب‌های درسی کنیم.»

EDA متن‌باز همچنین تأثیر مثبتی بر تحقیقات مرتبط خواهد داشت. گزارش شده است که بسیاری از مقالات محققان بر اساس EDA متن‌باز است، اما EDA متن‌باز اغلب پس از خریداری شدن، به منبع بسته تبدیل می‌شود. "اگر EDA متن‌باز بتواند محیط‌ها و فرآیندهای EDA نسبتاً کاملی را در اختیار شما قرار دهد، می‌توانید یک مدل مرجع معیار داشته باشید که می‌تواند اثربخشی الگوریتم یا مدل را تأیید کند. بنابراین، چه تحقیق علمی باشد و چه آموزش، فوریت EDA متن‌باز بسیار زیاد است."

EDA متن‌باز نه تنها می‌تواند دشواری آموزش استعدادها در مدارس را کاهش دهد، بلکه افراد بیشتری را برای پیوستن به صنعت EDA جذب کرده و نوآوری را تسریع می‌کند. وانگ لیبین گفت: "EDA یک موضوع میان‌رشته‌ای است که کامپیوتر، نرم‌افزار و مدارهای مجتمع را در بر می‌گیرد. متن‌باز معادل ارائه یک نسخه اصلی از یک محصول است که آستانه تحقیق و توسعه را کاهش می‌دهد. همچنین می‌تواند نوآوری را در مؤسسات تحقیقات علمی، دانشگاه‌ها، شرکت‌ها و علاقه‌مندان تحریک و تسریع کند، تخصیص منابع را بهینه کند و بسیاری از استعدادهای EDA را از طریق عمل به متن‌باز پرورش دهد."

وانگ لیبین در ادامه خاطرنشان کرد: «وقتی صنعت به محصولات متن‌باز بهتری دست یابد، فراوانی و وسعت استفاده از نرم‌افزار متن‌باز EDA افزایش خواهد یافت. چنین برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ، داده‌های آزمایشی بیشتری را برای EDA متن‌باز فراهم می‌کنند، توسعه و نوآوری ابزارهای متن‌باز EDA را بیشتر تسریع می‌کنند و در نهایت یک اکوسیستم متن‌باز EDA با بازخورد مثبت تشکیل می‌دهند.»

شرکت‌های داخلی EDA نه تنها از فرصت EDA متن‌باز استفاده می‌کنند، بلکه از فناوری‌های جدیدی مانند هوش مصنوعی و رایانش ابری برای تغییر مسیر و سبقت گرفتن نیز استفاده می‌کنند.

۳. EDA داخلی برای سبقت گرفتن، لاین خود را تغییر می‌دهد.

شینهواژانگ، به عنوان پیشگام EDA متن‌باز، اولین انجمن فناوری EDA متن‌باز چین، EDAGit، را در سپتامبر 2020 راه‌اندازی کرد و دو ابزار EDA را متن‌باز کرد. وانگ لیبین گفت که در حال حاضر، شرکت‌های تراشه انرژی زیادی را در یک پروژه تراشه برای تأیید سرمایه‌گذاری می‌کنند، زیرا ضررهای ناشی از خرابی تراشه می‌تواند از هدر رفتن صدها میلیون یوان در هزینه‌های تولید یک‌باره تا تأثیر بر زمان عرضه محصول به بازار یا اعتبار شرکت باشد که منجر به از دست دادن مشتریان می‌شود و ممکن است ضربه مهلکی به همراه داشته باشد. بنابراین، تأیید، به ویژه تأیید سخت‌افزار، یکی از نکات مهم پیروزی برای رهبری فناوری است.

دو ابزار EDA که Xinhuazhang متن‌باز کرده است، هر دو مربوط به تأیید صحت هستند. EpicSim یک ابزار شبیه‌سازی متن‌باز پیشرفته و نوآورانه است که بر اساس روش‌شناسی کلاسیک EDA ساخته شده است. شبیه‌ساز ضروری‌ترین بخش تأیید صحت عملکردی است. یکی دیگر از ابزارهای متن‌باز، تأیید صحت صوری «اثربخشی» است. مزیت تأیید صحت صوری، تأیید کامل و جامع آن است. نیازی به ساخت محیط پیچیده ندارد و از راندمان همگرایی طراحی بالایی برخوردار است. برای تأیید صحت اولیه ماژول مناسب است.

فرآیند شبیه‌ساز دیجیتال

وانگ لیبین گفت: «حوزه تأیید دیجیتالی که شینهواژانگ بر آن تمرکز دارد، ارتباط مستقیم و نزدیکی با کارخانه‌های تولید ویفر و فرآیندهای پیشرفته ندارد. بنابراین، برای ما، کلید پیشرفت‌های فناوری در استعدادها نهفته است. برای طرح‌بندی و سیم‌کشی کارخانه‌های تولید ویفر و بک‌اند، باید امکان استفاده از محصولات متن‌باز را در گره‌های مختلف فرآیند فراهم کنیم.»

«ابزارهای متن‌باز EDA ما می‌توانند در تأیید اولیه پروژه‌های تراشه و در آموزش مدارس به خوبی مورد استفاده قرار گیرند. ما امیدواریم که بتوانیم الهام‌بخش ادغام و بهینه‌سازی منابع باشیم، به طوری که هم طراحان تراشه و هم توسعه‌دهندگان ابزار EDA بتوانند از ابزارهای متن‌باز EDA شینهواژانگ استفاده کنند. این امر به سرعت یک اکوسیستم فناوری جدید را تشکیل می‌دهد، نشاط نوآورانه این دو گروه از افراد را تحریک می‌کند، به پیشرفت‌هایی در موانع فنی و تجاری EDA دست می‌یابد و کارایی کلی زنجیره نوآوری مدار مجتمع را بهبود می‌بخشد.»

دی ژیشیونگ گفت: «ابزارهای تأیید دیجیتال شینهواژانگ از صفر به موفقیت چشمگیری در چین دست یافته‌اند و EDA تأیید رسمی متن‌باز «EpicFV» آن نیز اولین در جهان است. فروش ابزارهای تأیید حدود 30 درصد از کل فروش ابزارهای EDA را تشکیل می‌دهد که تقاضای زیادی دارد و ارزش بازار بالایی دارد.»

Lei Feng.com متوجه شد که ابزار EpicSim شرکت Xinhuazhang توسط شرکت‌های طراحی تراشه تجاری به کار گرفته شده است و همچنین به هدف دو برابر کردن سرعت شبیه‌سازی در طراحی‌های واقعی دست یافته است.

لو پنگهائو گفت: «پیروی از مسیر متن‌باز قطعاً راه بسیار خوبی برای بومی‌سازی EDA است.»

علاوه بر متن‌باز، فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند هوش مصنوعی و رایانش ابری نیز می‌توانند به EDA داخلی کمک کنند تا مسیر خود را تغییر داده و پیشی بگیرد. وانگ لیبین معتقد است: «غول‌های EDA خارجی دهه‌هاست که در حال توسعه هستند. اگر از روش‌ها و ساختارهای سنتی استفاده کنیم، قطعاً سال‌های زیادی طول خواهد کشید تا به غول‌ها برسیم. اما فناوری‌ها و ساختارهای جدید می‌توانند به ما این امکان را بدهند که از یک خط شروع جدید شروع کنیم و ابزارهای EDA پیشرفته‌تری را بدون استفاده از روش‌های قبلی توسعه دهیم.»

برای مثال، فناوری LLVM که توسط Xinhuazhang استفاده می‌شود. ابزارهای سنتی EDA فقط از سرورهای معماری x86 پشتیبانی می‌کنند. اگر قرار باشد روی سرورهای معماری ARM یا RISC-V اعمال شود، زمان زیادی برای پیوند صرف خواهد شد. استفاده از معماری LLVM می‌تواند به راحتی از همان ابتدا از معماری‌های مختلف پشتیبانی کند و نیاز به پیوند بعدی را از بین ببرد و امکان تغییر خط و سبقت گرفتن را فراهم کند.

در مورد نقش فناوری هوش مصنوعی، دی ژیشیونگ معتقد است که هوش مصنوعی نمی‌تواند اساساً توسعه ابزارهای EDA را ارتقا دهد، اما می‌تواند به عنوان یک جعبه سیاه مشابه پیش‌بینی برای حل برخی از مشکلات پیچیده‌تر در نظر گرفته شود.

دیدگاه لو پنگهائو این است که جهان در حال مطالعه ترکیب فناوری هوش مصنوعی و فناوری EDA است و فناوری هوش مصنوعی داخلی در جهان پیشرو است. این مزیت به ما کمک می‌کند تا سرعت رسیدن به این جایگاه را تا حدی افزایش دهیم. همچنین فناوری ابری وجود دارد که نمی‌توان آن را نادیده گرفت. با توسعه محاسبات ابری، طراحی تراشه‌ها روی ابر می‌تواند زمان تأیید طراحی تراشه را که در فرآیند طراحی تراشه زمان‌بر است، کاهش دهد.

4. خلاصه

به عنوان منبع زنجیره صنعتی، فناوری EDA باید نوآوری شود تا کارایی کلی زنجیره صنعتی بهبود یابد. سال 2021 اولین سال از "چهاردهمین برنامه پنج ساله" است و برای اولین بار به وضوح بیان شده است که پیشرفت در ابزارهای طراحی مدار مجتمع مورد نیاز است.

وقتی نرخ بومی‌سازی EDA بالا نیست و غول‌ها موانع فنی و تجاری قوی دارند، متن‌باز راه خوبی برای EDA داخلی است تا مسیر خود را تغییر دهد و پیشی بگیرد. چهاردهمین برنامه پنج‌ساله نیز فناوری متن‌باز را به سطح ملی ارتقا می‌دهد. شینهواژانگ در راه‌اندازی یک جامعه متن‌باز در چین پیشگام شد و دو ابزار تأیید دیجیتال EDA را به صورت متن‌باز و رایگان ارائه کرد که تأثیر مثبتی بر کاهش آستانه صنعت EDA، پرورش استعدادها و تسریع نوآوری دارد.

پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری‌های پیشرفته مانند متن‌باز، هوش مصنوعی و رایانش ابری، فرصتی بی‌نظیر در قرن اخیر به صنعت EDA چین داده است تا مسیر خود را تغییر داده و پیشتاز شود. لو پنگهائو انتظار دارد که بر اساس پیشرفت‌های فعلی، روندها و اطلاعات بازار و همچنین حمایت از بودجه‌ها و سیاست‌های ملی، هیچ مشکلی در تحقق کل فرآیند EDA داخلی ظرف پنج سال وجود نداشته باشد.

شکستن موانع غول‌های EDA چالش‌برانگیز است، اما دلایلی برای خوش‌بینی وجود دارد.

سلب مسئولیت: این مقاله از "دنیای سرمایه‌گذاری" بازنشر شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های ساکو میکرو و صنعت مربوطه نمی‌باشد. این مقاله فقط برای حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی بازنشر و به اشتراک گذاشته شده است. لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن