Le potenze del settore dei semiconduttori, guidate dagli Stati Uniti, si sono concentrate principalmente sui chip di fascia alta esportati in Cina. Sebbene sia sempre più diffusa la consapevolezza dell'importanza di un controllo indipendente sulla produzione nazionale di chip di fascia alta, anche il ruolo chiave dei piccoli e sofisticati strumenti EDA (Electronic Design Automation) nella filiera produttiva dei semiconduttori è diventato oggetto di attenzione.

La progettazione di chip è un processo complesso e delicato, che coinvolge numerose fasi. Gli strumenti EDA (Electronic Design Automation) svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare l'efficienza della progettazione, ottimizzare il design dei chip e garantirne la funzionalità. Attualmente, le tre principali aziende statunitensi di EDA (Synopsys, Cadence e Mentor) detengono oltre il 60% del mercato globale e la maggior parte delle aziende di progettazione di chip richiede strumenti EDA forniti da questi tre colossi. Pertanto, gli Stati Uniti possono facilmente soffocare l'industria cinese dei semiconduttori grazie all'utilizzo degli strumenti EDA.

Il settore EDA nazionale, con un tasso di localizzazione di appena il 10% circa, si scontra con le barriere tecniche e commerciali dei tre colossi EDA, che vantano un'esperienza di 20-30 anni. La sfida per incrementare ulteriormente il tasso di localizzazione è enorme. Fortunatamente, la tendenza all'open source e le innovazioni nell'intelligenza artificiale e nel cloud computing hanno offerto al settore EDA nazionale un'opportunità irripetibile per cambiare rotta e superare i leader del mercato.

1. Il tasso di localizzazione dell'EDA è di circa il 10% e le scoperte più importanti incontrano degli ostacoli.

L'EDA si colloca a monte dell'intera catena di produzione dei semiconduttori ed è caratterizzata da dimensioni ridotte e precisione. Secondo le statistiche preliminari della società di ricerche di mercato e consulenza Gartner, risalenti a gennaio di quest'anno, il fatturato globale del settore dei semiconduttori ha raggiunto i 449.8 miliardi di dollari nel 2020, con un incremento del 7.3% rispetto al 2019.

Considerando esclusivamente il mercato EDA, Lu Penghao, analista senior di CCID Consulting, ha fornito dati lo scorso anno secondo cui la dimensione del mercato globale EDA nel 2019 era di 10.25 miliardi di dollari. La dimensione del mercato EDA cinese era di circa 580 milioni di dollari, pari al 5.6% del mercato globale. Il fatturato totale dei produttori EDA nazionali era inferiore a 420 milioni di yuan, pari solo allo 0.6% della quota di mercato globale, e il tasso di localizzazione era di appena il 10% circa.

"Huada Jiutian contribuisce in modo significativo al tasso di localizzazione, pari a circa il 10%. Poiché molte aziende EDA nazionali si concentrano principalmente sugli strumenti per i punti vendita, Huada Jiutian offre una suite completa di strumenti per i chip analogici, godendo quindi di una maggiore notorietà sul mercato." Lu Penghao ha dichiarato a Lei Feng.com: "Oltre ai progressi compiuti dalle aziende EDA nazionali nel settore dei chip analogici, anche alcuni strumenti di Guowei Group e Guolun Electronics hanno raggiunto livelli di eccellenza internazionale. Le aziende rappresentate da Xinhuazhang hanno reso open source alcuni strumenti EDA sviluppati internamente, ottenendo importanti risultati."

Lu Penghao ritiene che sia difficile superare la soglia del 10% di localizzazione dei software EDA e che il settore si trovi in ​​una fase di stallo. Le ragioni principali sono due. Da un lato, sebbene in Cina ci siano 2,218 aziende di progettazione di circuiti integrati, solo poco più di 200 superano i 100 milioni di euro di fatturato. Indipendentemente dal livello tecnico o finanziario, la maggior parte delle aziende cinesi di progettazione di chip potrebbe non utilizzare software originali, limitando così la crescita del mercato.

D'altro canto, il settore EDA nazionale non ha ancora pienamente realizzato il processo di progettazione digitale dei chip. Le aziende nazionali di progettazione di chip con un fatturato superiore a 100 milioni di euro continueranno a dare priorità ai prodotti EDA dei tre colossi del settore.

In altre parole, il mercato interno dell'EDA (Electronic Data Analysis) presenta una crescita incrementale limitata e una forte concorrenza. Lu Penghao ritiene che "per aumentare ulteriormente il tasso di localizzazione dell'EDA, è necessario realizzare l'intero processo digitale. Una volta realizzato l'intero processo, inizierà una fase di rapida diffusione. Successivamente, sarà necessario migliorare l'ecosistema."

Di Zhixiong, vicedirettore del Dipartimento di Ingegneria Elettronica della Facoltà di Informatica dell'Università Jiaotong del Sud-ovest, ritiene che il problema più difficile per le aziende EDA nazionali sia la sopravvivenza, seguita dalle questioni ecologiche. "Le aziende EDA nazionali devono conquistare la fiducia delle aziende di progettazione di chip e delle fonderie di wafer per risolvere i loro problemi di sopravvivenza", ha affermato Di Zhixiong.

"Nell'attuale contesto internazionale, la maggior parte delle aziende di progettazione di chip è consapevole dell'importanza di un'architettura EDA controllabile. Questo è il prerequisito affinché un'architettura EDA nazionale possa essere ammessa."

Wang Libin, che vanta oltre 20 anni di esperienza nello sviluppo tecnologico e nella gestione operativa di importanti aziende internazionali di EDA e ha fondato Xinhuazhang nel 2020, ha dichiarato a Lei Feng.com: "In passato, in Cina non c'erano molte aziende che si occupavano di EDA, e si concentravano principalmente su strumenti specifici. Ora l'EDA ha attirato l'attenzione a livello nazionale e il mercato offre ampi spazi, quindi le aziende del settore aspirano a una maggiore completezza, ma non è consigliabile essere avidi di dimensioni e perfezione."

I cambiamenti nel contesto internazionale hanno costretto l'industria cinese dei semiconduttori a trovare una propria strada, e l'EDA nazionale ha anche aperto un'ottima opportunità: l'EDA open source.

2. L'open source consente agli EDA nazionali di superare i limiti della tecnologia gigante

Opportunità eccellenti e barriere commerciali

La tecnologia open source si sta sviluppando da molti anni e il dinamico sviluppo del software open source è fondamentale per l'implementazione rapida ed economica del software attuale. Linux, GNU, Android e diversi framework di intelligenza artificiale open source possono spesso avere un impatto rivoluzionario. Oggi, anche l'open source per l'EDA (Enterprise Design Automation) sta progredendo rapidamente.

Nel 2018, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) degli Stati Uniti ha proposto due nuovi progetti: IDEA (Intelligent Design of Electronic Assets) e POSH (Posh Open Source Hardware).

Il motivo, secondo Di Zhixiong, è il seguente: "Il ciclo di ricerca e sviluppo dei chip dura almeno uno o due anni, i costi sono molto elevati e anche la soglia tecnica è molto alta, il che ostacola seriamente l'innovazione nel campo della progettazione dei chip. Questi due progetti accorciano il processo di progettazione dei chip nelle due dimensioni di IP e EDA, risparmiando tempo di ricerca e sviluppo. Credo che, dal set di istruzioni RISC-V a POSH fino a IDEA, si tratti in realtà di un ecosistema open source che può promuovere congiuntamente la prosperità dell'industria dei chip."

Le statistiche pertinenti dimostrano che, grazie all'implementazione dei due progetti open source IDEA/POSH, il numero di strumenti EDA open source disponibili è quasi raddoppiato.

"L'attuale situazione del settore nazionale degli strumenti EDA è caratterizzata da elevate barriere all'ingresso tecnologico e da una carenza di docenti e corsi di formazione. L'open source può abbattere le barriere tecniche e commerciali, integrare e ottimizzare l'allocazione delle risorse scientifiche e tecnologiche, stimolare e accelerare efficacemente l'innovazione e costruire rapidamente un ecosistema nazionale per la progettazione di circuiti integrati", afferma Wang Libin.

Quindi, l'EDA open source può aiutare l'industria EDA nazionale a realizzare rapidamente un processo completamente digitale? Wang Libin ha affermato: "Credo che dipenda dall'orientamento tecnologico e dagli investimenti in risorse. Xinhuazhang ha un'idea sistematica, ma diventerà sempre più difficile perché anche gli investimenti aumenteranno. Bisogna anche considerare che i diversi EDA implicano collegamenti diversi, la difficoltà dell'open source e l'effetto di promozione ecologica che l'open source può apportare."

Di Zhixiong ha analizzato la situazione da un punto di vista tecnico, evidenziando come, in assenza di un'interfaccia unificata per gli strumenti EDA open source specifici, la loro integrazione risulti complessa. Inoltre, la maggior parte degli strumenti EDA open source esistenti, specifici per singolo punto di progettazione, non è stata validata da un produttore commerciale. Allo stesso tempo, gli strumenti EDA per la progettazione di chip analogici e l'implementazione fisica di chip digitali richiedono in particolare librerie di processo open source e il supporto di PDK (Product Development Kit).

Lu Penghao ha sottolineato che l'open source rappresenta un modo per gli EDA nazionali di realizzare l'intero processo digitale, ma al momento siamo tutti nella fase iniziale. Con l'accumulo di conoscenze, sarà più rapido realizzare l'intero processo.

In questo caso, perché continui ad affermare che l'open source rappresenta un'ottima opportunità per l'EDA nazionale? Sebbene l'open source per l'EDA non possa colmare le carenze dell'industria nazionale nel breve termine, può risolvere alla radice la carenza di talenti nello sviluppo dell'EDA nazionale. È opinione diffusa nel settore che la mancanza di talenti altamente qualificati rappresenti la sfida maggiore per lo sviluppo dell'industria nazionale dei circuiti integrati, soprattutto per le piccole e sofisticate realtà del settore EDA.

"Nel sistema scolastico cinese, gli insegnanti di EDA (Electronic Design Automation) provengono generalmente dalle discipline di microelettronica o informatica. Indipendentemente dalla disciplina di appartenenza, l'EDA è una nicchia. Sono pochissime le scuole in Cina che offrono corsi di EDA. C'è una carenza di materiale didattico per l'EDA e sono anche pochissimi gli studenti interessati a questa materia", ha affermato Di Zhixiong.

"Con l'EDA open source, innanzitutto, si aprono diverse possibilità per fornire un supporto migliore ai corsi teorici e pratici. Inoltre, permette agli studenti di comprendere gli algoritmi interni dell'EDA. L'EDA open source non richiede l'acquisto di costosi strumenti commerciali. Infine, i circuiti integrati sono stati promossi a materia di primo livello. Con questi presupposti, credo che sarebbe vantaggioso rendere accessibili i corsi di EDA e iniziare a pubblicare libri di testo."

L'EDA open source avrà un effetto positivo anche sulla ricerca correlata. È stato riportato che molti articoli di ricercatori si basano su EDA open source, ma spesso questi strumenti diventano proprietari dopo essere stati acquisiti. "Se un EDA open source può fornire ambienti e processi EDA relativamente completi, si può disporre di un modello di riferimento per verificare l'efficacia dell'algoritmo o del modello. Pertanto, sia nella ricerca scientifica che nella didattica, l'importanza dell'EDA open source è molto elevata."

L'EDA open source non solo può ridurre la difficoltà di formazione dei talenti nelle scuole, ma anche attrarre più persone nel settore EDA e accelerare l'innovazione. Wang Libin ha affermato: "L'EDA è una disciplina interdisciplinare che abbraccia computer, software e circuiti integrati. L'open source equivale a fornire una versione master di un prodotto, abbassando la soglia di accesso alla ricerca e allo sviluppo. Può inoltre stimolare e accelerare l'innovazione negli istituti di ricerca scientifica, nelle università, nelle imprese e tra gli appassionati, ottimizzare l'allocazione delle risorse e formare numerosi talenti nel campo dell'EDA attraverso la pratica dell'open source."

"Quando il settore disporrà di prodotti open source migliori, aumenterà la frequenza e la diffusione dell'utilizzo del software EDA open source. Tali applicazioni su larga scala forniranno più dati di test per l'EDA open source, accelerando ulteriormente lo sviluppo e l'innovazione degli strumenti EDA open source e, infine, creando un ecosistema EDA open source con un feedback positivo", ha ulteriormente sottolineato Wang Libin.

Le aziende nazionali di EDA non solo colgono l'opportunità offerta dall'EDA open source, ma utilizzano anche nuove tecnologie come l'intelligenza artificiale e il cloud computing per cambiare rotta e superare gli avversari.

3. L'EDA nazionale cambierà corsia per sorpassare

In qualità di pioniere dell'EDA open source, Xinhuazhang ha lanciato la prima comunità tecnologica EDA open source in Cina, EDAGit, nel settembre 2020, e ha reso open source due strumenti EDA. Wang Libin ha affermato che attualmente le aziende produttrici di chip investono molte energie nella verifica di un progetto di chip, perché le perdite causate da un guasto del chip possono variare dallo spreco di centinaia di milioni di yuan in costi di produzione una tantum, all'impatto sui tempi di immissione sul mercato del prodotto o sulla reputazione dell'azienda, portando alla perdita di clienti, il che può rappresentare un colpo fatale. Pertanto, la verifica, in particolare la verifica hardware, è uno dei punti chiave per la leadership tecnologica.

I due strumenti EDA resi open source da Xinhuazhang sono entrambi relativi alla verifica. EpicSim è uno strumento di simulazione open source avanzato e innovativo, basato sulla classica metodologia EDA. Il simulatore è la parte più indispensabile della verifica funzionale. L'altro strumento open source è "Effectiveness", uno strumento di verifica formale. Il vantaggio della verifica formale è la sua completezza ed esaustività. Non richiede la costruzione di ambienti complessi e offre un'elevata efficienza di convergenza del progetto. È particolarmente adatta per la verifica preliminare dei moduli.

Processo di simulazione digitale

"Il settore della verifica digitale su cui si concentra Xinhuazhang non è direttamente e strettamente correlato alle fabbriche di wafer e ai processi avanzati. Pertanto, per noi, la chiave per le innovazioni tecnologiche risiede nei talenti. Per la progettazione e il cablaggio del back-end e delle fabbriche di wafer, dobbiamo considerare l'apertura all'applicazione di prodotti open source su diversi nodi di processo", ha affermato Wang Libin.

"I nostri strumenti EDA open source possono essere utilizzati efficacemente nella fase di verifica preliminare dei progetti di chip e nella didattica scolastica. Ci auguriamo di poter ispirare l'integrazione e l'ottimizzazione delle risorse, in modo che sia i progettisti di chip che gli sviluppatori di strumenti EDA possano utilizzare gli strumenti EDA open source di Xinhuazhang. Ciò consentirà di creare rapidamente un nuovo ecosistema tecnologico, stimolare la vitalità innovativa di questi due gruppi, superare le barriere tecniche e commerciali dell'EDA e migliorare l'efficienza complessiva della catena di innovazione dei circuiti integrati."

Di Zhixiong ha dichiarato: "Gli strumenti di verifica digitale di Xinhuazhang hanno raggiunto un traguardo rivoluzionario in Cina partendo da zero, e il suo strumento EDA open source per la verifica formale 'EpicFV' è anche il primo al mondo. Le vendite di strumenti di verifica rappresentano circa il 30% di tutte le vendite di strumenti EDA, con una forte domanda e un elevato valore di mercato."

Lei Feng.com ha appreso che lo strumento EpicSim di Xinhuazhang è stato adottato da aziende di progettazione di chip commerciali e ha anche raggiunto l'obiettivo di raddoppiare la velocità di simulazione nei progetti reali.

"Aderire al percorso dell'open source è sicuramente un ottimo modo per localizzare l'EDA", ha affermato Lu Penghao.

Oltre all'open source, tecnologie all'avanguardia come l'intelligenza artificiale e il cloud computing possono aiutare l'EDA nazionale a cambiare rotta e a superare i leader del settore. Wang Libin afferma: "I giganti stranieri dell'EDA si sono sviluppati per decenni. Se utilizziamo metodi e strutture tradizionali, ci vorranno sicuramente molti anni per raggiungerli. Ma le nuove tecnologie e le nuove strutture ci permettono di ripartire da zero e di sviluppare strumenti EDA più avanzati senza ricorrere ai metodi precedenti."

Ad esempio, la tecnologia LLVM utilizzata da Xinhuazhang. Gli strumenti EDA tradizionali supportano solo server con architettura x86. Se si volesse applicarli a server con architettura ARM o RISC-V, il processo di migrazione richiederebbe molto tempo. L'utilizzo dell'architettura LLVM, invece, consente di supportare facilmente diverse architetture fin dall'inizio, eliminando la necessità di migrazioni successive e permettendo un passaggio immediato e senza intoppi.

Per quanto riguarda il ruolo della tecnologia AI, Di Zhixiong ritiene che l'IA non possa promuovere in modo sostanziale lo sviluppo degli strumenti EDA, ma possa essere considerata una sorta di scatola nera, simile alla previsione, per risolvere problemi più complessi.

Secondo Lu Penghao, il mondo sta studiando la combinazione tra tecnologia AI e tecnologia EDA, e la tecnologia AI cinese è all'avanguardia a livello globale. Questo vantaggio ci aiuterà ad accelerare il recupero del divario, almeno in parte. Non si può inoltre ignorare la tecnologia cloud. Con lo sviluppo del cloud computing, la progettazione di chip sul cloud può ridurre i tempi, spesso lunghi, di verifica della progettazione dei chip.

4. Riassunto

Essendo la fonte della catena industriale, la tecnologia EDA deve essere innovata per migliorare l'efficienza complessiva della catena stessa. Il 2021 segna l'inizio del "14° Piano quinquennale" e per la prima volta viene chiaramente affermato che sono necessarie innovazioni rivoluzionarie negli strumenti di progettazione dei circuiti integrati.

Quando il tasso di localizzazione degli strumenti EDA non è elevato e i colossi del settore presentano forti barriere tecniche e commerciali, l'open source rappresenta un'ottima opportunità per gli strumenti EDA cinesi di cambiare rotta e superare la concorrenza. Il 14° Piano quinquennale ha inoltre elevato la tecnologia open source a livello nazionale. Xinhuazhang ha assunto un ruolo guida nel lancio di una comunità open source in Cina, rendendo disponibili gratuitamente due strumenti EDA per la verifica digitale, con un effetto positivo sull'abbassamento della soglia di accesso al settore EDA, sulla formazione di talenti e sull'accelerazione dell'innovazione.

Le innovazioni tecnologiche all'avanguardia, come l'open source, l'intelligenza artificiale e il cloud computing, hanno offerto al settore EDA cinese un'opportunità irripetibile per cambiare rotta e superare la concorrenza. Lu Penghao prevede che, sulla base dei progressi attuali, delle tendenze e delle informazioni di mercato, nonché del supporto di fondi e politiche nazionali, non dovrebbero esserci problemi nel realizzare sostanzialmente l'intero processo di sviluppo di un sistema EDA nazionale entro cinque anni.

Abbattere le barriere dei giganti dell'EDA è una sfida, ma ci sono motivi per essere ottimisti.

Disclaimer: Questo articolo è una ristampa da "Investment World". L'articolo rappresenta esclusivamente il punto di vista personale dell'autore e non quello di Sacco Micro o del settore. Viene ristampato e condiviso unicamente a supporto della tutela dei diritti di proprietà intellettuale. Si prega di indicare la fonte e l'autore originali in caso di ristampa. In caso di violazione del copyright, si prega di contattarci per richiederne la rimozione.

Numero di telefono dell'azienda: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Responsabile Li

QQ: 332496225 Responsabile Qiu

Indirizzo: Stanza 809, Edificio C, Edificio Tecnologico Zhantao, Viale Minzhi n. 1079, Nuovo Distretto di Longhua, Shenzhen