米国を中心とする半導体大手は、中国へのハイエンドチップ輸出に固執してきた。国内ハイエンドチップの自主的な管理の重要性に対する認識が高まるにつれ、半導体産業チェーンにおける小型で高度なEDA（電子設計自動化）ツールの重要な役割にも注目が集まっている。

チップ設計には、多くの繊細かつ複雑な工程が存在します。EDAツールは、チップ設計効率の向上、チップ設計の最適化、そしてチップ機能の確保において極めて重要な役割を果たします。現在、米国の大手EDA企業3社（Synopsys、Cadence、Mentor）が世界のEDA市場の60%以上を占めており、ほとんどのチップ設計企業はこれら3社のEDAツールを必要としています。したがって、米国はEDAを活用することで、中国のチップ産業を容易に締め付けることができるのです。

国産化率がわずか10%程度の国内EDA業界は、20～30年かけて発展してきた3大EDA大手企業の技術的・商業的な障壁に直面しており、国産化率をさらに高めるには大きな課題を抱えている。しかし、オープンソースの潮流やAI・クラウド技術の飛躍的な進歩により、国内EDA業界は100年に一度の転換期を迎え、追い抜くチャンスを得た。

1. EDAの局所化率は約10%であり、ブレークスルーはボトルネックに直面している。

EDA is at the upstream of the entire chip industry chain and is characterized by its small size and precision. According to preliminary statistics from market research and consulting firm Gartner in January this year, global semiconductor revenue totaled US$449.8 billion in 2020, an increase of 7.3% over 2019.

EDA市場のみに着目すると、CCIDコンサルティングのシニアアナリストである陸鵬浩氏は昨年、2019年の世界のEDA市場規模は102億5000万米ドルだったというデータを示した。中国のEDA市場規模は約5億8000万米ドルで、世界市場の5.6%を占める。国内EDAメーカーの総売上高は4億2000万元未満で、世界市場シェアのわずか0.6%に過ぎず、国産化率は約10%にとどまっている。

「華大九天は、約10％という国産化率の大部分を占めています。国内のEDA企業の多くは主にPOSツールに注力していますが、華大九天はアナログチップ向けのツール一式を揃えているため、市場での認知度が高いのです。」と陸鵬浩氏は雷峰網に語った。「国内EDAがアナログチップ分野で進歩を遂げているだけでなく、国威集団や国倫電子の一部のツールも国際的な最先端レベルに達しています。新華章が代表する企業は、自社開発のEDAツールの一部をオープンソース化し、一定のブレークスルーを達成しています。」

陸鵬浩氏は、EDAの国産化率10％の壁を突破するのは難しく、ボトルネック期に入ったと考えている。主な理由は2つある。1つは、中国には2,218社のIC設計会社があるものの、売上高が1億元を超える会社は200社強しかないこと。技術レベルや財務レベルに関わらず、ほとんどの中国のチップ設計会社は純正ソフトウェアを使用していない可能性があり、市場の成長が限られている。

一方、国内のEDA業界は、デジタルチップ設計ツールの全工程をまだ実現できていない。売上高100億ドルを超える国内チップ設計企業は、依然として三大メーカーのEDA製品を優先的に採用するだろう。

言い換えれば、国内のEDA市場は成長の伸びが限定的で、既存市場における競争が激しい。陸鵬浩氏は、「EDAの国産化率をさらに高めるには、プロセス全体をデジタル化する必要がある。プロセス全体が実現すれば、急速な成長期が始まるだろう。その後、エコシステムの改善が必要になる」と述べている。

西南交通大学情報学部電子工学科の副主任である狄志雄氏も、国内のEDA企業にとって最も困難な問題は生き残りであり、次に環境問題だと考えている。「国内のEDA企業は、生き残り問題を解決するために、チップ設計会社やウェハー製造会社からの信頼を得る必要がある」と狄志雄氏は述べた。

「現在の国際情勢において、ほとんどのチップ設計企業は制御可能なEDAの重要性を認識している。これは、国内EDAが市場に参入するための前提条件である。」

20年以上にわたり、国際的な大手EDA企業で技術開発と企業運営管理に携わり、2020年に新華章を設立した王立斌氏は、雷峰網に対し、「以前は中国でEDA事業を展開している企業は少なく、主に単一機能のツールを製造していました。現在、EDAは国家的な注目を集め、市場の可能性も大きく広がっているため、EDA企業はより包括的な製品開発を目指していますが、規模や完成度を過度に追求するのは賢明ではありません」と語った。

国際情勢の変化により、中国の半導体産業は独自の道を模索せざるを得なくなり、国内のEDA（電子設計自動化）分野にもオープンソースEDAという絶好の機会がもたらされた。

2. オープンソースによって国内EDAが巨大技術を突破できる

絶好の機会とビジネス上の障壁

オープンソース技術は長年にわたり発展を続けており、オープンソースソフトウェアの活発な開発は、最新ソフトウェアの迅速かつ低コストな実装の鍵となっています。Linux、GNU、Android、そして様々なオープンソースAIフレームワークは、しばしば革新的な影響力を持っています。今日、EDA（電子設計自動化）分野のオープンソースも急速に進化しています。

2018年、米国国防高等研究計画局（DARPA）は、IDEA（インテリジェント電子資産設計）とPOSH（ポッシュ・オープンソース・ハードウェア）という2つの新しいプロジェクトを提案した。

その理由について、ディ・ジシオン氏は次のように述べています。「チップの研究開発サイクルは少なくとも1～2年かかり、コストも非常に高く、技術的なハードルも非常に高いため、チップ設計分野におけるイノベーションを著しく阻害しています。これらの2つのプロジェクトは、IPとEDAという2つの側面からチップ設計プロセスを短縮し、研究開発時間を節約します。RISC-V命令セットからPOSH、そしてIDEAに至るまで、これはまさにチップ産業の繁栄を共同で促進できるオープンソースのエコシステムだと考えています。」

関連統計によると、2つのオープンソースプロジェクトであるIDEA/POSHの導入により、利用可能なオープンソースEDAの数はほぼ倍増した。

「国内のEDAツール業界の現状は、技術参入の障壁が高く、人材面では教師や講座が不足しているという状況です。オープンソースは、技術的・商業的な障壁を打破し、科学技術資源の配分を統合・最適化し、イノベーションを効率的に促進・加速させ、国内の集積回路設計エコシステムを迅速に構築できると考えています。」と王立斌氏は考えている。

では、オープンソースEDAは国内EDA業界の完全デジタル化を迅速に実現するのに役立つだろうか？王立斌氏は次のように述べている。「それは技術の方向性と資源投資次第だと思います。新華章は体系的な構想を持っていますが、投資額が増えるにつれてますます難しくなるでしょう。また、EDAの種類によって関わるリンクが異なり、オープンソース化の難しさやオープンソースがもたらすエコシステム促進効果も異なることに留意すべきです。」

Di Zhixiong氏は技術的な観点から、オープンソースのポイントツールに統一されたインターフェースがない場合、ツール同士を接続することが困難になると分析した。さらに、既存のオープンソースのシングルポイントEDAツールのほとんどは、商用テープアウトによる検証を受けていない。同時​​に、アナログチップ設計およびデジタルチップの物理実装のためのEDAツールは、特にオープンソースのプロセスライブラリとPDKのサポートを必要とする。

陸鵬浩氏は、オープンソースは国内のEDAがデジタルプロセス全体を実現するための手段だが、現状ではまだ初期段階にあると指摘した。経験を積み重ねることで、より早くデジタルプロセス全体を実現できるだろうと述べた。

In this case, why do you still say that open source is an excellent opportunity for domestic EDA? Although EDA open source cannot allow the domestic EDA industry to make up for its shortcomings in the short term, it can solve the talent shortage in the development of domestic EDA from the source. It is an industry consensus that high-end talents are the biggest challenge to the development of the domestic integrated circuit industry, especially for the small and sophisticated EDA industry.

「国内の教育制度では、EDAの教師は一般的にマイクロエレクトロニクスかコンピュータ系の分野に属しています。どの分野であっても、EDAはニッチな分野です。中国にはEDAの講座を開講できる学校はごくわずかです。EDAの教材も不足しており、EDAに興味を持つ学生も非常に少ないのです」と、ディ・ジシオン氏は述べた。

「オープンソースEDAには、まず第一に、理論講義と実験講義をより充実させる可能性が秘められています。さらに、学生がEDAの内部アルゴリズムを理解することも可能になります。加えて、オープンソースEDAは高価な商用ツールを購入する必要がありません。また、集積回路が第一級科目として位置づけられるようになったことも大きな利点です。これらの利点を踏まえると、EDA講座を開設し、教科書を出版することは有益であると考えます。」

オープンソースEDAは、関連研究にも好影響を与えるだろう。多くの研究者の論文がオープンソースEDAに基づいていると報告されているが、オープンソースEDAは買収後にクローズドソース化されることが多い。「オープンソースEDAが比較的完全なEDA環境とプロセスを提供してくれるなら、ベンチマークとなる参照モデルを入手でき、それによってアルゴリズムやモデルの有効性を検証できる。したがって、科学研究であれ教育であれ、オープンソースEDAの必要性は非常に高い。」

オープンソースEDAは、学校における人材育成の難易度を下げるだけでなく、より多くの人々をEDA業界に引きつけ、イノベーションを加速させる効果も期待できます。王立斌氏は次のように述べています。「EDAは、コンピュータ、ソフトウェア、集積回路にまたがる学際的な分野です。オープンソースは、製品のマスターバージョンを提供することに等しく、研究開発の敷居を下げます。また、科学研究機関、大学、企業、そして愛好家におけるイノベーションを刺激し加速させ、リソース配分を最適化し、オープンソースの実践を通じて多くのEDA人材を育成することも可能です。」

「業界がより優れたオープンソース製品を入手すれば、オープンソースEDAソフトウェアの利用頻度と利用範囲が拡大するでしょう。こうした大規模なアプリケーションは、オープンソースEDAのためのテストデータをさらに提供し、オープンソースEDAツールの開発と革新をさらに加速させ、最終的には好循環を生み出すEDAオープンソースエコシステムを形成するでしょう」と王立斌氏はさらに指摘した。

国内のEDA企業は、オープンソースEDAの機会を捉えるだけでなく、AIやクラウドコンピューティングといった新技術を活用して方向転換を図り、追い越しを図っている。

3. 国内EDAは追い越しのために車線変更します

オープンソースEDAのパイオニアとして、Xinhuazhangは2020年9月に中国初のオープンソースEDA技術コミュニティEDAGitを立ち上げ、2つのEDAツールをオープンソース化した。王立斌氏は、現在、チップ企業は検証のためにチッププロジェクトに多大なエネルギーを投資していると述べた。チップの失敗による損失は、1回の生産コストで数億元を浪費することから、製品の市場投入時期や企業の評判に影響を与え、顧客を失うことにつながり、致命的な打撃を与える可能性もあるためだ。したがって、検証、特にハードウェア検証は、技術的リーダーシップを獲得するための重要なポイントの1つである。

新華章がオープンソース化した2つのEDAツールは、いずれも検証に関連するものです。EpicSimは、従来のEDA手法に基づいた、強化された革新的なオープンソースシミュレーションツールです。シミュレータは、機能検証において最も不可欠な部分です。もう1つのオープンソースツールは、形式検証ツール「Effectiveness」です。形式検証の利点は、完全かつ網羅的な検証が可能であること、複雑な環境構築が不要で、設計の収束効率が高いことです。そのため、モジュールの初期検証に適しています。

デジタルシミュレータープロセス

「新華章が注力しているデジタル検証分野は、ウェハー製造工場や先端プロセスとは直接的かつ密接な関係はありません。そのため、当社にとって技術革新の鍵は人材にあります。バックエンドやウェハー製造工場のレイアウトや配線に関しては、様々なプロセスノードでオープンソース製品の活用を検討する必要があります」と王立斌氏は述べた。

「当社のオープンソースEDAツールは、チッププロジェクトの初期検証や学校教育において有効に活用できます。リソースの統合と最適化を促進し、チップ設計者とEDAツール開発者の両方が新華章のオープンソースEDAツールを利用できるようにしたいと考えています。これにより、新たな技術エコシステムが迅速に形成され、両者のイノベーション意欲が刺激され、EDAの技術的・商業的な障壁を打破し、集積回路イノベーションチェーン全体の効率向上につながるでしょう。」

ディ・ジシオン氏は、「新華章のデジタル検証ツールは、中国でゼロから画期的な成果を上げており、同社のオープンソース形式検証EDAツール『EpicFV』は世界初です。検証型ツールの売上は、EDAツール全体の売上の約30%を占めており、需要が高く、市場価値も高いです」と述べた。

Lei Feng.comが入手した情報によると、Xinhuazhang社のEpicSimツールは商用チップ設計会社に採用され、実際の設計におけるシミュレーション速度を2倍にするという目標も達成したという。

「オープンソースの道を堅持することは、間違いなくEDAのローカライズにとって非常に良い方法だ」と盧鵬浩氏は述べた。

オープンソースに加え、AIやクラウドコンピューティングといった最先端技術も、国内EDA業界の方向転換と追い抜きに貢献できる。王立斌氏は次のように述べている。「海外のEDA大手企業は数十年にわたり発展を続けてきた。従来の手法や構造では、大手企業に追いつくには間違いなく何年もかかるだろう。しかし、新しい技術と新しい構造があれば、新たなスタートラインから出発し、従来の手法にとらわれずに、より高度なEDAツールを開発できる。」

例えば、Xinhuazhang社が採用しているLLVM技術が挙げられます。従来のEDAツールはx86アーキテクチャのサーバーしかサポートしていません。ARMやRISC-Vアーキテクチャのサーバーに適用する場合、移植に多くの時間を要します。LLVMアーキテクチャを使用すれば、最初から様々なアーキテクチャを容易にサポートできるため、後々の移植作業が不要になり、柔軟な対応が可能になります。

AI技術の役割について、Di Zhixiong氏は、AIはEDAツールの開発を根本的に促進するものではないが、予測と同様のブラックボックスとして、より複雑な問題を解決できると考えている。

陸鵬浩氏の見解では、世界はAI技術とEDA技術の融合を研究しており、国内のAI技術は世界をリードしている。この優位性は、我々が追いつくペースをある程度加速させるのに役立つだろう。また、無視できないクラウド技術もある。クラウドコンピューティングの発展に伴い、クラウド上でチップを設計することで、チップ設計プロセスにおける時間のかかるチップ設計検証時間を短縮できる。

4。 概要

産業チェーンの源泉であるEDA技術は、産業チェーン全体の効率向上を図るために革新されなければならない。2021年は「第14次五カ年計画」の初年度であり、集積回路設計ツールのブレークスルーが必要であることが初めて明確に示された。

EDAの国産化率が低く、大手企業が技術的・商業的に強力な障壁を設けている状況において、オープンソースは国内EDAが方向転換し、追い抜くための有効な手段となる。第14次五カ年計画でも、オープンソース技術は国家レベルに引き上げられた。新華章は中国でオープンソースコミュニティを立ち上げ、2つのデジタル検証EDAツールを無償でオープンソース化することで、EDA業界の参入障壁を下げ、人材育成を促進し、イノベーションを加速させる上で大きな効果を発揮している。

オープンソース、AI、クラウドコンピューティングといった最先端技術の飛躍的な進歩により、中国のEDA産業は100年に一度の転換期を迎え、他産業を追い抜くチャンスを得ている。陸鵬浩氏は、現在の進捗状況、トレンド、市場情報、そして国の資金と政策による支援に基づけば、5年以内に国内EDAの全プロセスをほぼ実現できるはずだと期待している。

EDA業界の巨大企業の壁を打ち破るのは困難だが、楽観視できる理由もある。

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