Potęgi w dziedzinie chipów, na czele ze Stanami Zjednoczonymi, „utknęły” na eksportowanych do Chin chipach high-end. Chociaż coraz więcej osób zdaje sobie sprawę z wagi niezależnego sterowania krajowymi chipami high-end, kluczowa rola małych i zaawansowanych narzędzi EDA (Electronic Design Automation) w łańcuchu dostaw chipów również stała się przedmiotem zainteresowania.

Istnieje wiele delikatnych i złożonych powiązań w projektowaniu układów scalonych. Narzędzia EDA odgrywają niezwykle ważną rolę w zwiększaniu wydajności projektowania układów scalonych, ich optymalizacji i zapewnianiu funkcjonalności. Obecnie trzy główne amerykańskie firmy EDA (Synopsys, Cadence i Mentor) odpowiadają za ponad 60% globalnego rynku EDA, a większość firm zajmujących się projektowaniem układów scalonych wymaga narzędzi EDA od tych trzech gigantów. Dlatego Stany Zjednoczone mogą łatwo zdławić chiński przemysł układów scalonych, wykorzystując EDA.

Krajowy system EDA, którego wskaźnik lokalizacji wynosi zaledwie około 10%, napotyka na bariery techniczne i komercyjne trzech gigantów EDA, rozwijanych od 20 do 30 lat. Stoi przed nim ogromne wyzwanie, aby jeszcze bardziej zwiększyć wskaźnik lokalizacji. Na szczęście trend open source oraz przełomowe osiągnięcia w dziedzinie sztucznej inteligencji i technologii chmurowej dały krajowemu systemowi EDA jedyną w swoim rodzaju szansę na zmianę pasa i wyprzedzenie konkurencji.

1. Współczynnik lokalizacji EDA wynosi około 10%, a przełomy napotykają na wąskie gardła.

EDA znajduje się na początku łańcucha dostaw całego łańcucha produkcji układów scalonych i charakteryzuje się niewielkim rozmiarem i precyzją. Według wstępnych statystyk firmy Gartner, zajmującej się badaniami rynku i doradztwem, ze stycznia tego roku, globalne przychody z półprzewodników wyniosły w 2020 roku 449.8 mld USD, co stanowi wzrost o 7.3% w porównaniu z rokiem 2019.

Analizując wyłącznie rynek EDA, starszy analityk CCID Consulting, Lu Penghao, podał w zeszłym roku dane, zgodnie z którymi globalna wartość rynku EDA w 2019 roku wyniosła 10.25 mld USD. Chiński rynek EDA wyniósł około 580 mln USD, co stanowiło 5.6% globalnego rynku. Całkowite przychody krajowych producentów EDA wyniosły mniej niż 420 mln juanów, co stanowiło zaledwie 0.6% globalnego udziału w rynku, a wskaźnik lokalizacji wyniósł zaledwie około 10%.

„Huada Jiutian odpowiada za większość wskaźnika lokalizacji, wynoszącego około 10%. Ponieważ wiele krajowych firm EDA koncentruje się głównie na narzędziach POS, Huada Jiutian dysponuje kompletnym zestawem narzędzi do układów analogowych, co zwiększa rozpoznawalność na rynku”. Lu Penghao powiedział portalowi Lei Feng.com: „Oprócz krajowych postępów EDA w dziedzinie układów analogowych, niektóre narzędzia Guowei Group i Guolun Electronics osiągnęły również wiodącą pozycję na rynku międzynarodowym. Firmy reprezentowane przez Xinhuazhang udostępniły na zasadach open source kilka samodzielnie opracowanych narzędzi EDA i osiągnęły pewne przełomy”.

Lu Penghao uważa, że ​​trudno jest przebić 10% wskaźnik lokalizacji EDA i że wszedł on w okres wąskiego gardła. Istnieją dwa główne powody. Z jednej strony, chociaż w Chinach działa 2,218 firm zajmujących się projektowaniem układów scalonych, to tylko ponad 200 z nich osiąga przychody przekraczające 100 milionów dolarów. Niezależnie od poziomu technicznego czy finansowego, większość chińskich firm zajmujących się projektowaniem układów scalonych może nie korzystać z oryginalnego oprogramowania, a wzrost rynku jest ograniczony.

Z drugiej strony, krajowe EDA nie w pełni opanowało proces projektowania cyfrowych układów scalonych. Krajowe firmy zajmujące się projektowaniem układów scalonych, których przychody przekraczają 100 milionów dolarów, nadal będą priorytetowo traktować produkty EDA tych trzech gigantów.

Innymi słowy, krajowy rynek EDA charakteryzuje się ograniczonym przyrostowym wzrostem i ostrą konkurencją na istniejącym rynku. Lu Penghao uważa, że ​​„aby jeszcze bardziej zwiększyć tempo lokalizacji EDA, konieczne jest wdrożenie całego procesu cyfrowego. Po zakończeniu całego procesu rozpocznie się okres gwałtownego wzrostu. Wtedy konieczna będzie poprawa stanu środowiska”.

Di Zhixiong, zastępca dyrektora Wydziału Inżynierii Elektronicznej w Szkole Informacyjnej Uniwersytetu Południowo-Zachodniego Jiaotong, również uważa, że ​​najtrudniejszym problemem dla krajowych firm EDA jest przetrwanie, a następnie kwestie ekologiczne. „Krajowe firmy EDA muszą zdobyć zaufanie firm projektujących układy scalone i odlewni płytek półprzewodnikowych, aby rozwiązać swoje problemy z przetrwaniem” – powiedział Di Zhixiong.

„W obecnej sytuacji międzynarodowej większość firm zajmujących się projektowaniem układów scalonych zdaje sobie sprawę ze znaczenia sterowalnego EDA. Jest to warunek wstępny dopuszczenia krajowego EDA”.

Wang Libin, który ma ponad 20 lat doświadczenia w rozwoju technologii i zarządzaniu operacyjnym wiodących międzynarodowych firm EDA, a także założyciel Xinhuazhang w 2020 roku, powiedział portalowi Lei Feng.com: „W przeszłości w Chinach niewiele było firm zajmujących się EDA, a ich głównym obszarem działania były narzędzia jednopunktowe. Teraz EDA zyskało ogólnokrajową uwagę i przestrzeń rynkowa jest duża, więc firmy EDA liczą na większą wszechstronność, ale nie zaleca się dążenia do wielkości i perfekcji”.

Zmiany w sytuacji międzynarodowej zmusiły chiński przemysł układów scalonych do znalezienia własnej ścieżki, a krajowa EDA również otworzyła doskonałą okazję – otwarte oprogramowanie EDA.

2. Oprogramowanie typu open source umożliwia krajowej EDA przebicie się przez gigantyczną technologię

Doskonała okazja i bariery biznesowe

Technologia open source rozwija się od wielu lat, a dynamiczny rozwój oprogramowania open source jest kluczem do szybkiej i taniej implementacji obecnego oprogramowania. Linux, GNU, Android i różne frameworki AI open source często mogą mieć rewolucyjny wpływ. Obecnie oprogramowanie open source EDA również dynamicznie się rozwija.

W 2018 roku amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Dziedzinie Obronności (DARPA) zaproponowała dwa nowe projekty: IDEA (Inteligentne Projektowanie Zasobów Elektronicznych) i POSH (Posh Open Source Hardware).

Di Zhixiong uważa, że ​​powodem jest: „Cykl badań i rozwoju układów scalonych trwa co najmniej rok lub dwa, koszty są bardzo wysokie, a próg techniczny również bardzo wysoki, co poważnie utrudnia innowacje w dziedzinie projektowania układów scalonych. Te dwa projekty skracają proces projektowania układów scalonych w dwóch wymiarach: IP i EDA, oszczędzając czas badań i rozwoju. Uważam, że od zestawu instrukcji RISC-V, przez POSH, po IDEA, jest to w rzeczywistości ekosystem open source, który może wspólnie promować dobrobyt branży układów scalonych”.

Istotne statystyki pokazują, że dzięki wdrożeniu dwóch projektów open source IDEA/POSH, liczba dostępnych projektów open source EDA niemal się podwoiła.

„Obecna sytuacja krajowego przemysłu narzędzi EDA polega na tym, że bariery wejścia na rynek technologii są wysokie, a liczba nauczycieli i kursów pod względem talentów jest ograniczona. Oprogramowanie open source może przełamać bariery techniczne i komercyjne, zintegrować i zoptymalizować alokację zasobów naukowych i technologicznych, skutecznie stymulować i przyspieszać innowacje oraz szybko budować krajowy ekosystem projektowania układów scalonych” – uważa Wang Libin.

Czy zatem oprogramowanie open source EDA może pomóc krajowemu sektorowi EDA w szybkim wdrożeniu pełnego procesu cyfrowego? Wang Libin powiedział: „Myślę, że to zależy od orientacji technologicznej i inwestycji w zasoby. Xinhuazhang ma systematyczny pomysł, ale będzie to coraz trudniejsze, ponieważ inwestycje również będą rosły. Należy również zauważyć, że różne rozwiązania EDA wiążą się z różnymi powiązaniami, trudnościami związanymi z oprogramowaniem open source i ekologicznym efektem promocyjnym, jaki może ono przynieść”.

Di Zhixiong z technicznego punktu widzenia przeanalizował, że jeśli narzędzia open source do analizy punktów nie będą miały ujednoliconego interfejsu, ich połączenie będzie trudne. Ponadto większość istniejących narzędzi open source do analizy pojedynczych punktów EDA nie została zweryfikowana w ramach komercyjnego testowania. Jednocześnie narzędzia EDA do projektowania układów analogowych i implementacji fizycznej układów cyfrowych wymagają w szczególności bibliotek procesów open source i obsługi PDK.

Lu Penghao zauważył, że oprogramowanie open source to sposób na realizację całego procesu cyfrowego przez krajową EDA, ale obecnie wszyscy są na etapie początkowym. Dzięki akumulacji danych realizacja całego procesu będzie szybsza.

Dlaczego w takim razie nadal twierdzisz, że oprogramowanie open source stanowi doskonałą szansę dla krajowego przemysłu EDA? Chociaż oprogramowanie open source w EDA nie pozwoli krajowemu przemysłowi EDA na uzupełnienie braków w krótkim okresie, może rozwiązać problem niedoboru talentów w rozwoju krajowego EDA u źródła. W branży panuje konsensus, że najlepsi specjaliści stanowią największe wyzwanie dla rozwoju krajowego przemysłu układów scalonych, zwłaszcza dla małych i zaawansowanych firm EDA.

„W krajowym systemie nauczania nauczyciele EDA zazwyczaj reprezentują dyscypliny mikroelektroniki lub informatyki. Niezależnie od dziedziny, EDA stanowi niszę. W Chinach jest bardzo niewiele szkół oferujących kursy EDA. Brakuje materiałów dydaktycznych EDA, a także bardzo niewielu studentów jest zainteresowanych tą dziedziną” – powiedział Di Zhixiong.

„Dzięki otwartemu oprogramowaniu EDA, przede wszystkim istnieją przypadki, które mogą zapewnić lepsze wsparcie dla kursów teoretycznych i eksperymentalnych. Ponadto, może ono również umożliwić studentom zrozumienie wewnętrznych algorytmów EDA. Co więcej, otwarte oprogramowanie EDA nie wymaga zakupu drogich narzędzi komercyjnych. Co więcej, układy scalone zostały awansowane do poziomu przedmiotu pierwszego stopnia. Dzięki temu wsparciu, myślę, że korzystne będzie, jeśli otworzymy kursy EDA i zaczniemy publikować podręczniki”.

Otwarte oprogramowanie EDA będzie miało również pozytywny wpływ na badania naukowe. Donoszono, że wiele prac naukowych opiera się na otwartym oprogramowaniu EDA, ale często staje się ono zamknięte po przejęciu. „Jeśli otwarte oprogramowanie EDA może zapewnić względnie kompletne środowiska i procesy EDA, można stworzyć model odniesienia, który następnie zweryfikuje skuteczność algorytmu lub modelu. Dlatego, niezależnie od tego, czy chodzi o badania naukowe, czy nauczanie, pilna potrzeba otwartego oprogramowania EDA jest bardzo duża”.

Otwarte oprogramowanie EDA może nie tylko ułatwić szkolenie talentów w szkołach, ale także zachęcić więcej osób do dołączenia do branży EDA i przyspieszyć innowacje. Wang Libin powiedział: „EDA to dziedzina interdyscyplinarna, obejmująca komputery, oprogramowanie i układy scalone. Oprogramowanie open source jest równoznaczne z udostępnieniem wersji master produktu, co obniża próg badań i rozwoju. Może również stymulować i przyspieszać innowacje w instytutach badawczych, uniwersytetach, przedsiębiorstwach i entuzjastach, optymalizować alokację zasobów i rozwijać wiele talentów EDA poprzez praktykę open source”.

„Kiedy branża będzie miała dostęp do lepszych produktów open source, wzrośnie częstotliwość i zakres wykorzystania oprogramowania EDA opartego na otwartym kodzie źródłowym. Takie aplikacje na dużą skalę dostarczą więcej danych testowych dla oprogramowania EDA opartego na otwartym kodzie źródłowym, przyspieszą rozwój i innowacje w zakresie narzędzi EDA opartych na otwartym kodzie źródłowym, a w końcu stworzą ekosystem EDA oparty na otwartym kodzie źródłowym z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym” – podkreślił Wang Libin.

Domestic EDA companies not only seize the opportunity of open source EDA, but also use new technologies such as AI and cloud computing to change lanes and overtake.

3. Krajowa EDA zmieni pas ruchu, aby wyprzedzić

Jako pionier otwartego oprogramowania EDA, Xinhuazhang uruchomił we wrześniu 2020 roku pierwszą w Chinach społeczność technologii EDA o otwartym kodzie źródłowym EDAGit i udostępnił dwa narzędzia EDA jako open source. Wang Libin powiedział, że obecnie firmy produkujące układy scalone inwestują dużo energii w weryfikację projektu, ponieważ straty spowodowane awarią układu mogą sięgać od strat setek milionów juanów w jednorazowych kosztach produkcji, po wpływ na czas wprowadzenia produktu na rynek lub reputację firmy, prowadząc do utraty klientów, co może być fatalne w skutkach. Dlatego weryfikacja, a zwłaszcza weryfikacja sprzętowa, jest jednym z ważnych argumentów przemawiających za przywództwem technologicznym.

Dwa narzędzia EDA, które Xinhuazhang udostępnił jako oprogramowanie open source, są związane z weryfikacją. EpicSim to ulepszone i innowacyjne narzędzie symulacyjne o otwartym kodzie źródłowym, oparte na klasycznej metodologii EDA. Symulator jest niezbędnym elementem weryfikacji funkcjonalnej. Kolejnym narzędziem o otwartym kodzie źródłowym jest weryfikacja formalna „Efektywność”. Zaletą weryfikacji formalnej jest kompletność i wyczerpująca weryfikacja. Nie wymaga ona skomplikowanej konstrukcji środowiska i charakteryzuje się wysoką wydajnością konwergencji projektu. Nadaje się do wczesnej weryfikacji modułów.

Proces symulatora cyfrowego

„Obszar weryfikacji cyfrowej, na którym koncentruje się Xinhuazhang, nie jest bezpośrednio i ściśle związany z fabrykami płytek półprzewodnikowych i zaawansowanymi procesami. Dlatego dla nas kluczem do przełomów technologicznych są talenty. Jeśli chodzi o układ i okablowanie zaplecza oraz fabryk płytek półprzewodnikowych, musimy rozważyć otwarcie aplikacji open source na różnych węzłach procesowych” – powiedział Wang Libin.

Nasze narzędzia EDA o otwartym kodzie źródłowym mogą być z powodzeniem wykorzystywane we wczesnej weryfikacji projektów układów scalonych oraz w nauczaniu szkolnym. Mamy nadzieję, że zainspirujemy integrację i optymalizację zasobów, tak aby zarówno projektanci układów scalonych, jak i twórcy narzędzi EDA mogli korzystać z narzędzi EDA o otwartym kodzie źródłowym firmy Xinhuazhang. Pozwoli to na szybkie stworzenie nowego ekosystemu technologicznego, pobudzi innowacyjność tych dwóch grup, pozwoli na osiągnięcie przełomu w zakresie barier technicznych i komercyjnych EDA oraz poprawi ogólną wydajność łańcucha innowacji w układach scalonych.

Di Zhixiong powiedział: „Narzędzia weryfikacji cyfrowej firmy Xinhuazhang od samego początku osiągnęły przełom w Chinach, a ich otwarte oprogramowanie do formalnej weryfikacji EDA „EpicFV” jest również pierwszym na świecie. Sprzedaż narzędzi do weryfikacji stanowi około 30% całkowitej sprzedaży narzędzi EDA, a popyt na nie jest duży, a ich wartość rynkowa wysoka”.

Portal Lei Feng.com dowiedział się, że narzędzie EpicSim firmy Xinhuazhang zostało wdrożone przez komercyjne firmy zajmujące się projektowaniem układów scalonych i że dzięki niemu udało się podwoić szybkość symulacji w rzeczywistych projektach.

„Podążanie ścieżką otwartego oprogramowania jest zdecydowanie bardzo dobrym sposobem na lokalizację EDA” – powiedział Lu Penghao.

Oprócz oprogramowania open source, najnowocześniejsze technologie, takie jak sztuczna inteligencja i przetwarzanie w chmurze, mogą również pomóc krajowym firmom EDA w zmianie kierunku i wyprzedzeniu konkurencji. Wang Libin uważa: „Zagraniczni giganci EDA rozwijają się od dziesięcioleci. Jeśli będziemy stosować tradycyjne metody i struktury, z pewnością zajmie nam wiele lat, aby dogonić gigantów. Jednak nowe technologie i struktury mogą pozwolić nam wystartować z nowej linii i opracować bardziej zaawansowane narzędzia EDA bez korzystania z poprzednich metod”.

Na przykład technologia LLVM wykorzystywana przez firmę Xinhuazhang. Tradycyjne narzędzia EDA obsługują tylko serwery o architekturze x86. Jeśli ma ona zostać zastosowana do serwerów o architekturze ARM lub RISC-V, jej przenoszenie zajmie dużo czasu. Wykorzystanie architektury LLVM pozwala na łatwą obsługę różnych architektur od samego początku, eliminując potrzebę późniejszych przeniesień i umożliwiając zmianę pasa ruchu oraz wyprzedzanie.

Jeśli chodzi o rolę technologii AI, Di Zhixiong uważa, że ​​AI nie jest w stanie zasadniczo przyczynić się do rozwoju narzędzi EDA, ale można ją traktować jak czarną skrzynkę, podobną do predykcji, służącą do rozwiązywania bardziej złożonych problemów.

Lu Penghao uważa, że ​​świat bada połączenie technologii sztucznej inteligencji (AI) i technologii EDA, a krajowa technologia AI jest światowym liderem. Ta przewaga pomoże nam w pewnym stopniu przyspieszyć tempo nadrabiania zaległości. Istnieje również technologia chmurowa, której nie można ignorować. Dzięki rozwojowi przetwarzania w chmurze, projektowanie układów scalonych w chmurze może skrócić czasochłonny czas weryfikacji projektu układu scalonego.

4. Streszczenie

Jako źródło łańcucha przemysłowego, technologia EDA musi być udoskonalana, aby można było poprawić ogólną wydajność łańcucha przemysłowego. Rok 2021 jest pierwszym rokiem „14. Planu Pięcioletniego” i po raz pierwszy wyraźnie stwierdzono, że konieczne są przełomowe rozwiązania w narzędziach do projektowania układów scalonych.

Gdy tempo lokalizacji EDA nie jest wysokie, a giganci mają silne bariery techniczne i komercyjne, oprogramowanie open source jest dobrym sposobem na zmianę kierunku i wyprzedzenie krajowych EDA. 14. Plan Pięcioletni również podnosi technologię open source na poziom krajowy. Xinhuazhang przejął inicjatywę w tworzeniu społeczności open source w Chinach i udostępnił bezpłatnie dwa narzędzia EDA do weryfikacji cyfrowej, co ma pozytywny wpływ na obniżenie progu rozwoju branży EDA, rozwój talentów i przyspieszenie innowacji.

Przełomy w najnowocześniejszych technologiach, takich jak oprogramowanie open source, sztuczna inteligencja i przetwarzanie w chmurze, dały chińskiej branży EDA niepowtarzalną szansę na zmianę kierunku i wyprzedzenie konkurencji. Lu Penghao spodziewa się, że biorąc pod uwagę obecny postęp, trendy i informacje rynkowe, a także wsparcie funduszy i polityki krajowej, nie będzie problemu z realizacją całego procesu krajowej EDA w ciągu pięciu lat.

Przełamywanie barier gigantów EDA jest trudne, ale są powody do optymizmu.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł został przedrukowany z magazynu „Investment World”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przedrukowywany i udostępniany wyłącznie w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen