Крупнейшие производители микросхем, во главе с Соединенными Штатами, «закрепились» за экспортом высокотехнологичных чипов в Китай. В то время как все больше людей осознают важность независимого контроля над отечественными высокотехнологичными микросхемами, ключевая роль небольших и сложных инструментов EDA (автоматизация электронного проектирования) в цепочке производства микросхем также стала предметом пристального внимания.

В проектировании микросхем существует множество сложных и деликатных звеньев. Инструменты EDA играют чрезвычайно важную роль в повышении эффективности проектирования, оптимизации конструкции и обеспечении функциональности микросхем. В настоящее время на три крупнейшие американские компании, занимающиеся разработкой EDA (Synopsys, Cadence и Mentor), приходится более 60% мирового рынка EDA, и большинство компаний, занимающихся проектированием микросхем, требуют использования инструментов EDA именно от этих трех гигантов. Поэтому США могут легко задушить китайскую индустрию микросхем, используя EDA.

Отечественная платформа EDA с уровнем локализации всего около 10% сталкивается с техническими и коммерческими барьерами, создаваемыми тремя гигантами в сфере EDA, которые развивались на протяжении 20-30 лет. Дальнейшее повышение уровня локализации сопряжено с серьезными трудностями. К счастью, тенденция развития открытого исходного кода и прорывы в области искусственного интеллекта и облачных технологий предоставили отечественной платформе EDA уникальную возможность изменить курс и обогнать конкурентов.

1. Показатель локализации EDA составляет около 10%, и прорывные решения сталкиваются с препятствиями.

EDA находится на начальном этапе всей цепочки производства микросхем и характеризуется небольшими размерами и точностью. Согласно предварительным статистическим данным исследовательской и консалтинговой компании Gartner, опубликованным в январе этого года, глобальная выручка от продаж полупроводников в 2020 году составила 449.8 млрд долларов США, что на 7.3% больше, чем в 2019 году.

Анализируя только рынок EDA, старший аналитик CCID Consulting Лу Пэнхао в прошлом году представил данные, согласно которым объем мирового рынка EDA в 2019 году составил 10.25 млрд долларов США. Объем китайского рынка EDA составил приблизительно 580 млн долларов США, что составляет 5.6% от мирового рынка. Общая выручка отечественных производителей EDA составила менее 420 млн юаней, что составляет всего 0.6% от мировой доли рынка, а уровень локализации — около 10%.

«Компания Huada Jiutian вносит наибольший вклад в локализацию, составляющий около 10%. Поскольку многие отечественные компании, занимающиеся разработкой EDA-решений, в основном сосредоточены на инструментах для точек продаж, Huada Jiutian предлагает полный набор инструментов для аналоговых микросхем, поэтому её узнаваемость на рынке выше». Лу Пэнхао рассказал Lei Feng.com: «Помимо прогресса отечественных EDA-компаний в области аналоговых микросхем, некоторые инструменты Guowei Group и Guolun Electronics также достигли международного уровня. Компании, представленные Xinhuazhang, открыли исходный код некоторых собственных разработанных EDA-инструментов и добились определённых прорывов».

Лу Пэнхао считает, что преодолеть 10-процентный уровень локализации EDA сложно, и отрасль вступила в период «узкого места». Этому есть две основные причины. С одной стороны, хотя в Китае насчитывается 2,218 компаний, занимающихся проектированием интегральных схем, только более 200 из них имеют выручку свыше 100 миллионов. Независимо от технического или финансового уровня, большинство китайских компаний, занимающихся проектированием микросхем, могут не использовать настоящее программное обеспечение, и рост рынка ограничен.

С другой стороны, отечественные EDA-системы еще не в полной мере освоили процесс цифрового проектирования микросхем. Отечественные компании, занимающиеся проектированием микросхем и имеющие выручку более 100 миллионов долларов, по-прежнему будут отдавать приоритет EDA-продуктам трех крупнейших компаний.

Другими словами, внутренний рынок EDA имеет ограниченный прирост и жесткую конкуренцию на существующем рынке. Лу Пэнхао считает, что «для дальнейшего повышения уровня локализации EDA необходимо реализовать весь цифровой процесс. Как только весь процесс будет реализован, начнется период быстрого роста. Затем необходимо улучшить экосистему».

Ди Чжисюн, заместитель директора кафедры электронной инженерии Школы информатики Юго-Западного университета Цзяотун, также считает, что самой сложной проблемой для отечественных компаний, занимающихся разработкой EDA-оборудования, является выживание, а затем уже экологические вопросы. «Отечественным компаниям, занимающимся разработкой EDA-оборудования, необходимо завоевать доверие компаний, занимающихся проектированием микросхем, и производителей кремниевых пластин, чтобы решить свои проблемы выживания», — сказал Ди Чжисюн.

«В нынешней международной ситуации большинство компаний, занимающихся проектированием микросхем, осознают важность управляемого EDA. Это необходимое условие для того, чтобы отечественные EDA получили признание».

Ван Либин, имеющий более чем 20-летний опыт в разработке технологий и управлении деятельностью ведущих международных компаний, занимающихся EDA-разработкой, и основавший компанию Xinhuazhang в 2020 году, рассказал Lei Feng.com: «Раньше в Китае было немного компаний, занимающихся EDA-разработкой, и они в основном создавали инструменты для решения отдельных задач. Сейчас EDA-разработка привлекла внимание на национальном уровне, и на рынке много места, поэтому компании, работающие в этой сфере, стремятся к большей полноте, но не стоит жадничать до масштабов и совершенства».

Изменения в международной ситуации вынудили китайскую индустрию микросхем искать собственный путь, а отечественные EDA-системы также открыли прекрасные возможности — EDA-системы с открытым исходным кодом.

2. Открытый исходный код позволяет отечественным EDA-разработчикам преодолевать гигантские технологические барьеры.

Прекрасные возможности и барьеры для бизнеса.

Технологии с открытым исходным кодом развиваются уже много лет, и активное развитие программного обеспечения с открытым исходным кодом является ключом к быстрой и недорогой реализации существующего программного обеспечения. Linux, GNU, Android и различные фреймворки искусственного интеллекта с открытым исходным кодом часто могут оказывать революционное воздействие. Сегодня разработка программного обеспечения с открытым исходным кодом для EDA также стремительно развивается.

В 2018 году Агентство перспективных оборонных исследований США (DARPA) предложило два новых проекта: IDEA (Intelligent Design of Electronic Assets) и POSH (Posh Open Source Hardware).

Причина, по мнению Ди Чжисюна, такова: «Цикл исследований и разработок микросхем составляет как минимум один-два года, стоимость очень высока, а технический порог также очень высок, что серьезно препятствует инновациям в области проектирования микросхем. Эти два проекта сокращают процесс проектирования микросхем с двух сторон — IP и EDA, экономя время на исследования и разработки. Я думаю, что от набора инструкций RISC-V до POSH и IDEA — это фактически открытая экосистема, которая может совместно способствовать процветанию индустрии микросхем».

Соответствующая статистика показывает, что благодаря реализации двух проектов с открытым исходным кодом IDEA/POSH количество доступных программ EDA с открытым исходным кодом увеличилось почти вдвое.

«В настоящее время в отечественной индустрии инструментов EDA существуют высокие барьеры для входа на рынок, а также нехватка преподавателей и курсов по подготовке кадров. Открытый исходный код может преодолеть технические и коммерческие барьеры, интегрировать и оптимизировать распределение научно-технических ресурсов, эффективно стимулировать и ускорять инновации, а также быстро создать отечественную экосистему проектирования интегральных схем», — считает Ван Либинь.

Итак, может ли EDA с открытым исходным кодом помочь отечественной индустрии EDA быстро реализовать полный цифровой процесс? Ван Либинь сказал: «Я думаю, это зависит от технологической ориентации и инвестиций в ресурсы. У Xinhuazhang есть системная идея, но ее реализация будет становиться все сложнее по мере увеличения инвестиций. Следует также отметить, что разные EDA включают в себя разные звенья, сложность открытого исходного кода и эффект экологического развития, который может принести открытый исходный код».

Ди Чжисюн проанализировал ситуацию с технической точки зрения, отметив, что если у инструментов проектирования с открытым исходным кодом нет единого интерфейса, то их будет сложно интегрировать друг с другом. Кроме того, большинство существующих инструментов EDA с открытым исходным кодом, предназначенных для проектирования отдельных точек, не прошли проверку в ходе коммерческого производства. В то же время, инструменты EDA для проектирования аналоговых микросхем и физической реализации цифровых микросхем особенно нуждаются в поддержке библиотек технологических процессов и PDK с открытым исходным кодом.

Лу Пэнхао отметил, что открытый исходный код — это способ для отечественных разработчиков EDA реализовать весь цифровой процесс, но сейчас все находятся на начальном этапе. С накоплением опыта реализация всего процесса станет быстрее.

В таком случае, почему вы по-прежнему считаете, что открытый исходный код — это отличная возможность для отечественной индустрии EDA? Хотя открытый исходный код EDA не позволит отечественной индустрии EDA компенсировать свои недостатки в краткосрочной перспективе, он может решить проблему нехватки кадров в отечественной индустрии EDA, начиная с исходного кода. В отрасли существует консенсус относительно того, что высококвалифицированные специалисты являются самой большой проблемой для развития отечественной индустрии интегральных схем, особенно для небольших и высокотехнологичных предприятий EDA.

«В отечественной системе образования преподаватели EDA, как правило, относятся к микроэлектронике или компьютерным дисциплинам. Независимо от специальности, EDA — это нишевая область. В Китае очень мало учебных заведений, предлагающих курсы по EDA. Существует нехватка учебных материалов по EDA, а также очень мало студентов, интересующихся этой областью», — сказал Ди Чжисюн.

«Во-первых, благодаря открытому исходному коду EDA, появляются примеры, которые могут обеспечить лучшую поддержку теоретических и экспериментальных курсов. Кроме того, это позволяет студентам понять внутренние алгоритмы EDA. Также, открытый исходный код EDA не требует приобретения дорогостоящих коммерческих инструментов. И, кроме того, интегральные схемы стали предметом первого уровня. С учетом всего этого, я думаю, было бы полезно открыть курсы по EDA и начать публиковать учебники».

Открытый исходный код EDA также окажет положительное влияние на смежные исследования. Сообщается, что многие научные работы основаны на открытом исходном коде EDA, но после приобретения открытый исходный код EDA часто становится закрытым. «Если открытый исходный код EDA может предоставить вам относительно полные среды и процессы EDA, вы можете получить эталонную модель, которая затем может проверить эффективность алгоритма или модели. Поэтому, будь то научные исследования или обучение, актуальность открытого исходного кода EDA очень высока».

Открытый исходный код EDA может не только упростить подготовку кадров в учебных заведениях, но и привлечь больше людей в индустрию EDA, а также ускорить инновации. Ван Либин сказал: «EDA — это междисциплинарная область, охватывающая компьютеры, программное обеспечение и интегральные схемы. Открытый исходный код эквивалентен предоставлению эталонной версии продукта, что снижает порог для исследований и разработок. Он также может стимулировать и ускорять инновации в научно-исследовательских институтах, университетах, предприятиях и среди энтузиастов, оптимизировать распределение ресурсов и воспитывать множество талантливых специалистов в области EDA посредством практики открытого исходного кода».

«Когда в отрасли появятся более качественные продукты с открытым исходным кодом, это увеличит частоту и масштабы использования программного обеспечения EDA с открытым исходным кодом. Такие масштабные приложения предоставят больше тестовых данных для EDA с открытым исходным кодом, еще больше ускорят разработку и инновации инструментов EDA с открытым исходным кодом и, в конечном итоге, сформируют экосистему EDA с открытым исходным кодом, обеспечивающую положительную обратную связь», — далее отметил Ван Либин.

Отечественные компании, занимающиеся разработкой EDA-решений, не только используют возможности открытого исходного кода EDA, но и применяют новые технологии, такие как искусственный интеллект и облачные вычисления, чтобы изменить курс и обогнать конкурентов.

3. Внутренний EDA сменит полосу движения для обгона.

Будучи пионером в области EDA с открытым исходным кодом, Синьхуачжан в сентябре 2020 года запустил первое в Китае сообщество разработчиков EDA с открытым исходным кодом EDAGit и опубликовал в открытом доступе два инструмента EDA. Ван Либин отметил, что в настоящее время компании-производители микросхем вкладывают много усилий в верификацию проектов, поскольку потери, вызванные отказами микросхем, могут варьироваться от потери сотен миллионов юаней на единовременные производственные затраты до влияния на время выхода продукта на рынок или репутацию компании, что приводит к потере клиентов и может нанести смертельный удар. Поэтому верификация, особенно аппаратная верификация, является одним из важных факторов, обеспечивающих технологическое лидерство.

Два инструмента EDA, выпущенные компанией Xinhuazhang в открытом доступе, связаны с верификацией. EpicSim — это усовершенствованный и инновационный инструмент моделирования с открытым исходным кодом, основанный на классической методологии EDA. Симулятор является важнейшей частью функциональной верификации. Другой инструмент с открытым исходным кодом — это формальная верификация «Эффективность». Преимущество формальной верификации заключается в её полноте и исчерпывающем охвате. Она не требует сложной среды разработки и обладает высокой эффективностью сходимости проекта. Она подходит для ранней верификации модулей.

Процесс цифрового симулятора

«Область цифровой верификации, на которой специализируется компания Xinhuazhang, не имеет прямой и тесной связи с производством кремниевых пластин и передовыми технологическими процессами. Поэтому для нас ключ к технологическим прорывам лежит в талантах. Что касается компоновки и разводки компонентов на производственных площадках и в цехах по изготовлению кремниевых пластин, мы должны рассмотреть возможность использования продуктов с открытым исходным кодом на различных технологических узлах», — сказал Ван Либинь.

«Наши инструменты EDA с открытым исходным кодом могут эффективно использоваться на ранних этапах верификации проектов микросхем и в учебном процессе. Мы надеемся, что сможем вдохновить на интеграцию и оптимизацию ресурсов, чтобы как разработчики микросхем, так и разработчики инструментов EDA могли использовать инструменты EDA с открытым исходным кодом от Xinhuazhang. Это быстро сформирует новую технологическую экосистему, стимулирует инновационный потенциал этих двух групп людей, позволит преодолеть технические и коммерческие барьеры в области EDA и повысит общую эффективность цепочки инноваций в интегральных схемах».

Ди Чжисюн сказал: «Инструменты цифровой верификации компании Xinhuazhang совершили прорыв в Китае с нуля, а ее открытая платформа формальной верификации EDA «EpicFV» также является первой в мире. На долю инструментов верификации приходится около 30% всех продаж инструментов EDA, они пользуются большим спросом и имеют высокую рыночную стоимость».

Как стало известно Lei Feng.com, инструмент EpicSim от компании Xinhuazhang был принят на вооружение коммерческими компаниями, занимающимися проектированием микросхем, и позволил удвоить скорость моделирования в реальных проектах.

«Следование пути открытого исходного кода — безусловно, очень хороший способ локализации EDA», — сказал Лу Пэнхао.

Помимо открытого исходного кода, передовые технологии, такие как искусственный интеллект и облачные вычисления, также могут помочь отечественным компаниям в области EDA изменить курс и обогнать конкурентов. Ван Либин считает: «Зарубежные гиганты в сфере EDA развиваются десятилетиями. Если мы будем использовать традиционные методы и структуры, нам определенно потребуется много лет, чтобы догнать их. Но новые технологии и новые структуры позволят нам начать с новой отправной точки и разработать более совершенные инструменты EDA, не используя прежние методы».

Например, технология LLVM, используемая компанией Xinhuazhang. Традиционные инструменты EDA поддерживают только серверы на архитектуре x86. Если же их применять к серверам на архитектуре ARM или RISC-V, то перенос данных займет много времени. Использование архитектуры LLVM позволяет легко поддерживать различные архитектуры с самого начала, исключая необходимость последующих переносов и обеспечивая возможность быстрого перехода на новые архитектуры.

Что касается роли технологий искусственного интеллекта, Ди Чжисюн считает, что ИИ не может коренным образом способствовать развитию инструментов разведочного анализа данных, но его можно рассматривать как своего рода «черный ящик», подобный механизму прогнозирования, для решения более сложных задач.

По мнению Лу Пэнхао, мир изучает сочетание технологий искусственного интеллекта и проектирования электронных схем, и отечественные технологии ИИ лидируют в мире. Это преимущество поможет нам в определенной степени ускорить темпы развития. Также нельзя игнорировать облачные технологии. С развитием облачных вычислений проектирование микросхем в облаке может сократить трудоемкое время проверки проекта в процессе проектирования.

4. Резюме

Технология EDA, являясь основой производственной цепочки, требует инноваций для повышения общей эффективности этой цепочки. 2021 год — первый год «14-й пятилетки», и впервые четко обозначена необходимость прорывов в инструментах проектирования интегральных схем.

В условиях низкой локализации EDA и сильных технических и коммерческих барьеров со стороны крупных игроков, открытый исходный код становится хорошим способом для отечественных EDA изменить курс и обогнать конкурентов. 14-я пятилетка также вывела технологии с открытым исходным кодом на национальный уровень. Компания Xinhuazhang возглавила создание сообщества открытого исходного кода в Китае и бесплатно опубликовала исходный код двух инструментов цифровой верификации EDA, что положительно сказалось на снижении порога развития индустрии EDA, подготовке кадров и ускорении инноваций.

Прорывы в передовых технологиях, таких как открытый исходный код, искусственный интеллект и облачные вычисления, предоставили китайской индустрии EDA уникальную возможность, выпадающую раз в столетие, изменить курс и обогнать конкурентов. Лу Пэнхао ожидает, что, исходя из текущего прогресса, тенденций и рыночной информации, а также при поддержке государственных средств и политики, в течение пяти лет не должно возникнуть проблем с реализацией всего процесса развития отечественной EDA в целом.

Преодоление барьеров, создаваемых гигантами в области EDA (анализа данных), — непростая задача, но есть основания для оптимизма.

Предупреждение: Данная статья перепечатана из издания "Investment World". Статья отражает исключительно личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение осуществляются исключительно в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.