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上世纪1990年代初,在北京国营712工厂古老的五楼,王阳元院士为辛勤工作的EDA团队加油鼓劲:“这是我们科技人员为祖国服务的最佳机会!”随后,王院士身旁的助手拿出一包海参和肘子,放在桌上,房间里顿时响起一片欢呼声。
电子设计自动化(EDA)是近年来频繁出现的一个术语。早在20世纪80年代,它就引起了中国科技界的关注。当时,在中央政府全国财政资源的支持下,华晶科技从日本引进了一条彩色电视模拟芯片生产线,EDA成为制约芯片设计的关键因素。这个新兴的子行业为芯片行业扮演着三个角色:制作设计图纸、制作施工图纸和协助施工过程。
可以说,如果没有EDA(电子设计自动化),我们只能手工一个个地绘制晶体管。人力的极限也就几百个或几千个,一旦超过一万个,就远远超出人力的能力范围了。更何况,目前台积电5nm芯片就包含了数百亿个晶体管。
因此,EDA对华京至关重要,但巴统禁运阻碍了此类软件的进口。无奈之下,中国只能自主研发。为了推进EDA本地化项目,从全国17个单位调集了117名学者和技术人员,并聘请了此前在EDA领域深耕的海外博士担任首席设计师。孙健,一个对EDA一窍不通的年轻人,从C语言和数据库入手学习版图编辑,最终成为一名芯片全能型人才。
经过四年的艰苦研发,中国首款自主研发的EDA系统于1993年问世。为了纪念熬夜造成的黑眼圈,这款国产EDA系统被命名为“熊猫系统”。熊猫系统一经推出,中国与世界水平的差距就缩小了5年,国内单位也开始积极使用。短短时间内,熊猫EDA系统就被20家设计公司安装,完成了近200种芯片的开发。
熊猫系统取得巨大成功,巴统此前对中国EDA企业的禁令被解除,这便是最好的证明。熊猫诞生不到一年,外国EDA企业便纷纷涌入中国。
但历史的悖论在于,20多年过去了,当公众谈论华为断供时,最熟悉的词汇依然是:EDA。我国的EDA早在1990年就取得了突破,为何至今仍停滞不前?除了那些常常展现悲壮历史面孔的国内老兵之外,我们还能依靠哪些力量来解决这个瓶颈问题?
中国EDA产业的发展历程或许能为我们提供一些新的线索。
1994年,人民大会堂见证了两家外资EDA公司进军中国市场。首先是凯登,它一路向前,带来了全新的理念。凯登和新思是当时乃至现在最具实力的EDA公司。上世纪1990年代,EDA行业蓬勃发展,这两家EDA巨头成功完成了产品化阶段,开始频繁收购,并招募了一批芯片行业的革命性人才。
凯登的CEO是陈立武,一位来自东南亚的中国风险投资家。他接手时,凯登的业绩正在下滑。陈立武与数百位客户进行了会面,他总是问遇到的每个人,他们会如何评价凯登的产品?一些要求苛刻的客户直言不讳地给出了D或F的评价。陈立武深受触动,改变了凯登以销售为主导的战略。他定期与客户举行联合会议,并与合作伙伴建立了深厚的联系。
Synaptics副总裁陈志宽是EDA行业另一位富有进取心的美籍华裔人士。他曾师从英特尔CPU业务线最高级别的华裔高管于友成。来到新思科技后,陈志宽深受创始人信任,并在短短几年内晋升为副总裁。
无论是陈立武还是陈志宽,这两位硅谷半导体精英都意识到中国市场代表着未来。当时,排名仅次于凯登的信思科技,对这个新兴市场展现出更为强烈的渴望,并展开了一系列组合攻势。
在人民大会堂举行的捐赠仪式上,陈志宽向清华大学周祖成教授赠送了20套设计编译器(Design Compiler)。这套EDA工具一套价值250,000万美元。周教授从一位刚入职飞利浦的清华学生口中得知这个价格后,感到非常震惊。清华大学与新思科技的缘分由此开启,双方于1995年共同成立了EDA联合研究中心。
表面上看,Synopsys与清华大学的合作仅仅是一家美国私营企业与一所中国大学之间的合作。然而,这项合作对中国芯片产业的未来发展方向有着深远的影响。Synopsys此举可谓一箭三雕:
首先是要掌握制定标准的权利。清华大学承接了编写芯片设计自动化教材的任务,而Synaptics提供的工具自然是必不可少的。之后,Synaptics更广泛地参与了中国本土EDA教材的编写工作,并推出了130多门本科和研究生课程。
第二点是便于工业扩散。在获得新思科技的捐赠后,清华大学成为北京乃至全国顶尖的EDA实验室。电子工业部也派出多批人员到清华大学接受培训。借助培训中心的EDA设备,清华大学开始研发通信专用芯片,让国内业界开始领略EDA的强大威力。由于清华EDA中心声名卓著,海尔和华为在建立设计中心时都借鉴了清华的经验。
当然,最后也是最重要的一点是EDA在高等教育体系中的普及程度。Synoptics的台湾工程师前往清华大学为师生授课。生动的演示让旁听的清华教师受益匪浅,他们开始有意识地运用设计语言进行实践。熟练掌握后,他们便能及时为微电子系的学生授课。中国顶尖的芯片人才在学校接受了EDA的实践,此后便很难摆脱它了。
欣喜的这一举动充分体现了中国市场蕴含的超级人才红利。
从编写代码到最终将布局交付给代工厂进行生产,EDA 涉及物理、数学、半导体器件等多个学科,需要极其多元化的人才。我国高校教育体系健全,培养的部分理工人才未来将投身芯片行业。他们决定着本地的发展方向,并积极向高校推广,这意味着提前培养他们的使用习惯。一方面,他们为 EDA 的应用奠定了基础;另一方面,这些用户自然也是 EDA 行业人才的后备力量。
Synaptics凭借其在行业标准制定、加速技术扩散以及建立高学历人才储备体系这三大支柱,迅速在中国市场打开了局面。进入新世纪后,Synaptics同时加快了并购步伐。2008年,Synaptics超越Calden,成为全球最大的EDA制造商。
当两大EDA巨头在中国建立基地后,熊猫EDA无法继续留在国内,于是迁往美国。
熊猫EDA发明后,失去了“父亲”的呵护,被国有企业华大基因集团抛弃。为了在美国推广中国EDA,熊猫的研发骨干孙健被派往美国负责海外销售。每次拜访客户前,孙健都会事先写下要说的话,然后背诵一遍,以免自己的不当言论影响客户拓展。凭借长期的坚持,到本世纪初,国产EDA已在海外赢得了众多客户。
然而,为什么一家本土诞生的EDA会放弃国内市场而前往美国呢?答案是,当时的国内市场环境无法容纳一家真正意义上的本土EDA。
国内芯片设计行业初期完全处于逆向工程阶段。总的来说,就是复制别人的芯片,不需要EDA工具进行正向设计;同时,盗版EDA已经能够满足大部分低端需求;最后,剩下的中高端付费用户当然应该使用优秀的国外EDA。
因此,国内市场上实际上没有真正的国产EDA。
造成这种尴尬局面的根源在于本地晶圆制造与EDA之间的脱节。熊猫EDA最初是为了支持华晶而生,但华晶在908项目中遭遇重大挫折。随后的909项目与中芯国际展开竞争,自然需要采用最先进的EDA。如此一来,本地EDA尚未大规模普及,性能也未得到充分发挥,将面临下一代技术进步带来的激烈竞争,久而久之将陷入恶性循环。
换句话说,中国芯片产业一直处于松散耦合状态:从晶圆代工、芯片设计到封装测试,所有环节都大同小异。这种上下游整合松散的体系导致每个环节都追求自身利益最大化。国内EDA作为整体落后的环节,自然不受用户青睐。然而,在发达产业环境下诞生的两大EDA巨头却能轻松满足用户需求。
因此,国内EDA产业自然陷入了进退两难的境地:
生态环境薄弱,市场份额也十分有限。熊猫EDA当时与华晶EDA竞争,但仅限于模拟芯片领域。产品类别太少,高端能力薄弱,几乎没有增值服务。IP是EDA产业的自然延伸,这将加深设计客户对EDA企业的依赖。然而,由于与晶圆代工厂的联系松散,本土EDA厂商严重不足。生态环境薄弱,几乎没有增值服务,本土EDA难以赢得客户的青睐。缺乏良性循环的积累,追赶之路依然艰难。
在美国频繁削减供应的背景下,EDA(美国经济发展署)已经将工业安全与工业安全联系起来。这个行业的问题在于技术诀窍,而技术诀窍并非凭空而来。那么,该怎么办呢?
从2020年至今,中国突然掀起了一股EDA(电子开发自动化)热潮。
2020年9月,思信科技完成数亿元人民币新一轮融资,用于构建全流程数字化EDA工具平台。该公司成立于2003年,并于2018年被国威科技收购。值得一提的是,公司创始人林俊夫先生是一位拥有30多年行业经验的日本人,在创办公司前曾就职于一家美国公司。
11月,张新华完成了近1亿元人民币的Pre-A+轮融资。
去年12月,九通方获得了华为旗下子公司哈勃科技的投资。该公司专注于射频EDA领域,其核心团队由在美国学习的医生组成。
2021年1月,国内EDA公司桂伦电子开始为科技创新委员会提供指导。
今年2月,熊猫EDA的主要公司华大九天发布了GEM指导消息。
熊猫算法之后,国内EDA市场陷入僵局。为什么在如此短的时间内涌现出这么多新玩家?
答案是,这些经常筹集大量资金的新玩家大多是由凯登和辛诺普斯等美国EDA公司培训的高级管理人员创立的。两大EDA公司都选择了专注于本土化研发和销售的战略,这培养了一批国内顶尖人才。国内EDA明星创始团队是在全球化的环境中成长起来的。目前活跃在国内EDA行业的新兴公司都受到这两大EDA公司的熏陶:
半轮电子总裁刘志宏曾任凯登副总裁。新华章创始人王立斌是两大EDA人才的中流砥柱。他曾担任工程师、销售人员和管理人员,积累了20年的工作经验,并与海思、展瑞等国内主要芯片客户建立了广泛的行业联系。
为什么这些人才能够在关键时刻挺身而出?
这与EDA行业的人才自然流动不无关系。中国EDA行业一个有趣的现象是,Synaptics和凯登这两家公司都相当“平和”。两家公司之间中高层人才的流动非常频繁。这些人才离开公司后会自主创业,但他们与原雇主的关系依然融洽。这与芯片行业其他领域的激烈竞争形成了鲜明对比。
这种正常的人才流动将宝贵的行业知识和经验传播到整个行业。因此,整个EDA行业仅在中国经历了大规模的“细胞分裂”。最初的EDA巨头三十年的发展历程,实际上是一个不断合并、吸收和消化数十家中小科技企业的过程。它很少再独立创业或面临新的挑战。中国市场的巨大变化为古老的EDA行业注入了新鲜血液。
在国外EDA公司纷纷开始自主创业的同时,由本土EDA熊猫升级而来的华大基因九天也取得了突破性进展。华大基因九天采取了以下三种策略:
从点到点的突破不再局限于解决单个问题的工具,而是涵盖整个流程,增加了定制服务,提高了客户粘性;从芯片扩展到面板,首个面板全流程EDA解决方案,成功占据国内平板显示器市场90%的份额;继续在日本和其他国家进行全球扩张,成为一些巨头不可或缺的技术供应商。
外资EDA培养了众多本土人才,并在新的时代背景下形成了一个独特的派别;而国产EDA则在本土拓展产业应用和服务,同时快速发展并走向海外。这两大EDA与华大九天看似是竞争对手,但实际上它们共同为中国芯片产业做出了互补贡献。
2021年伊始,华为继投资九通方之后,再次投资了一家新的EDA公司。这家身居全球科技巅峰、却又受制于美国的中国公司,正不遗余力地追赶,以期弥合芯片技术领域的差距。
华为在全国范围内寻找EDA目标的同时,美国国防部高级研究计划局(DARPA)也在专注于先进的EDA项目。DARPA希望推广EDA开源,降低芯片设计成本。二战后的几十年里,像DARPA这样的政府机构投资于鲜有私人机构愿意参与的长期科研项目,即“关键技术”,并在这些技术成熟后将其转让给私营企业。从互联网革命到今天的航空航天革命,这种情况一直存在。
可以说,华为和DARPA之间存在几个数量级的人才差距。
刘绍山是一位自动驾驶领域的企业家,曾在哈佛大学肯尼迪政府学院学习美国科技政策。他认为,美国国防高级研究计划局(DARPA)能够长期蓬勃发展的原因在于,美国人打破了“制度壁垒”。政府和私营机构之间科技人才的流动十分顺畅。这些精英在人生的不同阶段,可以选择为国家服务,也可以选择追求经济自由,而无需过多顾虑。
因为中国的“制度壁垒”依然牢固,事实上,尖端科技领域的两条道路并不平行,也就是说,公共经济和私人经济之间的差距太大,制约了EDA等领域的长期发展。
正因如此,很难将攻克尖端技术的最重要任务完全压在老同志身上。科研体制的转型是一个漫长的过程,充满了斗争和挫折。但摩尔定律不会等人。中国在依靠自主研发的同时,还有另一条构建尖端技术产业链的途径:在广阔的本土市场中,充分利用资本市场,保护知识产权,并让那些在外资企业中成长起来的管理者自发地参与市场竞争。
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