EDA電子設計自動化：中國晶片發展的「阿喀琉斯」何時能治癒？

2022-03-17 1201

包括系統設計與驗證、積體電路、PCB等領域，電子設計自動化（EDA）工具的性能以及市場本身的發展發揮著至關重要的作用。 2021年底，全球物聯網設備總數將達到35億台。從下游應用端來看，EDA軟體的需求將持續成長。

註：全球EDA工具市場成長趨勢圖

“到 20 年，電子設計自動化 (EDA) 行業規模將超過 2027 億美元。” ——全球市場洞察公司

隨著物聯網市場的蓬勃發展，EDA產業出現了一些值得我們關注的新變化。
#1 醫療器材產業對EDA的需求大幅成長。醫療產業新技術的不斷引進，新設備、新儀器、新工具的使用，使得過去看似不可能的治療和手術成為可能。正是因為EDA的引進，最廣為人知的腔鏡、腹腔鏡手術才能造福無數患者。 GE、ABB、西門子等眾多大廠也正是因為有了EDA軟體，才能夠生產出用於疾病診斷和治療的高性能人工智慧設備。

註：EDA 工具廣泛用於內視鏡設備和外科手術。
EDA軟體公司也不斷迭代機器學習演算法，以提高晶片設計工具的效能。 Ibex Medical Diagnostics 和 KSM 最近宣布，他們開始使用 Galen Gastronomy（一種具有人工智慧功能的診斷和品質控制工具）來檢測胃腸道中可能存在的癌症風險。
#2小型化變得越來越流行。正如電子業每個人所持有的價值觀所說，「更小意味著更強」。小型化、輕量化，傳統大型設備透過不斷小型化的方式，讓電子產品不斷滲透到越來越豐富的場景中。在汽車電子、醫療自動化和消費性電子領域，採用更小、更美觀、整合度更高、功能更強大的裝置仍然是產品迭代和成本下降的趨勢。

註：穿戴式裝置對尺寸的追求正在倒逼EDA工具的進步。

由於這股「小即是美」浪潮的持續影響，手機變得越來越輕薄，平板電腦、PC、穿戴式裝置和醫療設備的奈米級產品越來越普及到尋常百姓家。如果這種趨勢持續下去，市場對EDA的需求無疑會不斷增加。

#3高端製造對EDA提出了新的要求。對大多數人來說，高端製造直接等於使用機器人和自動化管線。不過，目前車間裡的機器人更負責取放、檢測包裝、物料訂購等「體力勞動」。隨著各類設備越來越精簡，電子產品的生產環節也將越來越精密，這對傳統「五大三粗」機械手臂的精度提出了新的要求。

註：Synopsys 總部位於加州山景城。

全球領先的 EDA 軟體和半導體 IP 公司 Synopsys 最近與台積電聯手。台積電將在其最新版本的3奈米製程DRM和SPICE生產線中使用Sysopsys的EDA軟體。該產線生產的晶片將用於行動裝置、5G等人工智慧場景。
#4 線上場景持續加速。隨著數位轉型話題的不斷討論，EDA軟體企業也更加關注線上平台的最佳化，從而賦能業務流程。與以往半導體公司採用預設資料參數驗證晶片設計相比，現在的EDA賦能工作流程更加靈活，可以實現設計、模擬和驗證，在晶片試產和量產中也能發揮更大的作用。如果EDA軟體連接到雲端，成本會更友好，現有資料中心資源佔用也會更少。

註：ARM與Synopsys達成策略合作。

幾個月前，ARM宣布將升級其EDA軟體，以便更好地規劃儲存資源和運算能力，同時達到降低成本的目的。與購買更多的伺服器和其他軟體設備相比，ARM對EDA的認可，尤其是將EDA與雲端連接的做法，在半導體產業掀起了旋風。

魂問：中國的EDA軟體為何落後？
EDA產業的落後可謂我國IC產業發展的「致命弱點」。放眼全球，美國三巨頭和美資相關企業組成的EDA聯盟已成為包括中國在內的所有晶片市場的掣肘。毫不誇張地說，所有中國「自研」晶片的設計和驗證所使用的EDA工具基本上都來自美國。

中國晶片企業要參與全球競爭，就必須解決目前EDA軟體存在的問題。雖然包括小米在內的多家公司都參與了EDA工具的研發中，但在公開市場上我們並沒有看到太多的進展。

事實上，早在1980年代中期，熊貓晶片設計系統就在中國出現。但目前市場上使用該系統的企業較少，其性能值得懷疑。目前中國市場上的EDA廠商較多，包括華大九天、芯微半導體等。

註：Core和Semiconductor榮獲年度技術突破EDA公司獎。

不幸的是，這些供應商都無法實現整個設計過程的軟體交付。那為什麼中國的EDA軟體落後美國呢？造成這種情況的原因有四：首先，缺乏一套完整的方案，無法參與全流程的競賽。
目前國內大部分EDA軟體仍處於專攻某一或幾個環節的階段，未能形成一套完整的替代產品矩陣。然而，數位設計流程大多被Synopsys和Cadence壟斷。即使中國廠商能夠切入某些環節，也很難撼動美國三巨頭在所有環節的控制力。因此，中國廠商需要推出一整套解決方案，才能與國際廠商同維度競爭。但在此過程中還存在其他困難和挑戰。

註：美國EDA三大巨頭

二、人才短缺，業界未能吸引EDA人才。中國的EDA工具開發工程師大多任職於美國三巨頭。據悉，中國1,500多名EDA工程師中，在國內EDA公司工作的不到300人。 Synopsys 是一家美國公司，在全球擁有 5,000 多名員工。在國內行動網路市場蓬勃發展的背景下，這些工程師更願意去阿里巴巴騰訊等公司，而不是在國內EDA公司苦苦掙扎。

三、市場進入門檻高，入市難，闖市場更難。中國95%的EDA市場屬於美國三巨頭，這對任何國內外EDA供應商來說都是一個殘酷的市場。即使中國廠商能夠開發出整套解決方案，短時間內也很難對三巨頭構成威脅。目前，許多晶片公司的工程師在大學裡都使用三巨頭的解決方案。進入新公司後，他們的選擇偏好讓國內小工廠失去了吸引力。

四、缺乏先進製程節點的整合，步步迷失。

設計過程和生產過程之間的聯繫對於EDA過程來說非常重要。頭部晶圓和代工廠三大巨頭之間的緊密聯繫，讓他們深入了解每一個環節。這種黏性是國內廠商在推出解決方案的同時需要不斷追蹤和跟進的。

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