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多家国产EDA企业坦言:现在、以后都很难

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更多 发布于:2021-09-02 11:07
EDA(Electronics Design Automation)是电子设计自动化的缩写,属于半导体设计领域的一部分,在半导体产业链里位于上游。使用EDA工具软件可以辅助完成芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图以及进行仿真等全流程操作。EDA作为集成电路产业链的命脉,自始至终连接和贯穿着芯片制造和科技应用的发展。



随着近年我国集成电路市场规模逐步扩大,国内EDA市场也在稳步上升。但据央财智库报告显示,我国EDA发展有所滞后,按照2020年全球EDA市场规模相对于集成电路市场规模的比例测算,对应于我国集成电路市场的EDA行业规模应为158亿元,但实际上仅有66亿元。


面对我国仍在快速成长的集成电路市场规模和可供发掘的EDA市场,国产企业依旧大有可为。在芯师爷举办的2021硬核中国芯评选活动中,各类国产芯片企业百花齐放,其中就包括EDA企业芯和半导体与中科亿海微。本期硬核芯声特邀请两家企业高管与大家进行分享并一同探讨当下热点话题。


坚持自主研发,成果初显

EDA行业属于技术、资金、人才密集型行业,技术壁垒高,研发投入大,但其又贯穿芯片设计和制造的全流程,在整个半导体行业中扮演关键的基础性角色。随着国产替代成为一种共识,国内半导体行业也越来越注重自主研发。国产EDA企业到底有哪些研发投入?目前取得了什么成果?这些都是大家都非常关心的问题。

芯和半导体成立于2010年,是国内最早投入到射频芯片仿真分析的EDA公司,集首创革命性的电磁场仿真器、人工智能与云计算等一系列前沿技术于一身。射频芯片只是芯和EDA产品线中的一小部分,芯和提供的是覆盖IC、封装到系统的全产业链仿真EDA解决方案。芯和拥有四大硬核能力:

自主产权的多种尖端电磁场和电路仿真求解技术

繁荣的晶圆厂和合作伙伴生态圈

支持基于云平台的高性能分布式计算技术

自有芯片设计和封装设计能力
通过这四项核心能力,芯和在十年的时间里,打造了一支国内顶尖的研发团队,先后申请了36个软件著作权和多个发明专利,16个集成电路布图设计登记证书,荣获上海市科学技术一等奖。员工人数超过150人,运营及研发总部位于上海张江,在苏州、武汉设有研发分中心,在北京、深圳、成都、西安、美国硅谷设有销售和技术支持部门。

中科亿海微公司是中国科学院可编程芯片与系统研究领域的科研产业化团队所成立的,以可编程芯片与可重构系统为技术特色,以软件定义硬件为设计理念的一家高新技术企业,前身为中科院电子所的可编程芯片与系统研究室。公司坚持全正向设计技术路线,研制出具有高可靠性的可编程逻辑电路IP核、可编程芯片和EDA软件,实现可编程芯片软硬件的全面自主可控。经过十几年的积累,我们专业高效的EDA设计团队在可编程芯片EDA软件架构设计、高性能算法优化、集成环境开发等多个关键技术上取得了重大的突破,研发出支持千万门级以上可编程芯片应用的高可靠EDA软件亿灵思(eLinx)。

亿灵思软件具有eFPGA compiler的功能、具有高性能的算法、兼容国外主流EDA软件的业务流程、并且具有三模冗余的功能。目前亿灵思软件已经为上百家企事业单位的用户提供了技术服务。

02
后摩尔时代,开放连通为主旋律


传统的IC设计流程,以芯片设计为主,分为数字SOC芯片和模拟SOC芯片,纵向的分为前端设计、物理实现到后端签核三个阶段, 从而完成整个IC设计。

后摩尔时代来临,集成电路相关技术的迭代速度猛增,传统的EDA发展模式开始面临种种挑战,EDA企业们也不得不在技术策略、产业链布局等方面进行改良与创新。

去的IC设计,Synopsys以数字为主,Cadence以模拟为主,都是追求芯片级别的最佳PPA。而在后摩尔时代,以异构集成为代表的先进封装带来了系统整体设计分析的需求,最终要实现的是系统层面的最佳PPA,单独实现芯片的PPA是不够的,必须通过芯片、封装到系统三个级别同时来做这个事情。

因此,后摩尔时代的IC设计流程有了进一步的拓展:一方面,是采用3D堆叠的异构系统集成技术,把芯片和芯片通过极细间距的微凸点集成到转接板上,再利用转接板上的TSV进行联通,因此在设计三阶段的每个环节都需要把协同效应考虑进来进行系统分析;另一方面,芯片设计从原先的三阶段增加到四阶段,新增了封装和PCB设计,从系统层面进行综合的设计和分析。放眼国内EDA厂商,芯和半导体在后摩尔时代EDA设计流程中走在了最前。芯和是国内唯一一家拉通了芯片、封装到PCB板级的仿真EDA厂商,并在数字、模拟和3DIC仿真环节都布局了业界领先的工具。

据悉,目前Cadence 已经将系统集成设计作为公司未来几年发展的战略和增长引擎,Synopsys在2020年下半年也发布了3DIC Compiler等工具,以3DIC为突破口,全面升级其EDA流程,迎接市场上对于系统集成设计的热烈需求。

与此同时,开源EDA基础构件也正在赢得越来越多的支持者。

开源EDA基础构件(OpenEDI)是构建一套整合的EDA工具链必不可少的基础。通过OpenEDI开源数据基础构件,用户将可以访问完全开源开放、接口丰富的、统一高效的数据库,算法库及计算架构,利用高效的内存与符号表管理功能,进行层次化设计和增量设计。基于此基础构件开发的EDA工具之间没有数据壁垒,IC芯片的设计者能流畅地在不同设计工具之间切换而不用担心数据丢失,从而提高设计效率,缩短产品研发乃至上市时间,抢占市场。EDA工具的开发者也能受益于该数据库,激发自己的灵感,设计出顶尖的点工具,从而推动整个IC设计产业链的发展。

中科亿海微EDA设计中心总监刘洋表示,开源软件之所以得到重视,还是因为无论是芯片设计,还是EDA工具的开发,其门槛都十分高,需要具有极强的入门知识,所以这也造成了这些领域人才的稀缺。而开源技术和社区可以降低领域的门槛,使得更多领域外的研究者可以接触到更前沿、更具体的问题及解决方案,吸引他们参与其中。开源EDA的成功经验,降低了技术门槛,促使EDA软件开发人才实现了持续增长的趋势。

03
直面痛点,酝酿国产破局


当前以Synopsys、Cadence和Mentor为主的三家EDA巨头占据了全球几乎70%以上的市场份额,在中国近90%的市场也被这三家把控。海外EDA巨头产品都布局配套的全流程,且各自有强势的领域。

面对EDA行业长期保持“三足鼎立”的稳定格局,国内EDA公司近年来正奋起直追,在部分环节有所突破,但尚未形成全流程产品覆盖。那么,国产企业发展EDA的难点到底是在哪里?

生态链的建设是国产EDA发展和突破的难点之一。EDA行业本身是为半导体产业服务的,必须和整个半导体产业共同发展,先进的工艺、先进的封装以及先进的设计也必须伴随着EDA一起来成长。芯和投入了巨大的精力在生态链的构建上,因为没有这个生态链就不存在EDA工具的使用:一方面,设计公司需要EDA工具能够支持晶圆厂的PDK工艺,否则它不敢用你的工具做设计,因为一旦设计出来的东西不符合晶圆厂工艺的需要,造成的损失是不可估量的;另一方面,晶圆厂对中小EDA工具的认证却并不感冒:配合EDA工具做评估认证需要耗费晶圆厂的技术精力,而认证完毕加入到晶圆厂PDK工艺后,客户一旦使用过程中出现了问题,晶圆厂同样要担巨大的风险。所以我们评估一款射频EDA工具是否成功,通常首先会去看它在哪些晶圆厂工艺上得到过认证,否则一切都是空谈。

由于芯和常年服务于国内外龙头设计公司和晶圆制造厂,芯和与所有主流晶圆厂、封装厂、全球四大EDA公司及全球两大云平台都建立了非常稳定的合作伙伴关系。芯和的EDA工具在半导体先进工艺节点和先进封装上不断得到验证,无缝嵌入各大主流EDA设计平台中,并在用户易用性方面做了深层优化,全面降低工程师的使用门槛,提升设计质量和效率。但新起步的EDA公司,在没有生态圈建设的前提下,更多的还是处于自我摸索和实验的阶段,无法实际的满足晶圆厂工艺生产的需要。

国内发展 EDA的难点主要有以下几点:

技术门槛。EDA工具是一个“多工具”组成的软件集群,目前我国的企业在部分工具上实现了突破,但目前在完整可用的全流程工具链上,还需要更多的技术积累,而这并非短期之内就能完成。

技术集成度高。EDA是芯片设计公司、晶圆厂、EDA软件商长期协作的成果,需要大量的人才投入、数学优化和经验积累,并非一朝一夕可一蹴而就。目前许多EDA企业不仅提供EDA软件,同时也提供IP设计,既能降低成本,又能通过开发一些定制化EDA功能来提高IP质量,成为当前主要流行的模式。我国在先进制程上面的集成设计能力显著落后于国外2-3代。


人才门槛。在EDA软件研发人才方面,国内设立EDA专业的高校不太多,而且互联网和金融行业吸引了大量的软件开发人才,导致EDA软件研发人才严重不足,我国在EDA技术的知识产权保护上面也亟待加强。

据天眼查显示,国内EDA企业数量约30家,成立时间主要集中于2010年之后,主要企业包括华大九天、芯和半导体、广立微、中科亿海微、博达微、概伦电子等。与国外企业存在不小差距,发展本土EDA仍旧是迫在眉睫,目前,华为旗下的哈勃投资就已经投资了4家EDA公司。国产企业一边积极布局,一边也在寻求适合国情的突破点。

因此,产业各界必须拿出耐心和决心来投入基础科学和核心技术的发展与研发当中。而在这条更加艰难的道路上,我国的芯片产业以及相关的科技产业,要做好长期承受苦痛的心理准备。对于EDA软件产业,更是如此。

中科亿海微EDA设计中心总监刘洋认为,国内 EDA 企业的突破点可以考虑以下方面:

一,中国本土EDA公司应当与本土顶级晶圆代工公司和芯片设计公司紧密结合,相互促进共同成长,对于先进的28/14/10纳米工艺和技术重点攻关,实现点上的突破。

二,本土EDA公司一定不能拘泥于个别的点工具,平台化也非常重要。本土EDA产品要形成自己的完整解决方案,为国内外的设计公司和代工企业提供有力的支持,而不是仅仅起到点缀作用。

三,随着SoC的发展,IP的重要性日益凸显,提供与IP相关的服务与验证工具也是国内EDA公司应当考虑的发展方向。


最后,国家在大基金等政策上加大对EDA软件研发方向的支持和投入,扶持一些有技术实力和潜力的EDA公司,同时建立一个开放、共享、合作的生态链,促进国内EDA行业的健康、快速发展。


本文源自电子头条,转载目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。
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