世纪浪人:勇闯激流险滩,中国EDA产业乘风破浪

来源:世纪浪人  时间:05-17 智库
中国虽然有很多互联网公司,能够设计出微信、抖音这些世界级App,但在工业软件领域,非常落后。而Synopsys、Cadence、Mentor三家美国背景的巨头占据了中国95%的市场,剩下的5%,国内厂商还要与国外其他公司竞争。这成为中国制造业,特别是电子工业的关键短板。

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封面图片:立创EDA设计软件主界面(来源:快科技)

   【前言】中国EDA技术从破局到飞跃,可以用八个字概括:日新月异、突飞猛进……

  据投资界5月13日消息,国内EDA(集成电路设计工具)智能软件和系统领先企业“芯华章”宣布完成超过4亿元Pre-B轮融资,由云锋基金领投,经纬中国和普罗资本(旗下国开装备基金)参投。在本轮融资中,芯华章既有股东红杉宽带数字产业基金、高瓴创投、高榕资本、大数长青持续支持,皆在本轮坚定跟投。Pre-B轮融资将继续投入吸引全球尖端人才加入芯华章,启动EDA 2.0下一阶段的研究及技术创新。

  一、 EDA概念

  1. 释义

  EDA是电子设计自动化(Electronics Design Automation)的缩写,在20世纪60年代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。

  EDA技术是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。用硬件描述语言VerilogHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。

  利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

  2.EDA的设计方法

  (1)前端设计(系统建模RTL级描述)后端设计(FPGAASIC)系统建模。

  (2)IP复用。

  (3)前端设计。

  (4)系统描述:建立系统的数学模型。

  (5)功能描述:描述系统的行为或各子模块之间的数据流图。

  (6)逻辑设计:将系统功能结构化,通常以文本、原理图、逻辑图、布尔表达式来表示设计结果。

  (7)仿真:包括功能仿真和时序仿真,主要验证系统功能的正确性及时序特性。

  EDA设计流程(来源:电子发烧友)

  3.EDA的设计技巧

  EDA设计演示(来源:新浪科技)

  (1)密码锁输入电路KEYB0ARD.VHD中对各种分频信号/信号序列的设计有独到之处。该设计中,利用一个自由计数器来产生各种需要的频率,也就是先建立一个N位计数器,N的大小根据电路的需求来决定。N的值越大,电路可以除频的次数就越多,这样就可以获得更大的频率变化,以便提供多种不同频率的时钟信号。若输入时钟为CLK,N位计数器的输出为Q[N-1,0],则Q(0)为CLK的2分频脉冲信号,Q(1)为CLK的4分频脉冲信号,Q(2)为CLK的6分频脉冲信号,……Q(N-1)为CLK的2N分频脉冲信号;Q(5DOWNT04)取得的是一个脉冲波形序列,其值是依00、01、10、11、00、01周期性变化的,其变化频率为CLK的25分频,也就是32分频。我们利用以上规律即可得到各种我们所需要频率的信号或信号序列。

  (2)键盘输入去抖电路的设计程序DEBOUNCING.VHD在实际系统的开发中有较好的参考价值。

  (3)密码锁控制电路CTRL,VHD中对于数据的更新及移位方法比较好。程序中使用语句“ACC《=ACC(11DOWNT00)&DATA_N”非常简洁地同时实现了ACC中的低4位用DATA_N进行更新,而高12位用ACC中的原来的低12位左移而来的处理。

  (4)在密码锁输入电路等模块的程序的设计和仿真中,为了便于观察一些中间结果,在程序中增加了一些观测输出点。这一设计技巧,对于较大的程序或多进程程序的设计非常重要。同时在仿真时,为了便于观测全局结果,降低了分频常数。同理,在进行程序仿真时,对于程序中数目较大的分频/计数/计时常数的修改是非常必要的。(素材来源:高校EDA学科教材摘录)

  4.全球顶尖的EDA公司

  ⑴Synopsys

  Synopsys公司位于美国加利福尼亚州山景城,是全球排名第一的电子设计自动化(EDA) 解决方案提供商,全球排名第一的芯片接口IP供应商,同时也是信息安全和软件质量的全球领导者。作为半导体、人工智能、汽车电子及软件安全等产业的核心技术驱动者,新思科技的技术一直深刻影响着当前全球五大新兴科技创新应用:智能汽车、物联网、人工智能、云计算和信息安全。

  ⑵Cadence

  Cadence总部位于美国加州圣何塞(San Jose),是一个专门从事电子设计自动化(EDA)的软件公司,由SDA Systems和ECAD两家公司于1988年兼并而成。是全球最大的电子设计技术(Electronic Design Technologies)、程序方案服务和设计服务供应商。其解决方案旨在提升和监控半导体、计算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品以及其它各类型电子产品的设计。产品涵盖了电子设计的整个流程,包括系统级设计,功能验证,IC综合及布局布线,模拟、混合信号及射频IC设计,全定制集成电路设计,IC物理验证,PCB设计和硬件仿真建模等。

  ⑶Mentor

  Mentor公司总部设在美国的加利福尼亚州的圣芭芭拉市,是电子设计自动化技术的领导厂商,提供完整的软件和硬件设计解决方案,让客户能在短时间内,以最低的成本,在市场上推出功能强大的电子产品。要把一个具有创意的想法转换成市场上的产品,其中的困难度已大幅增加;为此 Mentor Graphics提供了技术创新的产品与完整解决方案,让工程师得以克服他们所面临的设计挑战。

  我们可以看到,全球顶尖的三大EDA厂商均属美国公司,面对美国日复一日的对华封堵,我们必须拥有自己成熟的EDA企业,从而实现该项目的突围。

  5. EDA技术的应用

  EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面,几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具(如multiSIM、PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统),为今后工作打下基础。

  科研方面主要利用电路仿真工具(multiSIM或PSPICE)进行电路设计与仿真;利用虚拟仪器进行产品测试;将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中;从事PCB设计和ASIC设计等。

  在产品设计与制造方面,包括计算机仿真,产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真,生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的制作过程等。

  从应用领域来看,EDA技术已经渗透到各行各业,如上文所说,包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA应用。另外,EDA软件的功能日益强大,原来功能比较单一的软件,现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计,也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

  6.EDA未来发展趋势

  中国虽然有很多互联网公司,能够设计出微信、抖音这些世界级App,但在工业软件领域,非常落后。而Synopsys、Cadence、Mentor三家美国背景的巨头占据了中国95%的市场,剩下的5%,国内厂商还要与国外其他公司竞争。这成为中国制造业,特别是电子工业的关键短板。

  为什么工业软件这么难?它和一般的IT软件不一样,像我们平时使用的淘宝、QQ等,只需实现数据交换、通讯等功能,不需要程序员了解其他学科的知识。开发者不仅懂代码,还要了解工业制造。行业内工程师将自己多年的实践经验,总结成算法,融合到软件里,日积月累,更新换代。而这样的平台,往往只有大的制造企业才能掌握,哪怕苹果、亚马逊产品酷炫、市值过万亿,也难在工业软件上有所作为。单从代码行数来看,世界上最大的软件公司,不是微软,也不是谷歌,而是全球最大的军火商,洛克希德·马丁公司。

  从目前的EDA技术来看,其发展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。

  中国EDA市场已渐趋成熟,不过大部分设计工程师面向的是PCB制板和小型ASIC领域,仅有小部分(约11%)的设计人员开发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争,中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的EDA技术。

  在信息通信领域,要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术,积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品,发展新兴产业,培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化,积极开展计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助工艺(CAPP)、计算机机辅助制造(CAM)、产品数据管理(PDM)、制造资源计划(MRPII)及企业资源管理(ERP)等。有条件的企业可开展“网络制造”,便于合作设计、合作制造,参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合,形成测量、控制、通信与计算机(M3C)结构。在ASIC和PLD设计方面,向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。

  外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好,如组合超大屏幕的相关连接,多屏幕技术也有所发展。

  中国自1995年以来加速开发半导体产业,先后建立了几所设计中心,推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。

  在EDA软件开发方面,目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具,但不对外开放。中国华大集成电路设计中心,也提供IC设计软件,但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。据最新统计显示,中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场,年复合增长率分别达到了50%和30%。

  二、我国EDA产业发展概况

  1.概况

  总体来讲我国EDA软件的发展现状就是:与国外差距巨大,同时市场也被国外所垄断,缺乏建设EDA软件的专业人才,想要赶超世界先进水平还有极其漫长的路续要走。

  目前在国内市场,国外厂商占据了95%份额,而国产厂商仅仅占据了5%的份额。

  2018年中国EDA市场集中度情况(来源:公共资料整理)

  在EDA电子设计软件上,我国与西方发达国家还有很大的差距,目前我们几乎没有同西方一样的设计软件,一旦被他人制裁,届时我们将面临没有EDA软件可用的局面。然而EDA软件又是设计电子芯片,电路板必需的软件,涵盖了 IC 设计、电路板设计布线、验证和仿真,测试等所有方面,目前还没有其他软件工具可以替代EDA的。所以在行业内将EDA软件称为——电子工业之母,因为EDA软件是 IC设计,电路板设计最上游、最高端的产业。

  2019年全球EDA行业市场占有份额(来源:公共资料整理)

  就2019的营收情况来看,2019全球EDA软件市场规模约为90亿美元,然而这三家公司占据了其中的70%份额,约为60多亿美元,几乎处于EDA产业的垄断地位。这种局面也导致了新生的EDA公司刚建立时几乎占不到任何的市场份额,没有市场份额就限制了新生公司的发展,这样话的EDA行业几乎就一直处于这三者垄断的局面。不幸的是,我国的EDA企业诞生的大多较晚,发展较为缓慢,因而想要在短时间内赶超世界先进的EDA技术还有很长很长的路要走。

  谈到国内的EDA行业,很多人的第一反应就是华大九天,也就是在EDA行业非常熟悉的命名为“国宝级”的熊猫IC CAD系统。

  华大九天成立于2009年,其前身是原华大电子“熊猫”EDA设计平台。该平台曾承担过国家重大科技攻关研发项目熊猫IC CAD系统的研发,并获得国家科技进步一等奖,虽然获奖但在市场化道路上充满了艰辛和坎坷。在九十年代国家908项目的推动下,作为国家布局的设计中心都曾购买过熊猫系统,但随着几家国际巨头公司的进入,市场份额一下子被占据了绝大多数,这就导致了它的市场变得很小,比以往更加艰难。不过作为我国EDA企业的支柱,华大九天目前已发展成为我国规模最大、技术最强的EDA龙头企业。可以提供全流程数模混合信号芯片设计系统、SoC后端设计分析及优化解决方案、平板(FPD)全流程设计系统、IP以及面向晶圆制造企业的相关服务,其客户已经覆盖了国内很多的集成电路企业。

  除了华大九天之外,在我国另一家比较著名的EDA企业是山东济南概伦电子科技有限公司。概伦公司于2010年3月成立,产品包括电路仿真/良率导向设计技术和半导体器件模型/噪声测试解决方案,下一步产品方向为新一代大规模高精度仿真及设计验证平台、针对纳米级制造技术的半导体器件建模库平台及测试验证系统等。前一段时间概伦电子收购博达微科技,博达微主要产品是测试领域的半导体测试系统,以及人工智能算法为核心的半导体测试方案、器件模型以及物理验证工具。两家公司过去既是竞争对手,也是合作伙伴,这次收购有助于发挥双方各自特长,互补共赢这也在一定程度上促进了我国EDA企业的发展。

  广力微是一家专门为半导体企业提供性能分析和良率提升方案的公司,2003年成立,总部设在杭州。提供基于测试芯片的软硬件系统和整体解决方案,可用于高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析的全流程平台,该平台可有助于提高集成电路性能、良率以及稳定性。

  苏州芯禾科技是一家专注EDA软件、集成无源器件IPD和系统级封装SiP研发的公司,2010年成立。可为芯片设计公司和系统厂商提供差异化的软件产品和芯片小型化解决方案,包括高速数字设计、IC封装设计、和射频模拟混合信号设计等。

  九同方微电子有限公司,总部设在武汉,简称“九同方”,成立于2011年。拥有16名留美博士核心研发团队。提供完备的IC流程设计工具,从电路原理图设计、电路原理仿真(超大规模IC电路、RF电路),到3D电磁场全波仿真的IC设计全流程仿真能力。

  再就是前言所述的国内EDA领先企业“芯华章”,作为一家创新驱动的硬科技公司,芯华章已完成对EDA 2.0的第一阶段研究,即将公布成果,此阶段研究将有助于确立其研发下一代EDA的技术路径,提高集成电路产业链整体效能,全面支撑未来数字化发展。

  芯华章汇聚了一批来自全球EDA、云计算、人工智能等领域的顶尖行业精英。基于其丰富的产业积累和先进的技术理念,创始团队选择了研发难度大、战略意义深刻的芯片验证环节作为其主要产品赛道,并全面开展下一代云化、智能化电子设计平台EDA 2.0的前沿创新工作。EDA是个高壁垒、重资金的行业,我们期待见证芯华章的成长,也会全方位支持公司赋能国产半导体软件的数字化发展与飞跃。

  除了企业之外,有些高校和科研机构也有从事于EDA软件研发的团队。例如中科院青岛EDA中心,清华大学计算机系EDA研究室和复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室等。这些高校和科研机构为EDA的研发提供了更多的动力,有助于让我国在EDA技术上尽快取得突破性的进展。中科院青岛EDA中心是微电子产业发展不可或缺的重要平台之一,主要为集成电路设计企业提供中立、开放的设计、软件、知识产权、技术培训等公共服务,通过为企业提供解决共性问题的环境,促进集成电路产业链的快速形成。

  2019年前中国较有影响的EDA公司概览(来源:电子发烧友)

  2.痛点

  纵观国内众多的EDA企业,但是相对比较分散,个体还比较小。对于EDA这个小众市场,全球三家就可以做到70%占有率。我们多数EDA公司除了华大九天以外,其他公司的起步都比较晚。在市场被大量占据垄断的情况下,后者虽然可畏但奋力追赶势必是一件很艰辛和困难的事情。

  除此之外,笔者认为中国EDA行业最难的突破点应该是人才。全球EDA从业人员从2017年3.72万人增加到2018年4.28万人,增加了0.56万人。虽然人数在增加,但作为芯片/集成电路产业链的最前端,EDA软件领域的研发人才相对于其他环节的人才是少之又少。因此我国应联合多个部门,从EDA人才的培养入手,在各个高校中大量培养EDA建设开发人才,努力争取从人才方面突破西方发达国家对于顶尖EDA技术的封锁。

  在中美贸易战的大背景下,面对芯片设计的难关,EDA软件平台的建设迫在眉睫,相较于国际EDA巨头,国产EDA在三个方面差距十分明显:首先缺少数字芯片设计的核心工具模块,无法支撑数字芯片全流程设计;其次先进工艺支撑不够,暂时未进入先进代工厂的联盟;还有缺乏制造及测试EDA系统,无法支持集成电路封测的应用需求。现在各个层面,从大学EDA人才培养,到华大九天提供的EDA软件培训,还有代工厂先进制程的不断开发,我们期待未来中国EDA企业取得不断地突破,成功的将EDA的核心技术掌握在自己手中,真正实现国产芯片的设计自主可靠,不受他人的干预。

  2014-2019年Q1全球EDA行业市场规模及增长(来源:公共资料整理)

  三、破局

  近几年,国产工业软件也在不断发力,但是核心模块仍然受制于人,基本上是在别人的地基上,搭建自己的产品。常见的工业软件产品中,很少由一家公司编写所有的代码。这就像生产汽车一样,没有哪家公司所有的零件都自己生产,肯定要向外采购。但是要注意的是,核心的部件,肯定要自己造。比如说,波音公司研制787型飞机时,使用了8000多种软件,只有不到1000种是市场上的商业软件,其他的都是波音自己研发的,并且不对外销售。

  国内很多企业和研究机构,使用国外的工业软件,存在安全隐患。2020年年6月,哈工大、哈工程被禁止使用Matlab,这是一款常用的商业数学软件,由美国公司开发,在学术研究领域处于垄断地位,全球有6000多所大学,1万家企业在使用。哈工大、哈工程因为参与军方项目,被禁止使用该软件。这多少会影响到老师和学生,因为论文中的很多数据图片,都需要用Matlab绘制。

  更加需要警惕的是,国内很多重大工程项目,都有采用国外的软件,像西气东输工程、南水北调工程,采购的都是国外的产品系统。国产的“华龙一号”三代核电技术,已经是世界一流,但业内人士透露:“如果德国西门子现在对中国民用核工业领域禁用NX软件,将是一场灾难,整个产业将受到巨大影响,甚至无法正常运转”。同样在航空航天领域,中国的歼-10、歼-16、歼-20 、运-20、飞豹战斗轰炸机、长征五号火箭,都需要依赖法国达索公司开发的软件。可是在2011 年,达索公司的软件被曝存在计算机后门,这可能意味着客户设计的产品参数信息会被泄露。

  实际上,国产工业软件起步并不晚,1976年,国内企业从IBM引进了当时最先进的MRPII软件,并带回说明书,里面详细的记载了该软件的基本原理和算法,这可看作是中国工业软件的起步。一批国内的研究机构和企业,在国家政策的支持下,研发国产工业软件。90年代的时候,中国公司的产品一度占据国内市场25%的份额。当时,国产工业软件与国外产品相比并不差,国外产品引进有汉化和适应中国国情的问题,有些方面国产工业软件的优势还比较明显。

  华龙一号核反应堆工作原理(来源:腾讯看点快报)

  我国也正在为下一步的芯片核心技术攻关储备人才,2020年10月22日,由东南大学牵头、联合江北新区政府成立了南京集成电路大学,目的就是培养集成电路人才,可以说南京集成电路大学是中国的首家“芯片大学”。前不久中国又一顶尖学府宣布成立了集成电路学院,它就是清华大学,目的也和南京集成电路大学一样,主要为国家培养目前紧缺的芯片人才,清华大学可以说是中国目前最顶尖的高等学府,更是无数学子梦寐以求的大学,相信有了它的加入,中国实现芯片制造的周期将会大大缩减。

  四、战略

  芯片制造离不开EDA设计。中国是全球最大的芯片进口国,年均进口中高端芯片总值超过2000亿美元,芯片消费市场超过万亿美元,是全球芯片企业最重要的销售市场。长期以来,我国装备制造业和消费电子业采用的中高端芯片主要依赖进口,利润集中在上游,产成品附加值低,即便在某些领域已经开发出中低端的芯片产品,但受供给能力的制约, 仍然无法创造更高的价值回报。

  如今,越来越多新兴产业与技术的层出不穷,使得芯片需求与要求不断走高,伴随着芯片发展再度成为风口,各国对于芯片产业也是愈发重视与关注。今年以来,在激烈的行业竞争之下,全球芯片产业发展便迎来了巨变。一方面行业并购潮的升温,使得行业洗牌持续加速;另一方面美国对我国的进一步打压,也使得全球产业链遭受重创。

  在强有力的政府主导下,近期我国已经出台了多项芯片支持政策,同时也释放出众多企业红利。例如在去年9月,国务院便印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,其中在强调集成电路产业和软件产业重要性的同时,也对产业链上的企业推出税收红利,据了解,满足要求的企业最高可免税十年。

  随着中美贸易摩擦的升级,无论是从市场接受程度还是从未来的发展来说,都将对我国集成电路产业的发展带来或多或少的负面影响。要知道,核心技术受制于人是我国集成电路产业大而不强的症结所在。

  众所周知,集成电路产业是全球化分工,国际化发展的。因不确定因素增加和各方面限制,对于政府及民间投资和利用外资“双轮驱动”的中国集成电路产业,今后的前进之路也会多一些崎岖。也影响到中外技术的充分交流与合作,技术创新一定程度上会受到影响。我国的一些外向型半导体企业将受到境外订单减少的不确定性影响,导致出口下降;进而代工企业的产线有放空的影响。在产业链无法完全补齐的情况下,生产工艺用的关键装备、材料仍需国外供给,国产替代的逻辑在短期内很难完全实现。

  尽管未来发展的道路依然曲折,但长期来看,对于中国半导体业发展可能是一次极好的机遇,许多产业发展中的深层次矛盾会趁此次机会解决部分,甚至更多。由此我们对国产集成电路产业链的崛起依然充满信心。

  我国集成电路产业突围已在路上。在加速国产化基础上构建国内供应链,形成较完善的自我配套能力,将会成为重要议题并加大力度进行实施。可以大大地推进集成电路生产供应链的国产化进程,尤其是推进国内终端应用半导体集成电路的国产化水平,大大提升集成电路生产企业的自我创新能力与积极性,并逐步形成良性循环。

  支持国产EDA等关键工具软件的研制,加快集成电路基础平台的建设,促进集成电路人才的培养。逼迫国产EDA等关键工具软件加速进入大规模应用阶段。同样,集成电路产业的发展离不开基础平台和集成电路人才的需求,因此,政府应在集成电路基础平台的建设和人才培养上给予足够政策,进一步保障集成电路的设计开发。

  加大对集成电路重点领域和重点平台的投入和政策扶持。尤其应大力度加大对人才的政策扶持,近几年,我国集成电路产业在需求驱动下迎来了难得的发展机遇。在加大投资力度的同时,各地政府更应该聚焦关键技术及高端环节,集中力量实现我国集成电路产业实质性突破,避免跟风抢进与重复投资。

  在国家政策支持下,芯片投资力度加大,芯片创业公司如雨后春笋般涌现。但是,需要注意的是,芯片投资不宜过热,否则,将乱象丛生,如武汉弘芯半导体项目烂尾并引发行业震动,就是一个很好的例子。

  五、结束语:勇者胜

  中国拥有全球数量最多的芯片设计公司,芯片设计水平也位列全球第二,仅次于美国。我们设计出了一批优秀产品,连续几年登上世界第一宝座的“神威·太湖之光”超级计算机用的CPU(中央处理器)芯片,就是典型代表。国产手机、电脑和服务器用的CPU芯片性能也基本上达到了国际先进水平。但还存在设计工具方面的“短板”。

  芯片设计需要依赖电子设计自动化工具(EDA),这一工具使设计者能用计算机进行一系列工作,最终完成芯片设计。目前,提供该软件服务的主要是3家美国公司。在芯片制造领域,包括制造工艺和制造装备,中国能力尚弱。芯片制造听上去像是传统制造,实际上其制造工艺和装备的精密、繁杂程度远超后者。其工艺包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化、扩散、氧化……与制造工艺相对应的,是200多种关键制造装备,包括光刻机、刻蚀机、清洗机、切割减薄设备、分选机等。每种装备的制造技术要求都很高,制造难度极大且造价十分高昂。

  中科院院士倪光南说:目前,在芯片制造领域,占有领军地位的企业大多来自美国、日本等国家,中国芯片制造厂80%的装备需要从国外进口。有了装备,还要开设生产线、制定经营计划。建厂需要2-3年,芯片制造技术不断迭代更新,如果新建成的生产线不能充分实现量产,之前的投入将面临重大风险。此外,芯片制造所需的材料,如光刻胶需全部进口。国内半导体材料产业与发达国家相比仍存在较大差距。

  到目前为止,虽然我们有华为海思、中芯国际等国际知名的芯片设计和芯片制造企业,但就整体而言,相较国际先进水平,我们可能需要一二十年才能追上。主导理念的偏差导致创新推进不够是现实原因。核心技术是买不来的。中国芯片行业的“短板”最终还是需要中国人自己奋斗追赶。

  中国本土DEA发展建议(来源:前瞻产业研究院)

  将人工智能引入EDA行业已刻不容缓。现今,半导体行业和电子产业将保持持续增长态势,人工智能(AI)、机器学习和汽车应用将成为市场的主要驱动力,为即将颁布的5G标准铺平道路的各种应用也将成为重要推手。对EDA行业来说,将人工智能引入EDA工具的未来而言是至关重要的。AI算法可以帮助客户设计达到最优化的PPA目标(功耗、性能、面积),开发性能更高的终端产品。具备AI特性的EDA工具将助力客户设计出更好的芯片,并快速推向市场。

  2016-2019年中国EDA行业规模统计(来源:前膽产业研究院)

  目前,我国企业在工具的完整性方面与国外企业相比,有明显的差距。而EDA的重要性不言而喻,一旦EDA受制于人,整个芯片软件产业的发展都可能停摆,发展国产EDA迫在眉睫。面临国际环境不确定性,本土EDA企业有望厚积薄发,在技术创新、融资运营上有所提升,打破EDA厂商竞争格局。

  狭路相逢勇者胜!面对美国及其盟友的全面封堵,我相信:在较短的时间内,我国DEA产业必将实现历史性的突破,跻身于全球前三强并进一步向更高层次迈进。

  (本文数据来自Wind资讯、新浪科技、半导体行业观察、电子发烧友、前膽产业研究院等)

  (本文图片已标明出处,如有侵权,请联系作者删除)

  (来源:资鲸网 作者:世纪浪人)


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