經(jīng)過最近三十年的市場博弈，不斷兼并，強者恒強。全球EDA市場仍然由Synopsys、Cadence和Mentor三家EDA廠商所壟斷，大的格局并沒有變化。

圖1.全球最大的三家EDA軟件供應(yīng)商

(資料圖)

2018年可以看作人工智能(AI)的元年，國際著名EDA廠商已經(jīng)開始研發(fā)具有AI功能的EDA軟件，試圖在EDA軟件中應(yīng)用AI算法賦能芯片設(shè)計。今年3月12日，Synopsys推出業(yè)界首個用于芯片設(shè)計的自主AI應(yīng)用程序DSO.AI(Design Space Optimization AI)，這是電子設(shè)計技術(shù)上所取得的重大突破。3月18日，Cadence發(fā)布了經(jīng)過數(shù)百次先進工藝流片驗證的數(shù)字全流程新版軟件，采用了支持機器學(xué)習(xí)（ML）功能的布局布線和物理優(yōu)化引擎，吞吐量最高提升3倍，功率、性能和面積(PPA)最高提升20%，助力設(shè)計更卓越的芯片。而Mentor的機器學(xué)習(xí)(ML)OPC可以將光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)輸出預(yù)測精度提升到納米級，同時將執(zhí)行時間縮短3倍(參考5)。

二、前筆者的EDA軟件開發(fā)舊事

前筆者80年代在航天部七七一所讀研的時候，參與了沈緒榜院士主持的部管預(yù)研課題“智能硅編譯器”(Intelligent Silicon Compiler，后文簡稱：ISC)的研究。課題內(nèi)容是研究如何用自然語言描述要設(shè)計的芯片，如何通過計算機把芯片描述一步步編譯，最后生成制造芯片所需的芯片布圖(Layout)數(shù)據(jù)。簡單地說，ISC課題研究的是芯片的全自動設(shè)計方法，這是EDA的最高境界。即便今天看來，ISC的理想也是非常先進和高遠。目前，國外三家EDA廠商的EDA軟件還沒有實現(xiàn)ISC的理想，也就是說還不能全自動地設(shè)計芯片。

把當(dāng)前EDA軟件與ISC的理想相比較的話，差別在于：1.硬件描述語言（HDL）比自然語言低級；2.設(shè)計流程中的一個個軟件工具是人工組織起來的，不是ISC那樣自動完成的；3.芯片設(shè)計人員不但要熟練掌握EDA軟件，更要具備豐富的芯片設(shè)計經(jīng)驗，而ISC對芯片設(shè)計人員的要求不高。

當(dāng)然，ISC是一個預(yù)研課題，是一種方法論研究。在當(dāng)時電腦配置極其低下(顯示分辨率640X480、主頻4Mhz、內(nèi)存128KB、硬盤20MB)的條件下，ISC是無法真正開發(fā)出來并商業(yè)化運用。40年后的今天，在電腦配置極其豪華的條件下，全球最先進的EDA軟件還沒有實現(xiàn)ISC追求的目標(biāo)。筆者研究生論文的工作集中在ISC的組成結(jié)構(gòu)、專家?guī)煜到y(tǒng)、布圖描述語言、人機圖形接口等方面，并完成了芯片布圖的CIF格式和GDSII格式的互轉(zhuǎn)軟件，基于AutoCAD系統(tǒng)開發(fā)了坐標(biāo)紙上芯片布圖的數(shù)字化輸入軟件。

筆者算是國內(nèi)較早的IC CAD軟件開發(fā)者和系統(tǒng)應(yīng)用者。當(dāng)年七七一所購置的國外的IC CAD系統(tǒng)，包括Computer Vision系統(tǒng)(簡稱：CV系統(tǒng))和阿波羅(Apollo)圖形工作站。它們的主要功能是:坐標(biāo)紙上芯片布圖的數(shù)字化輸入，用mSPICE軟件對器件參數(shù)進行仿真，修改和檢查芯片布圖，全芯片的布局和布線，設(shè)計規(guī)則檢查，大型繪圖機繪制芯片布圖等。90年代初期在深圳使用過Tanner公司的芯片布圖編輯軟件L-EDIT，已感受到EDA軟件進步之神速。

三、EDA軟件是個苦逼的行業(yè)

說到要發(fā)展國產(chǎn)EDA軟件，行外人士倒是信心滿滿，不就是設(shè)計個軟件嗎，但業(yè)內(nèi)人會皺皺眉頭說“EDA軟件是個苦逼的行業(yè)”。這么說是有理由的，筆者認為有以下幾方面的原因。

1.EDA軟件開發(fā)很難，并且需要不斷更新開發(fā)，不斷研發(fā)投入，是一個持續(xù)“高度燒腦”的行業(yè)。EDA軟件要處理數(shù)十億(甚至上百億)個電路元件，并把它們連接成理想功能的芯片。處理和連接的難度猶如把面積僅1cm2的芯片放大25萬倍后，看到在半個深圳灣高新區(qū)的面積上，用最窄5毫米的線條(多晶硅、氧化層、外延層、離子注入?yún)^(qū)、上下層過孔、鋁連線等)縱橫交織構(gòu)成一個“電路森林”，這種縱橫交織有10～20層之多。EDA軟件既要保證這種處理、連接、縱橫交織完全不會出錯，又要滿足電路參數(shù)、速度、功能、面積、功耗等約束條件。所以，由事難想到做事的工具之難，設(shè)計EDA軟件的難度可想而知。

另外，一般軟件開發(fā)完成后，基本可以定型并大量銷售，未來的維護只是在發(fā)現(xiàn)錯誤(Bug)后，打個補丁或者更新一個版本。但是，EDA軟件首先不能出現(xiàn)Bug,另外隨著半導(dǎo)體工藝的進步(或者革命性變革)，EDA軟件都要隨著開發(fā)升級版本(或者革命性新版本)，并且它的銷售數(shù)量非常有限。因此，大的研發(fā)投入和較少的銷售數(shù)量，決定了EDA軟件價格不菲。

圖4. 1cm2的芯片放大25萬倍后，可以看到在半個深圳灣高新區(qū)的面積上，布滿了最窄5毫米的線條縱橫交織構(gòu)成的“電路森林”，縱向堆疊多達10～20層之多。2.人才培養(yǎng)難度較大，人才緊缺，薪水較高，EDA軟件是一個真正的高技術(shù)行業(yè)。EDA軟件開發(fā)不同于一般軟件開發(fā)，它交叉在軟件工程學(xué)、半導(dǎo)體和微電子學(xué)兩個領(lǐng)域之間。目前高校還沒有這樣二合一的學(xué)科設(shè)置，既要學(xué)軟件專業(yè)，又要學(xué)半導(dǎo)體和微電子專業(yè)。目前從業(yè)者可以是工作中半路轉(zhuǎn)行，惡補另外一個學(xué)科的知識；也可以是兩個專業(yè)的人配合工作，各取所長。筆者專業(yè)是計算機硬件兼顧軟件工程，讀研時學(xué)了超大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體工藝課程，所以對EDA軟件開發(fā)有一定了解。但是，如果是學(xué)半導(dǎo)體和微電子專業(yè)的人，工作中轉(zhuǎn)向從事EDA軟件編程，要掌握軟件工程的知識難度較大。目前EDA軟件人才緊缺，資深高級人才更缺，需要國家有計劃地在高校中定向培養(yǎng)。

3.用戶數(shù)量非常有限，市場不大，EDA軟件是一個凈利潤率不高的行業(yè)。市場容量不大可以理解，中國純芯片設(shè)計公司也就1000多家，其中大多是中小企業(yè)，很難做到按需購買正版國產(chǎn)EDA軟件。即便每家都買，假如平均每年每家購買100萬元的國產(chǎn)EDA軟件（國外EDA軟件另當(dāng)別論），則國產(chǎn)EDA軟件市場容量為10億多元。假如每家購買500萬元，則國產(chǎn)EDA軟件市場容量也僅50億元的規(guī)模。

再來看看國外三家龍頭EDA廠商的情況。根據(jù)股票市場的公開信息，2019年，三家EDA軟件公司的總收入合計不超過80億美元，估計全球EDA軟件市場規(guī)模不超過100億美元。2019年Synopsys和Cadence的總收入分別是33.61億美元和23.36億美元，凈利潤分別為5.324億美元和9.89億美元，凈利潤率分別是15.8%和42.3%。從歷年的情況可以看出，EDA軟件行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)小幅平穩(wěn)增長態(tài)勢，難有爆發(fā)式增長的情形，凈利潤率基本在10%～15%之間變化。所以說EDA軟件行業(yè)是一個高投入、凈利潤率不高的行業(yè)。

四、EDA軟件是我國必補短板

去年5月16日，美國商務(wù)部以國家安全為由把華為納入實體清單。過后Synopsys、Cadence和Mentor三家EDA軟件廠商相繼宣布與華為終止合作。很佩服華為具有先見之明，之前已購買了部分EDA軟件的永久許可(Licence)，今后雖然得不到原廠技術(shù)支持和最新升級，但可以維持一年半載，爭取時間另求生機。相比芯片和元器件斷供，EDA軟件斷供對華為的打擊更大。意味著如果沒有國外最新EDA軟件支持，華為將無法設(shè)計新的高性能芯片，包括手機芯片、服務(wù)器芯片、人工智能芯片等，原來的“備胎芯片團隊”也將無法做事。

目前美國還沒有對中國所有芯片公司禁售EDA軟件，如果這種極端的情況發(fā)生，國內(nèi)大約1000多家純芯片設(shè)計公司將無法正常開展業(yè)務(wù)。EDA軟件、設(shè)備、原材料和工藝技術(shù)是“卡”在我們芯片產(chǎn)業(yè)“脖子”上的四只手。正如美國警察肖萬非法“鎖喉”弗洛伊德一樣，任何一只手發(fā)力都讓我們的芯片產(chǎn)業(yè)“無法呼吸！”。因此，發(fā)展國產(chǎn)EDA軟件再苦再難，這個事關(guān)我們信息技術(shù)(IT)產(chǎn)業(yè)安危的短板必須補上。

目前，國內(nèi)EDA軟件廠商有華大九天、廣立微、概倫電子、芯禾科技、匯頂科技等近十家公司，并且近幾年都加大了研發(fā)投入，但還難以與國外先進EDA軟件相提并論。現(xiàn)實情況是，1.國產(chǎn)EDA軟件在特定功能上有特點和特色，應(yīng)用于某些小眾場合沒有問題，(這也是他們面對國外EDA三巨頭的生存之道)。但是能形成全流程大范圍應(yīng)用的產(chǎn)品較少。2.有國外先進EDA軟件可用情況下，國產(chǎn)EDA軟件認可度很低，從研發(fā)、使用、反饋、提升的“正反饋”鏈條難以形成，產(chǎn)品快速迭代和競爭力提升無法完成，制約了國產(chǎn)EDA軟件的成熟。所以有個奇怪的說法，國外EDA軟件禁止之時將是國產(chǎn)EDA軟件行業(yè)的春天。3.EDA軟件人才緊缺，需要國家有計劃地定向培養(yǎng)。

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