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半导体

EDA工具对集成电路产业为何如此重要?

如果把芯片比喻为一件设计精美的工艺品,那么电子设计自动化(EDA)工具就是雕刻这件工艺品的刻刀,因此它对于集成电路产业的重要性自是不言而喻。国内EDA企业在发展的过程中应该充分树立“战略冗余”的观念,在努力补齐自身短板的同时,还要在半导体产业链的某一细分领域做到“独步天下”,以此成为全球产业链中必不可少的重要组成部分。

由于前期重视程度不够,国内EDA产业发展相对落后。现阶段,突破先进材料和器件等电子工程方面的难度持续加大,但计算机科学,尤其是近些年人工智能和云技术的发展却给我国EDA行业的变革带来了新的机遇。

EDA技术被国外企业垄断

芯片的设计离不开EDA工具的加持。近年来,尽管部分产品晶体管数量的增长率已经放缓,但摩尔定律仍然是业内普遍遵循的指导原则。有消息称,苹果iPhone12搭载的A14处理器的晶体管数量将达125亿个。若不借助高度自动化的EDA工具,设计包含如此庞大数量晶体管的芯片显然是一项无法完成的任务。

随着集成电路设计的复杂程度日益提高,芯片的验证无疑是决定芯片流片是否成功的最关键环节之一,而EDA工具正是验证环节中不可或缺的重要帮手。

芯华章董事长兼 CEO王礼宾在接受记者采访时表示,在芯片的研发过程中,芯片的验证贯穿着整个设计流程,因此它芯片的验证过程越充分,芯片流片的成功率就越高,而EDA工具在这个过程中能够起到一锤定音的作用。“由于芯片设计的规模增加,EDA验证是决定芯片成败的关键工具。”王礼宾说。

作为半导体行业的核心产业之一,EDA产业一直被国外巨头垄断。全芯智造BD总监韩明在此前接受《中国电子报》记者采访时表示,在EDA领域,Synopsys、Cadence和Mentor Graphics这三家公司被称为“EDA三巨头”。据悉,这三家公司占据了全球市场超过65%的份额,在中国所占的市场份额甚至高达90%。

国内EDA产业的发展一直落后于国外。北京华大九天软件有限公司董事长、南京集成电路设计服务产业创新中心董事长兼总经理刘伟平在接受专访时告诉记者,我国半导体产业的整体起步时间较晚,因此我国在EDA方面的布局也相对滞后,没能形成良好的协同发展模式。这导致了目前国内EDA产业的发展存在较大问题,特别是在核心技术方面存在缺失。

人才的缺失也是当前国内EDA产业面临的一大问题。韩明表示,人才是EDA产业可持续发展的主要动力之一。然而,国内EDA人才较少,这导致了目前国内EDA公司的从业人员不足千人。人才的缺失使我国EDA产业的发展相对落后。相比之下,国外领先的EDA公司都通过内生发展和收购整合,利用跨国公司的优势在全球范围内网罗优秀人才。

云技术将是EDA重要推手

核心技术的缺失使国内EDA产业缺乏核心专利,导致我国在全球EDA知识产权的竞争中处于不利地位。由于我国需要支付多套EDA工具专利费,高昂的成本直接拖累了本土芯片的设计周期,大大削弱了其在市场中的竞争力。此外,自身技术基础的薄弱也使我国在高精度芯片的研发上无计可施。面对如此困境,我国EDA产业的发展之路在何方?

集成电路产业的迅速发展能够对国内EDA产业市场需求的增长起到带动作用,从而促进该产业的发展。王礼宾介绍,受新冠肺炎疫情的影响,2020年上半年全球的半导体市场形势不佳,只有中国的半导体市场呈现上升态势。这种一枝独秀的局面显示了国内半导体市场巨大的发展潜力。他还指出,2020年中国集成电路行业的销售收入有望突破9000亿元。到2025年,国产芯片的自给率要达到70%。基于集成电路行业与EDA产业紧密的联系,王礼宾认为,在未来5~6年,我国EDA产业的市场容量会增加5倍左右,因此国内EDA产业具备广阔的市场前景和较大的发展潜力。

人工智能技术的发展为我国EDA产业提供了新的发展机遇。根据ABI Research发布的报告,到2024年,全球云端AI芯片的市场规模将扩大至100亿美元。与此同时,全球边缘AI芯片的市场规模也将以31%的年平均增长率持续扩张。

AI技术的发展催生了终端市场对AI芯片的强烈需求,而AI芯片对封装的小型化要求十分苛刻。先进的EDA工具正是满足这一需求的重要解决方案。具体来讲,为了在越来越小的单位面积上集成越来越多的晶体管,EDA工具需要与时俱进,通过其性能的改良和提升,顺应AI技术的发展潮流。因此,AI芯片在市场上的火爆可能会让更多厂商意识到EDA工具的重要性,从而加大对其的投资和研发。

在EDA工具顺应AI技术发展潮流的过程中,云技术也是不容忽视的关键力量。王礼宾表示,芯片设计公司不仅需要EDA产品,也需要EDA服务,因此EDA服务上“云”是未来重要的发展趋势。他表示,很多公司在购买EDA产品的同时也在购买EDA服务。如果没有EDA服务,他们就很难用好EDA产品,也就不能做好芯片的设计。而云验证服务是基于云技术的验证服务,云端庞大的运算能力能够有效解决仿真耗时的问题。当客户在设计复杂的系统级芯片时,它能够提高芯片的验证效率并降低其验证成本,在满足客户多样化需求的同时帮助他们更加灵活地使用EDA产品。

总体来说,云服务厂商在硬件部署、软件创新和软硬件协同等方面已成为了推动智能化进程的中流砥柱。因此,云技术无疑将成为促进EDA产业发展的重要推手。

下一代EDA技术成突破关键

当前复杂的国际形势对中国半导体产业的发展并不有利。在这种处处掣肘的大环境下,EDA产业的重要性将进一步凸显。研究和开发EDA工具绝非一日之功。为了抓住新技术带来的新机遇,业内企业需要为该产业的发展采取更积极、更主动的举措,合力发展国内EDA产业。

我国半导体企业需要共同参与EDA产业的生态建设,以此构建良好的产业生态环境。刘伟平指出,EDA产业是芯片设计、制造、封测企业间重要的合作桥梁,因此EDA产业的生态建设需要半导体全产业链的各个企业共同协作营造,而这也是未来我国EDA产业能否实现突破的关键。

现阶段,华大九天、芯华章、全芯智造等国内EDA领先企业持续加大研发力度,已与国内外多家半导体企业开展了深度合作,在部分领域形成了具有行业竞争力的特色优势,生态效应逐步显现。“未来,随着国内半导体产业链的逐步完善,华大九天等EDA厂商将进一步推进国内EDA领域的战略协作,以此加快产业生态建设的进程,助力我国EDA产业生态的构建。”刘伟平说。

国内EDA企业还应树立“战略冗余”的观念。何为“战略冗余”?韩明对此作出了解释:“‘冗余’是半导体领域的一个专用术语。它指的是在电路上增加冗余电路,以保证整个芯片不受部分失效电路的影响,从而实现芯片的正常工作并保证其良率。”韩明表示,国内EDA公司在考虑商业和市场价值的同时,也要树立“战略冗余”的观念,从产业链上的细分领域做起,努力补齐自身短板。

我国EDA产业也要在产业链的某些细分领域做到世界领先。韩明指出,只有在某些细分领域做到极致,我国EDA产业才能成为全球产业链中密不可分的一部分。

国内EDA企业还要创新求变,积极参与布局下一代EDA技术。王礼宾表示,业内不仅要在EDA技术上实现突破和创新,还要合力研发先进工艺,在先进工艺的研发流程上实现更新和迭代。此外,国内EDA企业还要加大对EDA创新人才的培养力度。“人工智能、云计算等先进技术的发展,以及先进工艺研发流程的迭代等都为布局下一代EDA技术提供了契机。这时,业内就更加需要EDA领军人才的出现。他们对EDA技术发展的最新趋势和先进工艺的研发有着敏锐的洞察力,因此能够帮助我国EDA产业摆脱困境,实现跨越式发展。”王礼宾说。

责任编辑:赵强


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