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揭秘EDA软件开发:芯片设计与软件工程的跨界合作挑战与中国EDA发展历程

作者:软荐小编      2025-01-05 14:02:15     173

网上有句话,有100个顶级芯片设计师团队,对软件开发一窍不通,有100个对芯片设计一窍不通的软件工程师,谁能先开发EDA。

答案是不可能,但是如果把这200个人集中起来一起开发呢?答案仍然是不可能,因为两支球队之间很难合作。

那么开发EDA软件需要什么条件呢?什么是 EDA 软件?中国的EDA软件发展经历了怎样的残酷历史?

小伙伴们大家好,我是工研室的胖叔叔。今天我要讲的是半导体行业的摇篮——EDA软件。

什么是 EDA 软件?

EDA的全称是Electronic Design Automation。它是芯片设计中必须使用的一类软件工具。它涵盖了芯片设计的整个过程。芯片设计公司需要完成芯片设计、仿真、验证等许多大大小小的环节。不同环节对应不同的EDA软件,经过多轮设计和验证,最终生成完整的芯片布局文件,然后才能交付晶圆厂进行生产。

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这看起来很简单。是不是和室内家居装修设计一样简单呢?只要设计师制定好方案,交给施工队就可以了。

然而,当今芯片上的晶体管数量已以亿计。这相当于一个家居装修设计师设计了1亿个房间,同时还要考虑房间之间沟通的效率。如果没有自动化软件,这是不可能实现的。

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例如,当今14纳米芯片的设计成本为2亿美元,7纳米芯片的设计成本为6亿美元。这是用 EDA 实现的。如果没有EDA,就需要大量的设计人员来完成大量重复且枯燥的工作。一方面会大大拉长开发周期,同时成本也会增加200倍以上。那么,设计一颗7纳米芯片需要1200亿美元。考虑到人才数量和时间段,没有EDA根本不可能设计出芯片。

中国的EDA软件经历了怎样的历史?

在20世纪80年代,还没有互联网的时候,中国制定了EDA软件的专项计划。 1993年,国内自主研发的EDA系统“熊猫”问世,短暂掀起了国内EDA的一股潮流。当时国内有20家公司使用国产EDA,完成了200多个芯片的设计。当时,Panda EDA与国际领先水平还有差距。它没有现在那么大。

随后到了1994年,对EDA厂商的限制取消,国外厂商大量涌入中国,带来了更齐全、更先进的工具包,以及成熟的商业模式和策略,迅速抢占了国内EDA市场,让国内厂商在EDA行业中占据了一席之地。十几年基本停滞不前。

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新思科技在人民大会堂举行向清华大学捐赠仪式

这种现状一直维持到2008年,但直到现在,EDA的国产化率仍然很低。

目前EDA软件被国外三大巨头垄断,分别是Synopsys、Cadence以及收购Mentor的西门子集团。该行业最大的特点是研发投入高软件设计开发,但市场规模极小软件设计开发,从业人员不多。三大巨头公司员工总数约为28000人,占全球EDA行业的60%。

国内所有EDA公司的人员总数只有1500人。国内最大的EDA公司只有660人,研发人员不到500人。而且,这样的研发人才非常稀缺。他们不仅需要了解软件开发,还需要对芯片设计和制造有深入的了解。想要与国际巨头竞争,还需要数万人才的参与。尽管近年来发展迅速,但填补人才缺口还需要几年时间。

除了人才,国外巨头还拥有知识产权护城河。一个芯片必须使用各个公司的芯片IP。国外EDA公司基本垄断接口IP。很多芯片设计公司在使用EDA软件的同时,也使用EDA公司的IP,Synopsys和Cadence已经是仅次于ARM的全球第二和第三大IP授权公司。

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国内EDA企业不仅在IP授权方面话语权较弱,而且尚未形成全流程覆盖,占据的市场份额很小。一方面,长期以来,国内企业不敢轻易尝试国产软件,小企业也不愿意购买正版软件。 ,导致国内EDA市场份额较小。

另一方面,最重要的问题是EDA软件的迭代和开发需要与晶圆厂密切合作。这是下一个问题。

EDA软件开发需要什么条件?

例如,台积电在开发N7工艺时,Synopsys同时开始了EDA设计平台和IP组件的开发。经过两家公司相互优化和实际生产验证工艺,当台积电推出N7工艺时,Synopsys的EDA也已同步推出。新思科技 (Synopsys) 与台积电 (TSMC) 已结盟。如果想要引入台积电的先进工艺,就必须使用Synopsys的EDA软件。

只有通过Synopsys,芯片企业才有资格获得台积电的晶圆代工份额。综合这几天的消息我们也可以知道,台积电推迟在2nm节点上引入GAA技术对于国内芯片厂商来说也是一件好事。至少台积电的3nm代工目前没有受到限制。

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台积电与新思科技的合作模式也体现了EDA研发的必要条件,需要产学研一体化。

EDA软件与工艺技术紧密相连,EDA软件需要经过晶圆厂的验证,以证明软件的有效性。而且,不同晶圆厂的制造工艺略有不同,这意味着一套软件需要经过多个晶圆厂的验证,这进一步增加了扩大市场份额的难度。

总的来说,目前国内厂商的实力和人才与世界一流水平差距不小,但也存在机会。在AI、5G、物联网等领域,目前存在国外企业无法覆盖的情况。在政策支持下,国内厂商有望成为这些领域的规则制定者,也有望发展国产IP,为国外企业构筑护城河。

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