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ICCAD 2020:本土EDA崛起,必须走巨头没走过的路

时间:2020-12-21 作者:刘于苇 阅读:
有人说EDA是一个神奇的行业,参与的公司不多,却凝聚了人类在电子工业领域最多的智慧结晶,被称作“芯片之母”、“芯片产业皇冠上的明珠”。此前人们普遍认为芯片是中国科技行业中最被卡脖子的一个环节,但在美国对中兴、华为的制裁中我们发现,一旦EDA工具被限制,整个芯片产业都可能停摆。
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电子设计自动化,也就是我们常说的EDA(Electronic design automation)软件,是指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。

有人说EDA是一个神奇的行业,参与的公司不多,却凝聚了人类在电子工业领域最多的智慧结晶,被称作“芯片之母”、“芯片产业皇冠上的明珠”。此前人们普遍认为芯片是中国科技行业中最被卡脖子的一个环节,但在美国对中兴、华为的制裁中我们发现,一旦EDA工具被限制,整个芯片产业都可能停摆。

目前Synopsys、Cadence和Mentor三大巨头占据着该领域95%的市场,高端复杂的芯片设计完全依赖他们的EDA工具。2018年,中国前10大EDA公司销售额约3.5亿元,只占到全球市场份额的0.8%;最新数据显示,三巨头的员工总数是国内全部EDA从业人员的十倍以上……巨大的差距让近两年来无论是资本市场还是国家政策,都把目光集中在了EDA软件上。

12月10日,在重庆举办的中国集成电路设计业2020年会(2020 ICCAD)暨重庆集成电路产业创新发展高峰论坛上,中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授在题为《抓住机会实现跨越》的报告中表示,国产EDA继模拟全流程设计工具进入市场参与竞争后,在数字电路流程上也形成了一系列重要的单点工具。相信再经过几年的努力,中国也可以拥有自己的数字电路全流程设计工具。

在2020 ICCAD会议期间,《电子工程专辑》和《电子技术设计》记者采访了多家EDA企业管理者,包括Mentor, A Siemens Business全球副总裁、中国区总经理凌琳,芯华章(X-EPIC)董事长兼 CEO王礼宾,以及国微集团旗下国微思尔芯CEO林俊雄、鸿芯微纳 CTO王宇成。

Mentor:西门子带来超越EDA的专业化资源

Mentor, A Siemens Business全球副总裁、中国区总经理凌琳

EDA是一个永远需要创新的行业,在过去的一年中虽然受疫情影响,但Mentor在西门子的支持下收购了一些公司,扩充了其工具产品线。《电子工程专辑》也报道,Mentor, A Siemens Business将在2021年1月起更名为Siemens EDA,该组织将继续作为西门子数字化工业软件的一部分进行运营。

针对越来越多EDA厂商开始谈论的开源概念,凌琳认为,开源做法主要集中在一些技术做得好的初创公司中,他们把一些基本功能部分开源给设计者试用,如果需要更多功能时则需要购买。“我目前看到这类开源工具大部分用于系统板级设计,但要做一个100亿晶体管SoC设计,目前这类EDA工具开源的可能性几乎没有。”

利用新型EDA工具确实可以做出不一样的产品,或者说达到不同的效果,但从几家EDA大厂的成本架构来看,虽然纯利很高,但也是研发成本最高的一类企业。高投入带来高度集中化,包括购买技术资产和研发投入。新创公司在开源的同时如果不能保证营收,未来大概率会被大公司并购,所以在凌琳看来,EDA完全开源或者是免费从商务模式来看可能性不大,至少不会把最精华的部分开源。

唯一存在开源和协同可能的研发类型,是与高校之间研究性质的合作开发。比如在美国,一些高校会跟EDA公司合作开发项目,研发工具引擎或算法,院校、教授和公司之间进行交叉授权。

在2016年西门子收购Mentor后,业界也很期待工业巨头和EDA巨头的结合会擦出什么样的火花,能不能做到其他两家纯EDA公司做不到的事情?其实西门子从收购Mentor之初就表露出一个愿景,就是打造一个更完整的闭环设计平台。“Mentor专注的EDA、IC和系统设计,都是这个平台的一部分。” 凌琳表示,对于用户来说,最直观的体验是他的芯片不单能在一个系统里展现效能,这个子系统在另外的超级系统里面也会扮演一个角色,“这超越了MentorIC设计的专业化资源,包括机械设计、系统热力等数据分析、服务都可以通过该平台完成,这就是西门子数字化工业软件的使命。”

目前EDA和工业软件的结合还处于探索阶段,不过在某些特定领域已经实现串联,例如在印刷电路板(PCB)工厂中,以及尖端工艺晶圆制造中专业的制造流程软件。前几年西门子提出的“数字化双胞胎”概念其实不是EDA行业的标准用语,而是西门子PLM,指的是把设计模型到物理世界的模型完全影射,包括所有数据的管理。不过这个概念有一点跟EDA相通,“EDA以前都是设计检查,后来演变成为必须建模,需要针对材料、物理现象等去操作。相当于把物理世界的现象跟数字化的设计模型结合起来统一管理。” 凌琳解释道,无论半导体的材料、工艺制程如何变化,都可以将模拟到、仿真到的参数表征化,再生产。

芯华章:EDA将迈入2.0时代

芯华章(X-EPIC)董事长兼 CEO王礼宾

随着市场增长以及技术奇点的到来,国内涌现出一批EDA初创公司,受到行业以及资本市场的支持和关注,但国外巨头在技术、人才和客户上有着长时间积累的优势,本土厂商要摆脱路径依赖,用更前沿的技术思路来突破。

2020年3月刚成立的本土EDA公司芯华章科技,包括其创始人王礼宾在内的多位核心团队成员,都曾在Synopsys、Cadence等公司担任要职。他们专注于决定芯片成败关键的“验证”工具,据《电子工程专辑》报道,在今年11月,芯华章发布了其首款EDA产品“灵动”(EpicElf),以及国内率先支持国产计算机架构的全新仿真技术,已经在国产飞腾服务器上通过验证,能兼容当前产业生态,并面向未来有助于支持下一代计算机架构,可说是中国建设自主研发集成电路产业生态的一大里程碑。

以前的EDA从来没有分1.0或2.0,在本次大会上,王礼宾率先提出了“EDA2.0”的概念。他谈到30年来市场主流在使用的都是EDA1.0,而EDA1.0其实是基于二、三十年前的技术起点构建的,不管是算法还是架构基础,在多年发展过程中,每当有新的协议、需求,都在不断往里叠加,并且由于有守住现有市场的出发点,这些冗余还无法舍弃或重构。“以仿真器为例,几乎所有做芯片的都需要做前端仿真,现在我们使用的都是最新的UVM,但以前的VM没用了也只能继续放在里面。” 王礼宾说到,云和人工智能技术的出现对EDA工具进化非常有用,但是对EDA1.0时代的工具,仍然很难整体改造。

据了解,芯华章前不久加入的一位高管,在这个行业有30年EDA研发经验,近年来一直致力于研究人工智能和机器学习。在加入芯华章之前,他在一家美资EDA公司负责研发在主流EDA工具上实现对AI功能的加载,但这一研发仅能让AI运用在工具的局部,很难整体上实现运用。而在芯华章,他可以将AI技术自底层架构开始融合,重构整个工具。

现在的EDA1.0只是自动化,而未来的EDA技术一定是智能化的,目前芯华章在做的融合AI、云技术的EDA可以说是1.X,技术在向完全智能化的方向演进。现在验证技术分软件仿真、硬件仿真以及原型等等,具体用哪种技术往往需要人依据经验来判断,而将来的智能技术不再依赖人工选择,可以让芯片设计更简单、更普惠。

当被问到国外巨头已经领跑,对此芯华章将如何应对时,王礼宾认为不能静止地去看发展,“今天我们和巨头当时的研发初期已经有了截然不同的技术起点,掌握着更好的技术后发优势,这也就是我们有信心把研发目标定为EDA2.0的原因。”所以芯华章在找的也不都是EDA人才,还包括互联网、人工智能、云方面的专家,通过融合他们的架构思想、算法于当前的EDA技术,而不是单纯重复30年前的老技术。所以我们从来不说去追赶世界先进水平,因为我们的赛道、想法不同于传统技术,我们要做出创新的智能化EDA。

芯华章能在短时间内获得行业的认可,也和8月份宣布的开源生态项目有关。他们认为,开源是科技界的一大趋势,能够很好地构建生态、推动创新。并且在今年9月份推出了开源EDA技术社区并发布了两款开源EDA产品,其目的很明确——国内研究EDA的人太少,加起来也就一千多人,芯华章希望把大家发动起来,开源是最好的方法,“我们有这样的能力去做这件事,这也是我们的社会责任,开放的胸怀能够让行业获得更好的发展” 王礼宾说到,芯华章在短时间内发布了基于开源的仿真器,并运用一些先进办法将其速度在一个月内翻了一倍,一方面让大家看见新EDA技术是怎么做到这一点的;另外“高手在民间”,让更多的验证工程师去看这个东西,并且提出正向反馈,在切磋交流之间加速创新,吸引更多人加入到这个领域当中。对于开源和商业之间的平衡,王礼宾表示,“我们可能是中国第一家做开源EDA工具的EDA公司,但不是一个开源的公司,开源不是我们的盈利模式。”

从今年3月到现在很快,芯华章已有三轮金额不小的融资。对这些融资的用途,王礼宾认为,EDA是高研发投入的行业,赚钱则没有那么快,所以做EDA需要有恒心、有耐心、有追求的人,才能做得长久。因为这个行业人才太少,能成为EDA专家级的人更少,所以芯华章目前为止最大的投资还是在人上面,占到总投入的70%以上。“EDA公司从来都不会是一个重资产公司,最重的都是人。”

融资的另外一个用途,就是构建硬件验证云,据悉这是由一组硬件仿真器组成的硬件云,主要目的是帮助我国中小客户。因为做过仿真的都知道,平常需求没有多少,但高峰期需求量非常大,如果为此自己买一堆机器显然不划算。而在云上的模式非常灵活,可以为这些客户提供云验证平台的服务。

国微集团:打造本土化数字全流程EDA

国微集团成立于1993年,是一家半导体控股集团,其业务主要覆盖安全芯片设计及应用、EDA系统研发及应用、FPGA快速原型验证及仿真系统研发及应用以及第三代半导体产品研发和生产等。2018年,国微集团收购上海国微思尔芯技术股份有限公司(国微思尔芯),是国内最早成立的EDA公司之一,至今已有17个年头,专注数字电路芯片原型验证。同样在2018年,国微集团参股并管理的EDA后端设计软件研发公司深圳鸿芯微纳,该公司主要研发布局布线工具,目前完成数字集成电路EDA平台关键节点的技术部署,实现国有半导体产业链在这一关键环节的技术突破。

国微思尔芯CEO林俊雄表示,公司自2018年被国微集团收购之后,开始在数字电路验证领域研发多样化的EDA产品,致力于打造数字全流程EDA平台,以填补目前国内EDA行业的不足之处。数字全流程EDA主要分设计跟验证两部分,作为兄弟单位,“国微思尔芯和鸿芯微纳之间是互补,并且是两个相辅相成的流程。” 鸿芯微纳主要是设计工具,而设计的每一个步骤都需要完整的验证;全流程里还有逻辑综合、时序分析这样的功能,国微思尔芯也需要鸿芯微纳的大规模综合能力。

国微思尔芯(S2C)CEO林俊雄

鸿芯微纳 CTO王宇成表示,目前公司专注在支持逻辑综合、布局布线,工具已经可以支持国内国外多家半导体制造厂商的工艺,包括7纳米的先进工艺。目前公司在国内跟一些头部企业紧密合作,致力于本土化、定制化方面的开发,“从工具的性能跟功能上来说,已经完全可以达到PK国外对应产品的能力。”在EDA本土化方面,王宇成认为是不得不做的事情,因为这“不是我们自己决定的,在半导体产业蓬勃发展的今天,EDA工具一旦被卡脖子没有解决方案的话,整个产业链就会全断掉。”以布局布线和数字解决方案的全流程工具来说,国外也是通过二十多年技术积累和迭代才有了今天这么多工具,所以EDA设计门槛非常高,复杂度也很大。

如果追溯到30几年前,国内为了EDA工具国产化,制定过一个“熊猫计划”,但当初国内整个集成电路设计的外部环境不够成熟,没有客户使用的工具就是一个死工具,只能拿来研究工具,不能作为产品。如今国内市场对EDA工具的需求日趋成熟,国内EDA企业的技术研发内功也到了一定火候,“从鸿芯微纳的角度,第一步是解决有跟没有,这个回答是肯定的;第二步是有了以后能否持续发展,包括人才团队、技术的持续迭代,通过三年多的修炼证明我们已经具备这样的内功。”王宇成说到。

鸿芯微纳 CTO王宇成

然而EDA的国产化并不是终点,最终目的是要在全世界的供应链或者全球分工上扮演重要角色,“闭门造车或内循环,不是我们所希望的。从研发人员的角度来说,我们希望PK全球最领先的技术,而不是跟他们分割。” 王宇成说到,从工具使用者的角度来讲,国内很多公司设计水平已经达到国际领先水平,或者在某些特定领域是领先的,他们有很多自研的算法和技术,但是涉及商业机密不能共享。鸿芯微纳的目标是跟客户共同开发,从而达到定制化的效果,这是国外厂商无法提供的本土化、定制化优势。

对于国外EDA三巨头以并购发家的模式,国内厂商是否需要效仿并开始布局。王宇成认为,收购要有策略,早期的美国EDA公司都是通过收购很多小公司的工具拼出来的流程,过去可以那样做是因为当时的制造工艺水平还在65纳米以前,而现在FinFET工艺下的设计流程复杂度高,很难做到单纯的拼凑。另外通过单纯收购拼起来的工具,要花很多时间和精力重新搭建流程,不能最佳的满足客户需求,“而且国内厂商也没有时间再花二十年拼一个工具,那时候可能摩尔定理都结束了。所以说可以通过收购满足市场需求,但是要在一个先进的架构基础上,只要不是在整个流程架构上起决定性作用的点工具,完全可以通过收购来完成。”

国微集团在整个数字EDA全流程都有布局,不只包含鸿芯微纳和国微思尔芯,还有投资和收购了一些其他公司。林俊雄表示,旗下有些公司在起步过程中就开始了相互合作,很多事情需要一个“对的时间”。因为今年整个EDA生态、投资环境非常热,不管是人员的投入,还是资金的投入都陆续进来了,由此导致的一些恶性竞争也让各个方面的成本都提高了,尤其是人才成本。虽然市场经济有自动调整的功能,但是EDA小小的市场挤入这么大的投入,要算投资回报率的话,可能要上百年才能回本。所以现在做并购、收购并不是一个非常好的时机,当生态环境再发展到一定阶段,自然水到渠成。“现在大家还是把一些重要的流程,比如说设计、验证或者数字环节,先发挥自身优势做好,等待一个合适的时机再强强联合。”

由于这几年中国的芯片设计行业增长迅速,需求旺盛,所以在客户策略的问题上就要考虑做大客户策略,还是主要服务中小微企业。林俊雄表示,国微思尔芯主要是根据各个产品的成熟度来定制策略。例如其主要的原型验证解决方案产品已有17年的历史,不管是小微客户还是大型客户,国内还是国外都可以支持。但对于一些新的EDA工具推广,则会先找一些愿意配合的客户,跟他们手把手一起把基本规格定下来,用定制化的服务方式把客户的项目做好,之后再开始推广到更多的客户群体。

责编:Luffy Liu

ICCAD 2020系列报道,欢迎点击阅读:

EDA篇:《本土EDA崛起,必须走巨头没走过的路》

IP篇:《芯片IP客户圈即生态圈,各家玩法不尽相同》

制造篇:《芯片缺货的原因,当真只是晶圆产能不足吗?》

封测服务篇:《从设计到流片封测,半导体服务趋向专业细分化》

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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