EDA和IP处于半导体产业链的最前端,也是技术和价值含量最高的环节,EDA和IP的发展水平代表着一个国家在半导体领域的“软实力”。 而开源模式和生态发展将是本土EDA/IP供应商把握机遇,快速发展的有效途径。

ICCAD是中国半导体行业的年度盛会,2020年在山城重庆举办。根据中国半导体行业协会IC设计分会理事长魏少军教授的报告数据,中国IC设计业持续增长和扩大:2020年中国本土IC设计公司达到2218家,较2019年增加438家;营收超过1亿元的企业有289家;2020全行业销售预计达3819.4亿元,较2019年增长23.9%;产业分布格局也在发生变化,除北京、上海和深圳这三个传统集成电路设计企业聚集地外,无锡、杭州、西安、成都、南京、武汉、苏州、合肥和厦门等城市的设计类企业数量都超过了100家。

中国本土IC设计公司在数量和营收上的大幅增长对中国乃至全球半导体产业链的格局已造成深刻影响,也极大促进了EDA和IP的发展与创新。在2020 ICCAD会议期间,《电子工程专辑》记者采访了多家EDA和IP公司的CEO/CTO,包括:Mentor, A Siemens Business全球副总裁兼中国区总经理凌琳;芯华章(X-EPIC)董事长兼CEO王礼宾;国微集团旗下国微思尔芯(S2C) CEO林俊雄和鸿芯微纳CTO王宇成;芯原股份(VeriSilicon)董事长兼总裁戴伟民博士;安谋中国(Arm China)产品研发常务副总裁刘澍;赛昉科技(StarFive)CEO徐滔;四川和芯微电子(IPGoal)董事长/CEO邹铮贤;以及成都锐成芯微(ACTT)CEO沈莉。

EDA开源

中国国产EDA继模拟全流程设计工具开始进入市场竞争之后,在数字电路流程上也形成了一系列可圈可点的单点工具。魏少军教授表示,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。现在EDA业界人士谈论最多的一个话题是“EDA开源”。国产EDA初创公司芯华章董事长兼CEO王礼宾认为,开源不仅在EDA行业,对于整个科技界都是一个大趋势。芯华章在EDA工具开源上做了不少推进工作,其目的很明确:国内EDA研发人员累计约1000多人,芯华章希望把大家发动起来,让更多人参与进来。该公司已经发布了开源仿真器EpicSim,并运用独有的先进办法将仿真速度在一个月内提高了一倍,让业界看到了EDA 2.0技术的优势。对于开源和商业盈利之间的平衡,王礼宾表示开源对芯华章来说是另外一种模式,可以理解为降低EDA使用和创新门槛的一种生态构建,但开源不是公司的商业盈利模式。

Mentor,A Siemens Business全球副总裁、中国区总经理凌琳认为,开源的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。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,但也是研发成本投入最高的一类企业。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,未来很有可能会被大公司并购。

国微集团通过并购来实现本土化数字全流程EDA的愿景,国微思尔芯(S2C)专注数字电路芯片原型验证,而深圳鸿芯微纳则专注于EDA后端设计软件研发,包括布局布线工具。国微思尔芯CEO林俊雄认为,开源也是为了更好的合作,数字全流程EDA分设计和验证两部分,国微思尔芯和鸿芯微纳之间是互补关系,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。全流程里还包括逻辑综合、时序分析功能,国微思尔芯也需要鸿芯微纳的大规模综合能力。

鸿芯微纳CTO王宇成认为,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。从EDA工具使用者的角度看,国内很多公司的设计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。

IP生态

根据IPnest发布的2019年全球半导体IP厂商营收排名报告,目前全球主要IP 供应商包括Arm、Synopsys、Cadence、SST、Imagination Technologies、CEVA、VeriSilicon、Achronix、Rambus和eMemory。

其中Arm以其全球范围的Arm处理器生态而主导着整个半导体IP市场,Arm生态不但驱动着移动设备和消费电子领域,而且开始往高性能CPU领域进军,同时在物联网和自动驾驶等新兴应用领域积极扩展。IP生态的构建和发展对新兴的RISC-V也至关重要。

除了微处理器架构的生态外,芯原股份董事长兼总裁戴伟民博士认为有两个现象应该引起整个半导体业界的重视:一是“万物信联”,二是芯粒(Chiplet)。从“万物互联”到“万物智联”,再到“万物信联”,对应的是从云计算到雾计算,再到边缘计算。边缘计算是用开源的硬件模块做一个安全和分布式计算,把大量边缘AI设备算力利用起来。这里的边缘计算涉及到很多隐私信息,因此一定要安全可靠,就是现在“信创”专注的事。戴伟民认为,要让大家相信就必须开源,让所有人都能监督。大量数据实时收集,一定要有软硬件协同的产品。芯原是做平台的,可以提供开源模块,但不做产品,希望有更多像小米这样的公司来做具体的产品。

Chiplet这种异构集成的IP复用模式已经为业界领头企业所接受,AMD对英特尔的成功追赶就利用了Chiplet来开发大量高集成度的芯片,这很好地证明了Chiplet的发展前景。根据Omdia的最新报告,Chiplet处理器芯片的全球市场规模正在井喷式增长,预计到2024年会达到58亿美元,2035年则超过570亿美元。

并非每种芯片都需要5nm这样的尖端工艺,因为不是每一家公司都能负担起5nm工艺的成本,于是Chiplet这种将不同工艺节点的裸片混封的新形态,将成为未来芯片开发的重要趋势之一。基于芯原技术优势和本土半导体产业的发展特点,戴伟民提出了“IP as a Chiplet(IaaC)”理念,旨在以Chiplet实现特殊功能IP,通过“即插即用、模块化组装”方式,解决7nm及以下先进工艺中的性能与成本平衡,降低较大规模芯片的设计时间和风险。

目前RISC-V最缺的是生态,而生态需要开发板和社区。一块好的开发板,对赋能整个开源社区起到极大的作用,两年前SiFive的开发板卖近千美金仍供不应求。赛昉科技(StarFive)CEO徐滔表示,公司成立两年来一直致力于推动中国RISC-V生态、开发本土化的RISC-V产品,目前已经取得了很大的进展。除了丰富的RISC-VIP核产品线,赛昉还有软件、开发板以及基于RISC-V的芯片平台。惊鸿7100是赛昉推出的高性能RISC-V人工智能视觉处理平台,面向多媒体音视频应用,也秉承开源生态思路,通过开源社区共同创建RISC-V在AIoT方面的生态。

在盈利模式上,RISC-V开源和EDA开源不同。EDA可能是开源数万行的代码,而RISC-V本质上只是标准开源,指令集充其量也就两页纸。正因为标准是统一的,很容易做出要做的芯片,所以大家都在里面寻求可能的盈利点。赛昉作为一家商业公司,开源只是一个手段,徐滔认为在芯片平台和垂直领域给客户提供有价值的解决方案是一个盈利点。例如,做通讯处理器并不需要所有的RISC-V指令级扩展,但会逐年扩展,用户缺了哪方面的拓展,可以通过RISC-V基金会把那部分标准变成通讯扩展标准。如果能把这个指令做好,那它就是RISC-V的一个子集,使它真正成为通讯领域里的一个标准。这带来的价值非常大,因为标准开源是最高层次的创新。

安谋中国(Arm China)自成立起就备受关注,过去几年除了在中国进行Arm技术推广和生态培育,还把更多的研发放在中国完成,例如此前推出的周易AIPU、山海物联网方案和星辰CPU,以及最近刚发布的自主设计玲珑ISP处理器。安谋中国研发常务副总裁刘澍表示,希望通过这种模式不断支持Arm生态在中国的建设,更好地支持本土的半导体产业发展和自我独立创新。在外部大环境影响下,之前被境外厂商占据的一些芯片市场被释放出来,这是中国国内半导体厂商实现快速迭代的机会,升级和经验累积的周期都会比过去要缩短一半。

在中国半导体行业,服务中小企业也不可忽视。四川和芯微(IPGoal)专注于高速、高精度数模混合信号集成电路IP的研发、推广和授权,是中国大陆第一家掌握USB 2.0和音频编解码核心技术并实现批量生产的企业。该公司董事长/CEO邹铮贤表示,国内中小企业数量非常多,在市场策略上会选用相对较成熟的技术服务他们,而不是盯着一些最尖端的技术,这是与国际大厂不一样的地方。这种模式需要培养足够体量的服务团队,因为国内有这类服务需求的企业太多。

做模拟IP跟做模拟芯片有一个本质区别,就是IP不是核心竞争力。做好IP定制服务的核心就是品控,同时服务更多的中小企业。说到国产替代,邹铮贤认为IP的替代比芯片产品的替代更难,因为高端IP的研发投入非常大,尤其是要突破知识产权的壁垒。所以国产替代更多的是器件级别的替代,因为各类器件中分很多层次,替代一般是从低阶开始,再到中阶和高阶。

成都锐成芯微(ACTT)主要致力于低功耗、物联网应用相关的模拟、射频、存储及接口类IP,能够提供全套NB-IoT/超低功耗物联网模拟IP解决方案。该公司CEO沈莉表示,ACTT专注在偏物理、偏模拟的IP,目前主要的应用方向是以物联网,蜂窝网络或智能家居、可穿戴市场,未来可能在智能汽车、医疗电子等方面拓展。

模拟IP是不断积累,精雕细琢后不断精进的过程,需要长期的匠心投入和研究精神。近年来国内的Fabless厂商数量持续增加,其中大部分是中小微企业。锐成芯微作为模拟IP供应商,面向物联网碎片化市场,正好适合这些中小企业的灵活作战方式,其IP产品也在积极配合服务于这部分厂商。

结语

EDA和IP处于半导体产业链的最前端,也是技术和价值含量最高的环节,EDA和IP的发展水平代表着一个国家在半导体领域的“软实力”。过去中国IC设计的EDA工具和IP供应一直依赖国际厂商,但随着国产替代和本土化的需求和呼声逐渐高涨,国产EDA厂商和半导体IP开发商也将迎来爆发增长的良机,伴随着众多IC设计企业共同成长。开源模式和生态发展将是本土EDA/IP供应商把握机遇,快速发展的有效途径。

责编:Amy Guan

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