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EDA是芯片设计的基础 突破垄断迫在眉睫

来源:华商网-华商报 发布时间:2019/10/8 10:56:17

(Electronic Design Automation)是芯片自动化设计的重要工具。正如编辑文档需要微软的office一样,电子工程师设计芯片一样需要EDA软件平台来进行设计、性能分析到生成芯片电路版图。现在的一块芯片有上亿个,不依靠EDA工具,高端芯片设计就无从下手。

EDA工具是电子设计自动化的简称,从上世纪60年代辅助设计、计算机辅助、计算机辅助和计算机辅助工程的概念发展而来。EDA技术以计算机软件为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动化设计。EDA技术的发明提高了芯片设计的工作效率和可操作性,简化了芯片设计的过程。

全球EDA技术市场形成巨头垄断

在全球EDA市场,经过多次的重组并购巨头公司已经形成了强大的产业壁垒、技术壁垒、人才优势,市场基本被美国三家公司垄断:、Synopsys和 Graphic,其中第三位的Mentor Graphics在2016年被收购。

据WSTS(全球半导体贸易统计组织)统计,2017年全球包括EDA、半导体知识产权(SIP)以及服务等在内的整体EDA产业市场规模约为85-90亿美元之间,美国三大厂商占据了57%的市场份额,其他国家无人能望其项背。

2017年EDA公司市场份额

EDA公司的商业模式分为两类:license证书授权与IP核(具有知识产权的芯核lectual Property的简称)。license证书售价高昂,其三年期使用费用高达100万美元,对于芯片公司而言,一般需要多套license才能满足芯片设计需求。以和为例,2010年联发科耗资5000万美元与Cadence公司签署订单,以获得其证书授权;2014年华为一次性花费3000万美元去购买Cadence公司的证书。这样的费用对于初创公司而言是无法接受的,芯片创业公司在面临研发成本与设计成本外,还要面临漫长的设计周期,很难再去支付高昂的EDA软件费用。

IP核的作用是把一组拥有知识产权的电路设计方案集合在一体,构成集成电路的基本单位,EDA供应商把这些基本单位以软件IP核构件的形式出售(可以理解为功能扩展包)。芯片设计工程师将多个不同功能的IP像搭积木一样组合起来,用于构建不同功能芯片的基础系统。

2017年,IP核的交易额已经超越了EDA工具和服务本身,成为EDA产业交易规模最大的一部分。根据WSTS统计,目前全球有超过400家IP核供应商,提供超过6000个不同种类的IP核。其中是全球范围内最成功的IP核提供商,已经向超过200家半导体公司提供技术授权,每年全球范围内设计及销售的内含ARM处理器的芯片达40多亿颗。从2001年进入中国市场,国内已有400多所大学开设了ARM相关的课程和实验室、出版了120多本中文的ARM相关教科书,发展了国内60多家ARM Connected Community成员。ARM已将自己的发展和多家合作伙伴的发展密切联系在了一起,他们共同组成了一个ARM生态圈。

国内EDA技术刚刚起步,发展本土EDA技术至关重要

我国的EDA技术起步较早,但由于没有上下游产业的刺激,发展较为缓慢,与国外巨头之间有较大的技术差距。根据中国半导体行业协会统计,目前国内集成电路设计公司90%以上采用国外EDA工具,本土厂商还未能占据一定的市场。

中兴事件中,美国禁止三巨头之一的Cadence对中兴提供服务,不仅仅是芯片禁售,包括基础的芯片自主设计也要进行围追堵截;今年的制裁华为事件,Synopsys和Cadence也已经按照美国商务部的要求,暂停了对华为的授权和软件更新业务,这意味着美国从根本上全面封了中国芯片产业。在这样的背景下,发展国内自己的EDA技术就显得尤为重要,这也是国家集成电路战略的一部分。

EDA增长的根本因素是芯片工艺的提升,EDA工具的开发不仅需要良好的算法,还需要和先进的芯片技术相结合。芯片从14nm、7nm、5nm、2nm的演进,工艺越来越复杂,越来越小,良品率问题凸显,这也给国内本土EDA厂商带来了机遇与挑战。

目前,除了北京华大九天稍具规模外,中国几乎没有别的能提供芯片EDA工具的公司。华大九天是国内规模最大、技术最强的EDA龙头企业,也是大规模集成电路CAD国家工程研究中心依托单位,承担着国产EDA软件研发与推广的重任。华大九天推出的EDA工具已经能满足40纳米工艺制程以上的芯片设计,但与国外适用于7纳米的工艺制程以上的芯片设计还有不小的技术差距。

EDA工具的技术发展离不开技术与资金的支持,虽然在算法方面中国有可能取得一定的技术突破,但在美国三巨头公司垄断地位的情况下,国产EDA工具很难打开市场,也很难从市场得到资金支持与技术反馈,从而失去自我迭代更新的能力。虽然短时间内国内的EDA工具还不可能赶超美国,但国内厂商持续不断的努力与技术创新总会有弯道超车的机会。


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