EDA是集成電路領(lǐng)域內(nèi)很小但又非常重要的存在。從數(shù)據(jù)上看，整個EDA的市場規(guī)模僅為六十億美元，過去幾年的成長率也不過是區(qū)區(qū)4%左右，相對于幾千億美金的集成電路產(chǎn)業(yè)來說，不值一提。可是如果你少了這個產(chǎn)品，全球所有的芯片設(shè)計公司都得停擺。
雖然EDA很重要，但這又是一個供應(yīng)商高度集中的市場。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展之后，現(xiàn)在的EDA產(chǎn)業(yè)主要由Cadence、Synopsys和西門子旗下的Mentor Graphics壟斷。以中國市場為例，去年EDA在該地區(qū)的總銷售額約為五億美金，而當中95%由以上三家瓜分，給華大九天、芯禾科技和Ansys等其它公司留下了5%的份額，且后者在工具的完整性方面與三強相比，有明顯的差距。加上早前的“中興禁售”事件給我國集成電路產(chǎn)業(yè)帶來的陰影，發(fā)展國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。
國產(chǎn)EDA的篳路藍縷
談國產(chǎn)EDA的發(fā)展歷程之前，我們先要了解一下EDA產(chǎn)業(yè)的歷史。上世紀八十年代，芯片的迅速發(fā)展，推動商業(yè)計算機進入高速度道，進而推動了CAD產(chǎn)業(yè)的興起。而EDA就是當中一個典型代表。
在集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，芯片設(shè)計是通過人工去布線實現(xiàn)的。但隨著芯片集成度的提升，人工布線越來越顯得捉襟見肘，恰逢計算機的興起，于是EDA就應(yīng)運而生，進而催生了Calma、ComputerVision、Applicon、Mentor Graphics、Daisy和Valid等公司，借助這個電子自動工具，工程師們就可以在電腦上對芯片設(shè)計的前后端技術(shù)和驗證技術(shù)進行操作，幫助芯片更好地走線、驗證和仿真。
經(jīng)過多年的收購兼并以后，集成電路EDA領(lǐng)域只剩下了Cadence、Synopsys和Mentor這三個巨頭。市場的影響力也日益集中。但其實國內(nèi)其實從上世紀八十年代中后期開始，就投入到EDA產(chǎn)業(yè)的研發(fā)當中。
資料顯示，當時國內(nèi)包括集成電路在內(nèi)的高科技領(lǐng)域都受困于“巴統(tǒng)”的禁運，發(fā)展倍受掣肘。國內(nèi)為了更好發(fā)展發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，在1986年動員了全國17家單位，200多位專家齊聚原北京集成電路設(shè)計中心，開發(fā)我國自由的集成電路計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)——熊貓系統(tǒng)。
攻堅多年之后，國產(chǎn)首套EDA熊貓系統(tǒng)終于在1993年面世，此后的發(fā)展以10年一臺階來形容不為過。2001年國內(nèi)IC設(shè)計單位推出了九天Zeni系統(tǒng)，在服務(wù)本土需求的同時，進攻海外市場，到了2009年，更是成立了一個新公司華大九天來推動國產(chǎn)EDA發(fā)展，這是后話了。
雖然由于主觀和客觀原因的影響，國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)沒有取得世俗意義上的成功，但在這個過程中，國內(nèi)已經(jīng)有了多個EDA廠商萌芽。據(jù)相關(guān)資料顯示，在2008年的時候，國內(nèi)從事EDA研究的公司也有了華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業(yè)思、廣立微和訊美等幾家。又經(jīng)歷了一個十年的發(fā)展之后，華大九天、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業(yè)從國產(chǎn)EDA陣型中突圍而出：
承載了熊貓系統(tǒng)的技術(shù)的華大九天在EDA和IP方面擁有多年的積累，現(xiàn)在的他們能夠提供數(shù)模混合/全定制IC設(shè)計、平板（FPD）全流程設(shè)計及高端SoC數(shù)字后端優(yōu)化方向的EDA解決方案。尤其是在FPD領(lǐng)域，華大九天更是成為全球唯一的能夠提供全流程FPD設(shè)計解決方案的供應(yīng)商，獲得了大部分知名面板廠的市場份額。
而成立于2010年的芯禾科技則是國產(chǎn)EDA的另一股實力。
據(jù)公司官網(wǎng)介紹，。他們能為半導(dǎo)體芯片設(shè)計公司和系統(tǒng)廠商提供差異化的軟件產(chǎn)品和芯片小型化解決方案，包括高速數(shù)字設(shè)計、IC封裝設(shè)計、和射頻模擬混合信號設(shè)計等。這些產(chǎn)品和方案可以應(yīng)用到智能手機、平板電腦和可穿戴等移動設(shè)備上，也可以應(yīng)用到高速數(shù)據(jù)通信設(shè)備上。
廣立微電子有限公司則由硅谷歸國精英和浙大資深科學(xué)家共同創(chuàng)立于2003年，該公司專業(yè)從事集成電路成品率提升服務(wù)和EDA軟件開發(fā)。現(xiàn)在的廣立微能提供基于測試芯片的軟、硬件系統(tǒng)產(chǎn)品以及整體解決方案，幫助工程師實現(xiàn)高效測試芯片自動設(shè)計、高速電學(xué)測試和智能數(shù)據(jù)分析，同時還能為晶圓代工廠的新工藝制程研發(fā)提供整合性的技術(shù)服務(wù)，幫助提高IC設(shè)計的可制造性、性能、成品率并縮短產(chǎn)品上市時間。
以SPICE Model參數(shù)提取著稱的北京博達微則致力于提供高速、高頻和高可靠性集成電路EDA解決方案和相關(guān)的設(shè)計支持服務(wù)。公司方面表示，他們能提供的業(yè)務(wù)范圍含括器件模型、PDK、標準單元庫相關(guān)EDA工具和設(shè)計服務(wù)和半導(dǎo)體器件量測系統(tǒng)。能夠針對高端設(shè)計公司和代工廠提供一站式的設(shè)計支持服務(wù)和完整的設(shè)計評估和加固技術(shù)服務(wù)解決方案 。
另外，專注于SPICE的概倫電子、從事TCAD的珂晶達與擅長仿真研發(fā)的創(chuàng)聯(lián)智軟等公司，都是國產(chǎn)EDA領(lǐng)域的一些力量。他們也都正在為國產(chǎn)的EDA崛起而努力。
差距非常明顯
雖然國產(chǎn)EDA有了進步，但正如文章開頭所說，我們跟國外企業(yè)的差距還是相當明顯的。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
第一、產(chǎn)品不夠全，尤其在數(shù)字電路方面，我們整個國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)在這個領(lǐng)域短板明顯。
以華大九天為例，據(jù)知情人士介紹，他們在這個方面大約只做了三分之一的產(chǎn)品，另外還有三分之二需要補上。而造成這個局面的一個重要原因就在于沒有足夠的人力去支撐全方位的研發(fā)。 產(chǎn)學(xué)研各界專家在過去的對中國EDA發(fā)展的討論中曾表示，如果國內(nèi)想把整套EDA工具做起來，這并不是某一個國產(chǎn)廠商一朝一夕能夠做到的，而是需要多樣化的合作。
第二，與先進工藝結(jié)合的缺失；
在現(xiàn)代的集成電路產(chǎn)業(yè)里，芯片設(shè)計和制造的對接橋梁是很重要的，因為只有處理好了這部分，才能把芯片更好的制造出來，EDA正好充當這樣一個角色，但我們在這個對接的時候，卻有兩個難以逾越的鴻溝：
一方面，國內(nèi)EDA廠商與先進工藝接觸的機會少，限制了我們的提高。
據(jù)了解，現(xiàn)在工藝全球領(lǐng)先的晶圓廠臺積電和三星等廠商在開發(fā)新工藝的時候，基本不會優(yōu)先或著重考慮與國內(nèi)EDA廠商合作，這就讓我們無法從外資廠商獲得相關(guān)支持。當然，在筆者看來，這也可以理解。畢竟廠商沒有這個冒風(fēng)險的義務(wù)。
即使國內(nèi)EDA廠商在某些方面有了進步，但類似臺積電這些先進晶圓廠規(guī)劃新一代工藝的時候，會在開發(fā)早期就引入諸如Cadence和Synopsys這樣的廠商全方位合作，而不會選擇國產(chǎn)EDA廠商，前者在與新芯片廠商在新工藝上進行相關(guān)合作的時候，又將更上一層樓。他們的強上加強，進一步拉大了與國產(chǎn)EDA的差距。
知情人士表示，即使國產(chǎn)EDA有機會和臺積電這樣的廠商在先進工藝方面合作，也不會在早期就引入，而是在工藝開發(fā)后期，才被納入進來，且這些合作僅僅限于一部分，這就使得國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)無法接觸到先進工藝的核心部分。
另一方面，我們在PDK方面的不足，也對國產(chǎn)EDA的發(fā)展造成了一些不良的影響。
所謂PDK就是Process Design Kit的簡稱，中文譯名是集成電路工藝設(shè)計包。這個由晶圓廠提供的文件包包括了工藝電路模擬用的器件的SPICE（Simulation Program with Emphasis）參數(shù)，版圖設(shè)計用的層次定義，設(shè)計規(guī)則（Design Rule），晶體管，電阻，電容等元件和通孔（VIA），焊盤（PAD）等基本結(jié)構(gòu)的版圖，與設(shè)計工具關(guān)聯(lián)的設(shè)計規(guī)則檢查（DRC），參數(shù)提取（EXT）和版圖電路對照（LVS）等文件，是設(shè)計好的芯片能在晶圓廠順利生產(chǎn)的關(guān)鍵。這是溝通IC設(shè)計公司、代工廠與EDA廠商的橋梁。
國產(chǎn)廠商在PDK方面的缺失，從某種程度上就影響了國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相關(guān)人士告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者。
第三、人才投入的不足；
人才短缺是限制國產(chǎn)EDA發(fā)展的一個關(guān)鍵因素，力量薄弱的研發(fā)隊伍難以支撐起海量的攻堅任務(wù)。而造成這一表象的根本原因是產(chǎn)業(yè)對EDA的投入不足造成的。
數(shù)據(jù)顯示，我國約有1500人的EDA軟件開發(fā)工程師，但在本土EDA公司和研究單位工作的工程師加起來不到三百人，其他大部分都是在三大巨頭工作。而放大到全球，對比于Synopsys 7000多的研發(fā)人員（當中有5000多從事EDA的研發(fā)，其他從事IP研發(fā)），這個差距更是明顯。
最后，在研發(fā)投入方面，國內(nèi)與巨頭相比也有差距；
據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察了解，目前的本土EDA企業(yè)中，即便是團隊規(guī)模最大，成立時間最長的華大九天，他們在過去十年間所花費的研發(fā)資金也只有幾個億而已，與國外先進競爭對手每年數(shù)十億的投入相比（距離：Synopsys 2017年的研發(fā)投入約為8.1億美元），這根本就是杯水車薪。國產(chǎn)EDA如果想進一步發(fā)展，加大投入也是勢在必行的。
如何突破？
既然知道了差距在哪里，國產(chǎn)EDA需要做的就是各個擊破了。
雖然現(xiàn)在三大巨頭在EDA行業(yè)的影響力已經(jīng)足夠巨大，EDA行業(yè)的利潤狀態(tài)也讓它不可能吸引足夠多的投資者、初創(chuàng)企業(yè)和足夠有天賦的工程師投入到這個領(lǐng)域，因此國產(chǎn)EDA想突破，還需要多費點心思和功夫。
面對產(chǎn)品分散，不夠全面這個問題，相信那些已經(jīng)拿到幾輪投資的EDA廠商想必正在摩拳擦掌，在研發(fā)上加大投入，積極擴展待開發(fā)領(lǐng)域，滿足下游設(shè)計和制造領(lǐng)域的多樣化需求。但如果能夠獲得國家基金等多方面的支持，對他們來說是一個更大的促進和鼓舞。
至于與先進工藝方面結(jié)合缺失這個問題，那就既需要國內(nèi)晶圓廠提高自身的制造技術(shù)，又需要加強和先進晶圓廠的合作，但我們也要清楚明白到，打鐵還需自身硬。
來到人才不足的問題，那就需要從根源上解決。
我國EDA產(chǎn)業(yè)整體從業(yè)人員偏少的原因一方面在于EDA開發(fā)本身門檻高，需要計算機、數(shù)學(xué)等綜合型人才；另一方面，整體薪酬偏低。這就使得很多EDA工程師，尤其是年輕的EDA工程師轉(zhuǎn)向了AI和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，這寫問題就需要廠商去各個擊破。國內(nèi)外的EDA巨頭為了迎合人才的需求和流向，抓住人才這個核心，也紛紛在南京、武漢、成都等地建立研發(fā)中心。
但在我們看來，如果想解決EDA的人才問題，我們不但需要提升工程師的待遇，還要利用股權(quán)激勵等方式讓工程師用主人翁的精神來做產(chǎn)品開發(fā)，這樣才能吸引到更多的人投入其中，進而產(chǎn)出更好的成果。
現(xiàn)在，本土EDA廠商目前均也在各自專長的領(lǐng)域單點突破，如果能夠再從點到面，齊頭發(fā)展，才能更上一層樓，打造本土EDA全方位競爭力，但這需要產(chǎn)業(yè)鏈各界的共同努力。