被稱為“芯片之母”的(de)(de)EDA是(shi)我(wo)國半導體(ti)國產(chan)替代之路(lu)上(shang)的(de)(de)咽喉要(yao)塞，近年來，國內企業奮(fen)起直追，在技術(shu)成熟度與市(shi)場占(zhan)有率方面均有持續(xu)提(ti)升。
日前(qian)，國內EDA軟件領域的(de)“一哥”華(hua)大(da)(da)九天(tian)公(gong)布了公(gong)司的(de)2023年(nian)Q1季報(bao)，除了一季度業績大(da)(da)幅(fu)增長(chang)的(de)亮眼成績外，其(qi)所透露的(de)未(wei)來規(gui)劃更加振奮人心，華(hua)大(da)(da)九天(tian)表示(shi)，未(wei)來的(de)發展規(gui)劃是補(bu)齊短板，完成全流(liu)程工具系統的(de)建(jian)設。主要從三個方向發力：
1、產品(pin)做全，補(bu)全產品(pin)線;
2、不斷提升對先進工藝的支撐，公司模擬部分工具支持5nm，數字已有工具全部支持7nm工藝，要進一步深入和先進工藝的結合;
3、創新突破，不斷推動產(chan)品創新和優化升級，加強EDA產(chan)品和技(ji)術(shu)的服務支撐能(neng)力，努力提(ti)升企業技(ji)術(shu)和服務水平。
隨后便有媒體將這一國產EDA新突破與華為聯系了起來，原因是在今年3月，華為輪值董事長徐直軍在內部硬、軟件工具誓師大會上宣布，芯片設計EDA工具團隊，聯合國內EDA企業，基本實現了14nm以上EDA工具的國產化，2023年將完成對其的全面驗證。雖說徐直(zhi)軍沒(mei)有透露國內EDA企業的具體信息，但當時業內都猜測這(zhe)家企業便是(shi)華(hua)大(da)九(jiu)(jiu)天(tian)。隨后也有投資(zi)者(zhe)就此事向華(hua)大(da)九(jiu)(jiu)天(tian)提問，其也并未正面回復，并表(biao)示與國內主(zhu)要的集成電路(lu)設計企業和晶圓制造企業建立(li)了良好的業務合(he)作(zuo)關系。
暫且不去(qu)探究雙(shuang)方的(de)合作(zuo)(zuo)關系，作(zuo)(zuo)為(wei)國(guo)產(chan)(chan)EDA工具的(de)佼(jiao)佼(jiao)者，華(hua)(hua)大九天的(de)技術(shu)突破無疑是半導體國(guo)產(chan)(chan)替代進(jin)程的(de)優質助推器。而(er)(er)一貫發(fa)力(li)自研技術(shu)的(de)華(hua)(hua)為(wei)此次選擇了與(yu)國(guo)內廠商共同推進(jin)EDA的(de)國(guo)產(chan)(chan)替代，勢(shi)必將加速整個行業的(de)發(fa)展，于華(hua)(hua)為(wei)自身(shen)而(er)(er)言(yan)，也使其能夠在風云變幻的(de)國(guo)際(ji)形勢(shi)之下(xia)，在芯(xin)片(pian)設(she)計方面(mian)保留(liu)海思團隊的(de)領先優勢(shi)。
EDA憑什么是“芯片之母”
2018年算得上(shang)是中(zhong)國(guo)科技發展(zhan)的(de)重要轉折點。中(zhong)興(xing)、華為先后被美(mei)國(guo)列入(ru)實體清單，臺(tai)積電等(deng)廠(chang)商(shang)將不(bu)再為華為等(deng)企業代(dai)加工芯片。中(zhong)美(mei)科技領域的(de)全面對抗正式(shi)被放到(dao)了臺(tai)面上(shang)。彼時，高端芯片不(bu)能自給、產業鏈(lian)環(huan)節缺失、關鍵技術國(guo)產化低等(deng)弊(bi)病使得中(zhong)國(guo)半導體行業成為了此次中(zhong)美(mei)對抗的(de)阿喀琉斯之(zhi)踵。
“缺芯少(shao)魂”的(de)(de)國(guo)內芯片產業(ye)自此開始了(le)漫(man)長的(de)(de)追趕，大批科技公(gong)司(si)投身于半導體行業(ye)，我國(guo)芯片設(she)計和代工領域也確實(shi)迎(ying)來(lai)了(le)實(shi)質(zhi)性(xing)的(de)(de)突破，但(dan)卻有一項重要技術遲(chi)遲(chi)沒有迎(ying)來(lai)喜報，那就是被譽為(wei)“芯片之母(mu)”的(de)(de)EDA 軟件。2022年，EDA最終也成為(wei)了(le)美(mei)方(fang)刺向中國(guo)半導體的(de)(de)又一把(ba)利刃——美(mei)國(guo)相關部門針(zhen)對“設(she)計 GAAFET 架(jia)構(全柵(zha)場效(xiao)應(ying)晶體管(guan))的(de)(de)先進芯片 EDA 軟件工具”的(de)(de)管(guan)制將(jiang)自2022年8月15日起的(de)(de)60天后正(zheng)式生效(xiao)。
這一禁令當時便(bian)引起(qi)了(le)業內的廣(guang)泛關(guan)注，也再(zai)一次將(jiang)EDA推(tui)向了(le)大(da)眾視野之中。
而(er)EDA軟件上(shang)一次“出圈”恐(kong)怕還(huan)要追溯到(dao)2021年(nian)，當年(nian)11月華(hua)中(zhong)科大團隊在EDA(電子(zi)設(she)計(ji)自動化)領(ling)域國(guo)際會(hui)議(yi)(yi)ICCAD 2021(計(ji)算機輔(fu)助設(she)計(ji)國(guo)際會(hui)議(yi)(yi))上(shang)的CAD Contest布局布線算法競賽中(zhong)勇奪(duo)冠軍。
賽后，該團隊導師呂志(zhi)鵬的一段話道出了此次奪冠的含(han)金(jin)量與(yu)重要(yao)意義：“我們(men)深知，要(yao)想把科研成果寫在(zai)祖國大地(di)上，絕不能(neng)停留(liu)在(zai)學術研究(jiu)的表面(mian)，一定要(yao)結合實際(ji)應用并落地(di)。我們(men)希望借(jie)助研究(jiu)所數十年的積累與(yu)傳承，一方面(mian)賦能(neng)中(zhong)國企(qi)業解決(jue)EDA‘卡脖子(zi)’問題，另(ling)一方面(mian)為(wei)國家(jia)培(pei)養更(geng)多掌握核心技術的人才。”
誠然，作為(wei)貫穿集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)(lu)設(she)計(ji)(ji)、制造、封(feng)裝、測(ce)試等產(chan)(chan)(chan)業(ye)(ye)鏈(lian)各環節的(de)基礎(chu)工具，EDA可謂是集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)(lu)產(chan)(chan)(chan)業(ye)(ye)的(de)咽喉(hou)，直接影響產(chan)(chan)(chan)品的(de)性(xing)能和量產(chan)(chan)(chan)率。一方面(mian)(mian)，對(dui)于(yu)芯片設(she)計(ji)(ji)而(er)言，EDA以計(ji)(ji)算(suan)機(ji)輔助設(she)計(ji)(ji)(CAD)為(wei)橋梁，嫁接超大規模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)(lu)(VLSI)設(she)計(ji)(ji)中所涉及的(de)功能設(she)計(ji)(ji)、綜合、驗證、物理結構(布(bu)線、布(bu)局和版(ban)圖)等流程的(de)全制。另一方面(mian)(mian)，對(dui)于(yu)整(zheng)個半導體(ti)生態而(er)言，EDA作為(wei)半導體(ti)產(chan)(chan)(chan)業(ye)(ye)的(de)發展(zhan)(zhan)杠桿，將會孕(yun)育(yu)整(zheng)個半導體(ti)后摩爾(er)時代的(de)產(chan)(chan)(chan)業(ye)(ye)發展(zhan)(zhan)路(lu)(lu)徑。以摩爾(er)定(ding)律(lv)為(wei)代表的(de)物理極限被打破，使得配套的(de)設(she)計(ji)(ji)工具和軟件服務(wu)，決定(ding)了(le)產(chan)(chan)(chan)業(ye)(ye)未來的(de)發展(zhan)(zhan)路(lu)(lu)徑和天花板。
具體而言(yan)，工程師(shi)向EDA提供(gong)完成(cheng)(cheng)的HDL code(Hardware Description Language，硬件描(miao)述語言(yan)代碼(ma)(ma))，EDA會根據邏輯(ji)閘設計圖的規格(ge)對該代碼(ma)(ma)進(jin)行修改和調(diao)整，生成(cheng)(cheng)功能正(zheng)確的電路(lu)(lu)圖，最(zui)后(hou)供(gong)給后(hou)端進(jin)行布局(ju)模擬和電路(lu)(lu)制作(zuo)，形成(cheng)(cheng)光罩(zhao)，然后(hou)支(zhi)持(chi)流(liu)片(pian)到成(cheng)(cheng)品(pin)。而除了幫(bang)助工程師(shi)提升芯片(pian)設計制造(zao)效率(lv)之外(wai)，EDA同樣能夠(gou)對芯片(pian)企(qi)業(ye)帶來重大效益上的提升。尤其是在集成(cheng)(cheng)電路(lu)(lu)高度(du)復雜(za)的今(jin)天(tian)——隨著半導體先進(jin)制程從7nm不斷向5nm、3nm，甚至(zhi)2nm以(yi)下(xia)邁(mai)進(jin)，EDA能夠(gou)有(you)效降(jiang)低(di)芯片(pian)設計的試錯成(cheng)(cheng)本，避免(mian)企(qi)業(ye)真金白(bai)銀的損失。
但(dan)是(shi)，對于如此重要的(de)半(ban)導體產業(ye)鏈環節，我國(guo)明顯不具備優勢。我國(guo)是(shi)從(cong)2008年(nian)起(qi)開始(shi)關注國(guo)內EDA發展狀(zhuang)況的(de)，如今國(guo)內已(yi)有超(chao)(chao)過50家EDA企業(ye)，市(shi)(shi)場份額近幾(ji)年(nian)也已(yi)從(cong)6%提升至11.5%，但(dan)剩下的(de)近90%的(de)市(shi)(shi)場則被美國(guo)Synopsys、美國(guo)Cadence和德國(guo)Siemens EDA三巨頭(tou)霸占。雖然(ran)EDA的(de)市(shi)(shi)場規(gui)(gui)模并不算龐大，但(dan)其發揮(hui)的(de)杠桿(gan)效應卻十(shi)分顯著。根據(ju)SEMI的(de)數(shu)據(ju)顯示，2020年(nian)EDA行業(ye)的(de)全球市(shi)(shi)場規(gui)(gui)模剛剛超(chao)(chao)過100億美元，但(dan)卻撬動著集成電路行業(ye)超(chao)(chao)過4000億美元的(de)年(nian)產值。
所以，EDA在(zai)產業側對國內半(ban)導體發展的制約，以及潛(qian)在(zai)的巨大商業價值(zhi)都使得其成(cheng)為了“兵家必(bi)爭之(zhi)地(di)”。
華大九天來頭不小
歷(li)史(shi)上(shang)，EDA從誕生(sheng)的第(di)一天(tian)就進(jin)入歐(ou)美(mei)半導體產業(ye)體系被集(ji)中保護，建國(guo)(guo)初期的“巴(ba)統”禁運(yun)(巴(ba)黎統籌委員(yuan)會對(dui)中國(guo)(guo)實行禁運(yun)，國(guo)(guo)外(wai)EDA無法(fa)進(jin)入中國(guo)(guo))，直至1994年才取消，全球(qiu)EDA產品(pin)得(de)(de)以(yi)全面進(jin)入中國(guo)(guo)。而在這期間，中國(guo)(guo)歷(li)史(shi)上(shang)第(di)一款自(zi)研EDA工具“熊(xiong)貓 ICCAD 系統”于1988年打破封鎖橫(heng)空出(chu)世。值得(de)(de)注意的是，華大九天(tian)公司初創團隊部分成員(yuan)、包括創始人劉(liu)偉平都(dou)參與研發了“熊(xiong)貓 ICCAD 系統”。
然而(er)(er)，在1994 年“巴(ba)統”解散(san)后(hou)，海外成熟 EDA 隨著禁(jin)運取消而(er)(er)涌入國內市(shi)場，國產(chan)熊貓系統日漸式微(wei)，中國 EDA 產(chan)業(ye)陷入發展低谷。直(zhi)到 2008 年，國務院通過了國家科技重大專(zhuan)項(xiang)實施(shi)方案，EDA行業(ye)才迎(ying)來新生，華大九天便是第(di)一(yi)批國產(chan)EDA企業(ye)之一(yi)。
2009 年華大集團 EDA 部門獨立出來正式成立了華大九天，而承載了熊貓系統的技術、EDA和IP方面的積累，多次增資、更換股(gu)(gu)東，大(da)股(gu)(gu)東從華大(da)集成電(dian)路轉(zhuan)移到(dao)了中(zhong)國電(dian)子，都使(shi)得華大(da)九天的(de)實力日益鞏(gong)固：
模擬(ni)IC設計的(de)全(quan)(quan)流程EDA系(xi)統國內唯一，也是全(quan)(quan)球四(si)大模擬(ni)設計全(quan)(quan)流程平(ping)臺，出貨量過百億，SKU達到數百款(kuan);
數字SoC設計(ji)優(you)化EDA，覆(fu)蓋國內90%以上企業，已基本完成國產(chan)化替(ti)代;
晶圓制造專用工具，掩膜板處(chu)理軟件全球第一;
平板設(she)計(ji)EDA全球唯(wei)一，國內新建產線超過(guo)半數都采用該(gai)系統。
此(ci)外，在2022年7月(yue)29日，華大九天(301269)正式登陸A股市場，成(cheng)為了國(guo)內EDA第一股。
盡(jin)管以華(hua)(hua)大(da)九天為首(shou)的(de)國(guo)內EDA企業一(yi)直在(zai)(zai)奮起直追，但我們與國(guo)際巨頭的(de)差(cha)距難以忽視。華(hua)(hua)大(da)九天董事長(chang)劉(liu)偉平指出，國(guo)內EDA這(zhe)幾(ji)年取(qu)得了(le)長(chang)足(zu)的(de)進(jin)展(zhan)，但是同國(guo)際廠商(shang)相(xiang)比(bi)，仍(reng)存在(zai)(zai)不(bu)小的(de)差(cha)距。國(guo)內商(shang)業化的(de)EDA工(gong)具覆蓋率只能達到70%左右，最(zui)大(da)的(de)問題是沒有完整的(de)平臺和(he)產品鏈(lian)，在(zai)(zai)全球市場的(de)市占率也(ye)只占到2%。這(zhe)幾(ji)年雖然涌現了(le)很多企業，但是規模偏(pian)小，200人以上的(de)企業目前只有7家，遠(yuan)不(bu)能同國(guo)際大(da)廠相(xiang)比(bi)。劉(liu)偉平也(ye)指出國(guo)內EDA發展(zhan)存中(zhong)的(de)幾(ji)點目標差(cha)距，首(shou)先(xian)(xian)是對先(xian)(xian)進(jin)工(gong)藝支(zhi)持(chi)不(bu)足(zu)，其次是缺乏自己的(de)標準(zhun)和(he)底座，第三是尚未在(zai)(zai)IP業務上進(jin)行大(da)規模布局，第四(si)是產業鏈(lian)的(de)協同方(fang)式還不(bu)夠成熟。
面對先進(jin)工藝的(de)(de)演進(jin)以及AI浪(lang)潮的(de)(de)沖擊，劉偉(wei)平認為當代(dai)(dai)EDA有4大發展趨(qu)勢。首(shou)先，要跟上后摩爾時代(dai)(dai)的(de)(de)技術(shu)演進(jin)步伐(fa)，包(bao)括先進(jin)工藝(5/3/2nm)、新方法(先進(jin)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)、異構)、新材料(liao)(三代(dai)(dai)半);第二，新興應用牽引，包(bao)括5G/IoT、汽車電子和硅光芯(xin)片;第三，AI技術(shu)的(de)(de)加持，包(bao)括AI提高EDA效率和EDA助(zhu)力AI芯(xin)片設計;第四(si)，EDA云平臺的(de)(de)出(chu)現。面對這些(xie)技術(shu)發展趨(qu)勢，諸多技術(shu)挑戰也隨之而來，如AI與(yu)EDA的(de)(de)融合(he)，系統、封(feng)裝(zhuang)(zhuang)和芯(xin)片的(de)(de)協同(tong)設計，海量(liang)數據(ju)數據(ju)的(de)(de)處理，芯(xin)片安全、高性能仿真等，都是(shi)EDA行業需要在未來重點關注的(de)(de)。
誠然，無論是自(zi)保(bao)式(shi)的(de)(de)布(bu)局EDA，亦或華大九天(tian)等國內企業(ye)的(de)(de)持續耕耘都將為我國半導(dao)體(ti)行業(ye)的(de)(de)自(zi)主可(ke)控在(zai)關鍵產業(ye)鏈(lian)節點上增強(qiang)信心，個中挑戰(zhan)也可(ke)想而知，但在(zai)如(ru)今的(de)(de)國際大形勢下，中國芯的(de)(de)背水一戰(zhan)仍然不(bu)能松懈。
參考資(zi)料：
《EDA的中場戰事》，我(wo)(wo)思鍋我(wo)(wo)在
《又斷供?美國對“芯片之母”EDA下手!如何戳中我們的“軟肋”?》，物聯網智庫
《靠不得盜版!國產EDA等待自我救贖》，物聯網智庫
《華為完成14nm以上EDA替代 更強的國產EDA來了：部(bu)分已(yi)支(zhi)持5nm》，快科技
《華大九天研(yan)究報告(gao)：國產EDA龍(long)頭的“勢”與“術”》，認是(shi)
《華(hua)大九天劉偉平：國(guo)產(chan)商用EDA已實現70%覆蓋 還要(yao)克(ke)服四大差距》，集微網
