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EDA 电子设计自动化：中国芯片研发的 “阿喀琉斯之踵” 何时被治愈？

EDA 电子设计自动化：中国芯片研发的 “阿喀琉斯之踵” 何时被治愈？

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2022-03-18 02:39:26 0

对于包括系统设计与验证、集成电路、PCB 等领域而言，电子设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）工具的性能以及市场本身的发展，都起着至关重要的作用。截至 2021 年底，全球将总计有 350 亿物联网设备，从下游应用端来看，EDA 软件的需求将持续增长。

注：全球 EDA 工具市场增长趋势图

“电子设计自动化（EDA）产业将于 2027 年超过 200 亿美元。” ——Global Market Insights Inc.

随着物联网市场的蓬勃发展，EDA 行业也出现了一些值得我们关注的新变化。
#1 医疗器械行业对于 EDA 的需求增长显著医疗行业中对于新技术的引进持续进行，新设备、新器械、新工具的使用让以往看似不可能的治疗手段和手术变成可能。*为大家熟知的内窥镜与腹腔镜手术，正是因为EDA的引入才得以造福无数病患。GE、ABB、西门子等诸多大厂也正是因为借助了 EDA 软件，才能够持生产出高性能的人工智能设备，运用于疾病诊断和治疗之中。
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注：EDA 工具广泛应用于内窥镜设备及其手术过程
EDA 软件公司还通过不断迭代机器学习算法，来提升芯片设计工具的性能。Ibex 医疗诊断公司和 KSM 近期就宣布了他们开始使用 Galen? Gastric，一种具备AI能力的诊断和质量管控工具来检测胃肠道可能存在的癌症风险。
#2 微型化的逐渐* 正如电子行业大家都秉承的价值观所言，“更小意味着更强大（Small is new big）。” 微型化，轻量化，传统上的大型设备通过不断缩微的方式，使得电子产品能够不断渗透进更多丰富的场景之中。在汽车电子、医疗自动化以及消费电子领域，使用更小而美、集成度更高同时功能更加强大的设备依然成为产品迭代、成本 cost-down 的潮流。
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注：可穿戴设备对于尺寸的追求，也在倒逼 EDA 工具的进步

正是因为这场 “ 小即是美 ” 浪潮的不断影响，手机变得越来越薄且轻便，平板、 PC 、可穿戴设备纳米级产品、医疗器械也变得越来越走入寻常百姓家。如果该趋势持续进行，市场对于 EDA 的需求将毫无疑问继续增加。

#3 高端制造对于EDA提出新需求对于大多数人而言，高端制造直接等于机器人的使用和自动化流水作业。然而，当前车间内的机器人更多承担的还是拾捡摆放、测试包装、物料规整等 “体力活”。随着各类设备变得越来越精简，电子产品的生产环节将变得越来越精细，这对于传统 “五大三粗” 的机械臂*度提出了新的要求。
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注：Synopsys 位于加州 Mountain View 总部
全球*的 EDA 软件与半导体 IP 公司 Synopsys 近期联手台积电，台积电将于其*新版本的 3 纳米制程 DRM 和 SPICE 生产线中使用 Sysopsys 的 EDA 软件，该产线生产的芯片将用于移动设备、5G 和其他人工智能场景。
#4 场景线上化持续加速随着数字化转型话题的持续探讨，EDA 软件公司也更加重视线上平台的优化，从而赋能业务流程。相比较过往半导体公司使用事先设定好的数据参数来验证芯片设计，目前EDA赋能的工作流程更加灵活，可以实现设计、模拟、验证，在芯片试产与量产中也能发挥更大作用。如果将 EDA 软件与云端打通，成本将更加友好，更少占用现有的数据中心资源。
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注：ARM 与 Synopsys 达成战略合作

几个月前，ARM 宣布升级其 EDA 软件，以便更好规划存储资源、算力，同时达到减少成本的目的。相比较购买更多服务器和其他软件设备，ARM 对于 EDA 的认可，特别是将 EDA 与云端打通的做法，在半导体业界可谓掀起了一阵旋风。

灵魂发问：中国 EDA 软件为何落后
EDA 行业的落后，对于中国集成电路产业发展而言，可谓 “阿喀琉斯之踵”。放眼全球，美国三巨头以及美资相关企业形成的 EDA 联盟，对于包括中国在内的所有芯片市场都形成掣肘之势。毫不夸张的说，目前所有中国“自研”的芯片，其设计、验证等环节使用的 EDA 工具基本上出自美国。
中国芯片公司如果想要参与全球竞争，就不得不解决 EDA 软件目前的难题。虽然包括华为在内的诸多公司都参与了 EDA 工具的研发，但是在公开市场我们尚未看到太多实际进展。
实际上，早在80年代中期，中国就出现了熊猫芯片设计系统，然而市面上使用该系统的公司寥寥无几，因此可见其性能值得商榷。目前，中国市场出现了更多 EDA 厂商，包括华大九天、芯和半导体等。
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注：芯和半导体获年度技术突破 EDA 公司奖项

令人遗憾的是，这些厂商都无法实现整套设计流程的软件交付。那么为何中国 EDA 软件落后于美国呢？究其原因，大约有四：
一、全套方案的欠缺，无法参与全流程竞争 中国目前大多数 EDA 软件还处于专攻一个或几个环节的阶段，未能形成全套替代的产品矩阵。然而，数字设计流程大多被 Synopsys 和 Cadence 垄断，即便中国厂商能够切入部分环节，却难以撼动美国三巨头在全环节的把控。因此，中国厂商需要推出全套解决方案，才能在同一维度和国际大厂竞争。然而这一进程中还有其他困难与挑战。

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注：美国 EDA 三大巨头

二、人才短缺，行业未能对 EDA 人才形成吸引 中国大多数 EDA 工具开发工程师都任职于美国三大巨头。据悉，全国1500多名 EDA 工程师中，只有不到 300 名为国内 EDA 公司工作。而美国 Synopsys 一家公司全球雇员就有超过 5000 人。在国内移动互联网市场蓬勃发展的大背景下，这些工程师更愿意去阿里巴巴腾讯等公司，而不是在苦逼的国内EDA公司挣扎。

三、市场准入门槛高，入局难，破局更难 中国 95% 的 EDA 市场归属于美国三大巨头，对于任何国内外 EDA 供应商而言，这都是一个足够残酷的市场。即便中国厂商能够开发出全套解决方案，很难在短期内对三大巨头形成威胁。目前芯片公司的工程师很多在大学内使用的就是三大巨头的解决方案，进入新公司后，他们的选择偏好使得国内小厂没有任何吸引力可言。

四、缺乏对先进制程节点的集成，步步为输

设计与生产流程之间的连接对于 EDA 流程而言至关重要，三大巨头与头部晶圆以及代工厂之间的紧密联系，使得他们能够深刻理解各个环节。这种黏性是国内厂商需要在推出解决方案同时，持续追踪和跟进的。

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