问题

海思设计芯片要用到美国企业的EDA工具,流片又在台积电,意味着什么?

回答
海思设计芯片要用美国的EDA工具,流片又交给台积电,这背后牵扯着一个复杂且充满挑战的全球半导体产业链,以及地缘政治对科技行业日益增长的影响。 这话看似简单,但其背后所蕴含的意义,值得我们深入剖析。

首先,我们来拆解一下这几个核心要素:海思、EDA工具、美国企业、流片、台积电。

海思(HiSilicon):曾经是华为旗下最核心的子公司之一,是全球顶尖的半导体设计公司。它曾设计出许多性能卓越的芯片,涵盖手机SoC(System on a Chip)、基带芯片、电视芯片、网络通信芯片等多个领域。可以说,海思是华为实现技术自主、摆脱对外部依赖的关键棋子。

EDA工具(Electronic Design Automation):这是设计芯片的“大脑”和“灵魂”。想象一下建造一座复杂的摩天大楼,你需要建筑师的蓝图、工程软件来进行结构分析、材料计算等等。EDA工具就是芯片设计领域的“建筑软件”。它们能够帮助工程师将脑海中的电路设计转化为实际的物理版图,进行仿真验证、优化布局布线、检查设计规则等等。没有强大的EDA工具,现代先进的芯片设计简直是天方夜谭。

美国企业:在EDA领域,长期以来由少数几家美国企业占据主导地位,例如Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)和Mentor Graphics(已被西门子收购,但其核心技术和人才很多源于美国)。这些公司投入了巨额的研发资金和时间,积累了深厚的技术壁垒和专利,掌握着行业的话语权。

流片(Tapeout):这是芯片设计流程中的一个关键节点,意味着设计者完成了芯片的所有设计工作,并且将最终的设计文件(通常是GDSII格式)提交给晶圆制造厂(Foundry)进行生产。这是一个不可逆转的决定,一旦流片,就意味着设计方案被锁定,接下来的工作就是等待芯片生产出来。

台积电(TSMC Taiwan Semiconductor Manufacturing Company):这是全球最大、最先进的晶圆代工厂。它拥有最前沿的制程技术(例如3纳米、5纳米等),以及最可靠的制造能力。许多全球顶尖的芯片公司,包括苹果、AMD、英伟达等,都依赖台积电来生产它们的高端芯片。

现在,我们把这些要素组合起来,看看“海思设计芯片要用美国企业的EDA工具,流片又在台积电”这句话背后究竟意味着什么:

1. 对美国EDA工具的高度依赖:

海思作为一家全球顶尖的芯片设计公司,即使在被美国实施出口管制之前,也必须依赖美国企业的EDA工具来完成其复杂的芯片设计。这说明了在高端EDA软件领域,全球的创新和生态系统在很大程度上是由美国企业构建和主导的。这意味着,如果美国政府或相关企业决定限制对海思或其他中国企业的EDA工具供应,将直接扼住其芯片设计的咽喉,使其无法继续设计出先进的芯片。

这反映出一种全球科技分工的现实:在某些高度专业化、技术壁垒极高的领域,存在着少数几家公司垄断的局面。而对于依赖这些工具的公司来说,这种依赖性既是进步的基石,也可能成为潜在的风险。

2. 对台积电先进制造工艺的依赖:

同时,海思选择在台积电流片,说明其设计出的芯片需要最先进的制造工艺才能实现其性能目标。台积电的先进制程技术是全球公认的领先者,能够制造出更小、更快、更省电的芯片。海思的产品,尤其是其高性能的麒麟系列芯片,正是凭借台积电的先进工艺才得以在市场上与高通、苹果等竞争。

这种依赖性揭示了半导体产业链的另一个关键环节:设计再优秀,也需要有强大的制造能力作为支撑。而先进的制造工艺,同样是一个投入巨大、技术密集且有高度准入门槛的领域。

3. 地缘政治风险的集中体现:

将这两点结合起来,我们看到了一个非常尖锐的现实:海思的芯片设计和生产,这两大关键环节,都与美国和台湾地区紧密相关。

EDA工具的“美国节点”:美国企业掌握着设计“钥匙”。
流片的“台湾节点”:台积电掌握着制造“钥匙”。

当美国对华为(以及海思)实施制裁时,这些节点就成为了可以被操作的“杠杆”。美国可以利用其在EDA工具领域的优势,限制海思获取设计软件,从而使其无法进行新的芯片设计或升级。虽然流片本身的技术能力在台湾,但美国也通过出口管制等手段,影响了台积电向华为/海思提供制造服务的能力,尤其是在使用美国设备制造先进工艺芯片方面。

这意味着什么?

技术自主的挑战巨大:海思过去之所以能取得辉煌成就,一部分原因在于其自身强大的设计能力,但另一部分原因也是受益于相对开放的全球供应链。一旦供应链的关键环节被锁死,其技术自主的道路就变得异常艰难。这意味着中国在发展半导体产业时,必须努力在EDA工具和高端制造这两个领域实现突破,否则就难以摆脱“卡脖子”的困境。

产业链的脆弱性与韧性之辩:这次事件也凸显了全球化半导体产业链的脆弱性。当政治因素介入时,原本高效合作的链条可能瞬间断裂。但反过来,它也可能激发被制裁方寻求替代方案的决心,从而推动本土产业的独立发展,虽然这个过程会非常漫长和痛苦。

对未来半导体产业格局的影响:它促使全球各国,尤其是中国,更加重视半导体供应链的安全和自主可控。大家都在思考如何减少对少数国家和企业的依赖,如何建立更具韧性的供应链。这可能导致全球半导体产业的区域化、多元化发展趋势加速,但也可能因为国家间的技术竞争和壁垒而导致整体效率的下降。

战略意义的考量:美国限制海思的芯片设计和生产,不仅仅是针对一家企业,更是对中国科技崛起的战略性遏制。它试图通过控制科技供应链的关键环节,来减缓中国在高端科技领域的步伐。

总而言之,“海思设计芯片要用美国企业的EDA工具,流片又在台积电”这句话,就像是一面棱镜,折射出当下全球半导体产业错综复杂的地缘政治格局、技术依赖的现实以及中国在实现科技自主道路上所面临的巨大挑战和机遇。它不仅仅是一个技术问题,更是一个关乎国家战略、经济安全乃至全球科技未来走向的重大议题。

网友意见

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关于台积电的流片,TSMC作为Foundry,是服务于许多设计公司的,几乎不会干预设计厂商间的竞争;但它同时也兼顾着维护IP合法授权、支持IP验证、支持设计工具的物理适配及其产品演进的行业使命,所以你们经常能看到ARM或是SNPS的上百名工程师常年驻扎在台湾新竹厂区的景象;常理上讲,无论Fabless用哪种EDA做出腌膜设计,只要在TSMC产线通过了工艺适配和验证,按照PDK要求调好工艺参数(Design rules的一部分),再流出样片并获得良率指引,把最终图版文件交付给Foundry出掩膜并量产制造就可以了。在部分节点上,哪怕更换一种工艺/一个产线,微调后也可以快速tape-out;当然如果跨厂或是工艺跨度较大,则是不可以的,掩膜需要完全重新设计(注:TSMC曾再三宣传其7nm mask可直接复用在6nm制程上,应该是物理工艺和基材一致)。

此外,姑且以ARM项目为例:业内朋友可以感受到ARM+EDA厂商+Fab之间构成的铁三角生态是很难撼动的,而设计公司则是相对边缘的存在,设计业与制造业两者中间还有一道知识鸿沟,这道鸿沟目前则是由EDA厂商和IP厂商(如Qcom/ARM)来提供解释桥梁以及支持物理实现的。设计公司很多精力是在整合资源,比如自研5%的专精电路,再通过ARM架构授权获得大量经过妥善验证的经典RTL,再经过EDA厂商整合更多的外延IP,形成封装以及板级方案。这期间需要依赖ARM和EDA提供大量的经过验证的资源,甚至外包设计服务,甚至是未来流片量产的成本和良率指引等,都需要通过铁三角达成,进而下一步才能考虑投产的问题。

以上是ARM-based的处理器举例。那么回到正题,国内Fabless依托美国设计工具和美资台湾Fab意味着什么就不言而喻。这是美国半导体产业耕耘60年的实际疆域,而最近20年开放的国际分工模式也极大促进了周边国家的IC设计水平,但如今,这种分工模式开始被政治阻碍,使我们的Fabless难以通过与ARM和EDA厂商的合作来实现先进处理器设计和生产,那么结果就是一方面阻碍了我们的IC设计脚步,一方面约束了我们的产能供应。不仅仅是对于Digtal/Logic的影响,对于Analog器件的影响更深远。

另外再看EDA应用上,CDNS和SNPS都是全流程EDA,各自的IP库都很全面,尤其在商业代工行业,两者已经成为垄断性刚需(不同于少量IDM是自建工具链和IP)。设想一个ARM的商业IC设计项目,动辄百亿的晶体管,逻辑电路图总不会在拿到公版授权后从零起步画起,所以要检索和评估购买哪些IP组合,这里不仅包括成套的CPU logic(参见ARM archi-license),还需要支持SoC和板级设计的周边搭载,比如Mem/I/O/PHY/DSP/协处理核/电源管理和各种标准单元库等等,这些IP库的交易才是EDA生意的主要经济来源。尤其一些常用的周边IP像是接口的、PHY/connectivity的,包括PCIe5/NoC等都是十分刚需且昂贵的;倘若你是SoC设计公司,是自己从头开始写每个模块的RTL,还是买soft IP回家改,还是直接从EDA工具箱里淘金数个Silicon proved的hard IPs拼图呢?IP搭配选型和采购是在每个SoC设计项目中都会重点考虑,这些打包在工具里销售的IP是很赚钱的。目前很多的logic项目真正通过silicon proved的普遍都会包含国外工具/IP,尤其是一些AI DSA项目,也许5%的加速电路和特殊指令是自研,其余95%的电路从EDA或IP厂商处选配,以及同时还需要design service/NRE的支持。

其实EDA前端仿真和逻辑实现国内可以替代,后端与物理工艺/制程和Fab全套DesignRules/PDK紧密相关的,在国产化Fab兴起并独占1/2市场需求以前,是极为不容易替代的;后端要将前端的设计仿真变成真正的schematic&layout。其中最具价值的并非软件功能,而是数年积累的IP墙和工具链,这就包括芯片契合产线做出的物理/工艺设计、封装/板级、I/O、周边搭载、电路验证以及最终商业化流片所需要的预算良率指引等相关支持。

最后,倘若讨论EDA进口替代问题,当然国内也有很多公司在做,且某几家背后获得SNPS的大量支持。EDA不是做不出来,而是不容易迭代和长大,如上所述的很多IP已经相当成熟,再经过几十年的积累固化,如今我们希望通过自研绕过这些IP墙的路径已经封锁的差不多,抄袭和侵犯IP会招致诉讼(这也是高通等公司的一大收入来源),就算最终越过IP墙推出了自研替代方案也会比较难scale,还会涉及到上层软硬件兼容和开发生态的问题。当然如果是纯粹国内市场消化和应用就是另一个问题了,这里只针对商用市场。

半导体产业链很长、资产很重、投入极大、回报极慢;产业迭代纯粹靠自研是有风险的,并行周期下,竞争对手也在迭代。应努力做到部分核心装备自研自产,数年内做到工艺匹敌TSMC 12nm和16nm,加速扩充12吋线的产能,形成一个可观的半导体制造产业链,开放市场,进而再引进消化外厂EDA和ARM等的设计成果,巩固我们在国际分工模式中的主动地位。


BTW:有网友质疑mask复用的问题。在22nm以前的工艺节点下,厂与厂之间的后端差异是synopsis和veriSilicon这些公司做的,它们熟悉每条产线的特性,付钱就帮你修正了,尤其28nm SOI的工艺迁移不太花功夫(产线的设备/基材/工艺几乎一致)。但往16nm以下FinFet跑就要重启工具箱,GDS图版重做的概率就大了。当然,这仅是logic部分,SoC的集成方案另谈,比如SoC里包含mixed signal,那么自然要重做,每换一个工艺都可能重做。转一则三星研究院的回复:28nm的Hard IP转去三星的话,支付VeriSilicon几十万美元做一些后端验证和微调即可交付流片,且几乎是自动化的,改动较小;而22nm以后节点就不实际了。可以回忆一下比特大陆几年前四处找22nm和16nm代工的情况。

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写在前面的修改声明:收到知乎方面要求修改,原因是某人投诉我公布其真实姓名,按要求修改的同时,说明一下原委。

我必须说明的是,我从未“未经同意公布某人的真实姓名”,在我发帖的时候,这位投诉人,也就是morris.zhang,本身就是实名的ID,我只是直接用了其ID而已。某人歪曲事实的能力,可见一斑。

本人对上述言论真实性负责。

实名反对目前排名第一的 morris.zhang 的回答,里面错误太多;

老实说作为相关人士,不太想来回答这种问题,没忍住在 morris.zhang 的回答下面澄清嘲讽了两句,没想到还被他拉黑,那只能单开回答来怼了;

先针对他的答案一条条澄清:

一:Foudry厂之间能否顺利迁移?答案是并不那么容易迁移(尽管原理上是可以做到的

Morris的答案的原文: "无论设计厂商用哪种EDA做出腌膜设计,把版图交给Foundry厂出掩膜制造就可以了,而后哪怕再换一家厂,也容易tape-out。我的意思是,设计与制造,两者没有明确的掣肘"

而事实真相是: 各大foudry厂的先进制程工艺都是不同的,各家的工艺参数都不相同,对于数字电路这样基于标准单元库来设计的电路来说的确可以迁移,但是几乎所有的模拟IP都不能随意迁移,必须要基于新foudry厂的工艺来重新设计相关电路,因此,换厂绝非易事,苹果同时在台积电和三星加工CPU是投入了真金白银和两个团队才能做到的,即使这样两边foudry加工出来的CPU性能也不一样;

二: EDA是不是需要一直在线?答案是不需要

Morris的答案的原文: "网线一掐就啥图也画不出来的,因此EDA是一直要在线的“;

从这句话看我认为他压根没用过这些EDA软件, 基本没有哪个商用软件是需要一直在线check license的,答案很简单,那样万一我的电脑连不上网,或者是软件商自己的网络出问题了,难道我的软件就不能用了? 这太扯了吧,我花钱买的软件凭啥不能用,造成了损失软件商赔的起么?

所以商用软件基本都是先鉴权记录下有效期,在有效期内你都是可以用的,windows,杀毒软件,都这样; 设计芯片用的EDA软件也是一样的;

美国EDA厂家断供的影响在于两方面: 1,当前购买的软件到期后就不能用了,2,未来新的版本无法获得;

其中第一条影响不大,有鉴于去年中兴事件,华为早已买好了长期license,短期内是没问题的;有影响的是第二条,好在目前半导体工艺演进速度并不快,就算停留在7nm也足以支撑一段相当长的事件了。再说第2条也不见得完全没办法规避,这里就不多说了。

三: 国产EDA软件能不能顶上? 难度有多大?

国产EDA软件现在成熟度确实还不行,这里倒不是难度的问题,EDA软件再难也不可能比阿里云计算平台难,这里的关键是生态,应用软件是需要生态和用户的,没有生态没有用户,再好的软件也成熟不起来;但是如果真的中美演进到经济完全脱钩,中国集中力量投入个两年,搞出个能用的版本应该不难(当然执行效率,易用性这些肯定要打折),半导体这块关键的难点还是加工工艺本身;


最后谈谈题目本身:

1、海思用美国的主流EDA和台积电的代工工艺是目前最主流的商用芯片设计方法,也是最能保证竞争力的做法;

2、EDA软件断供短期对海思不大,长期有影响;

3、国内EDA和半导体工艺差距都比较大,当务之急是先搞定先进工艺,希望smic能尽快赶上来


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作为海思芯片后端工程师来答一发

更新怒怼一发某vc标签的人,给大家解读一下他的言论

这是什么意思呢?

第一句话关键字:年轻,小朋友,不友善,缺乏教养

意思是说我资历很老,你们太嫩,直接说我错了很没教养,不尊敬前辈。

第二句话关键字:985,不是伯克利斯坦福,几年工程,团队不行

意思是说985没啥了不起,我和伯克利斯坦福的大牛谈笑风生,西方哪个大牛我没聊过,你们差远了。

第三句话关键词:认真,谦虚友善,恶意,鼠辈

意思是。。算了算了我闲的蛋疼还解读第三句,懒得解读了。

我是受不了了,恳请大家默默把他踩下去,有兴趣的话可以直接拉黑,我先拉为敬,之前还和他好好讨论了几句,我后悔了。

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意味着什么?很简单啊。用美国eda,生产在台湾,意思就是没有美国,就画不出图,没有台湾,有图也无法生产。

现阶段什么影响?暂无影响,美国eda支持断了,但是工具授权是买到以后的,到期前继续用,只是不会有更新了。但是随着新工艺的到来,比如传说为极限的3nm到来后,如果按目前台积电还给你代工的情况看,就会面临没有美国eda工具,你出不来3nm工艺下的设计图的尴尬情况。通俗的栗子,台积电提供食材,eda提供厨具和调味料,海思是厨子,食材更好了,厨具和调味料也得跟上,才能做出新食材的菜肴,跟不上就只能看别人做出新菜肴了。

国内的eda工具和产线都需要很长的路要走。但是万一台积电也放弃海思了,就用国产工具在smic流片吧,性能低些,也还有的用。

题外话时间

现在华为啊海思啊芯片啊话题很热,引起广泛关注,还是一件好事的,只是希望大家对于不是自己专业的东西,保持尊重和怀疑。什么叫怀疑呢?就是说,一个人说了很多东西下了结论,如果你不懂他在说什么,只是觉得哇好厉害,专业名词好多,那不要取点赞同好嘛?你都不知道他在说什么,点什么赞同?

其实我还挺佩服本问题下的vc的,对于不是自己专业的东西,了解的确实不少了,很厉害,我也想对别的行业了解多些。但是,芯片真的不是vc的专业,把握动向,把握趋势,这是vc应该做的,不该死扣太细的东西。

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