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EDA 工具的门槛在哪里?国产 EDA 近几年境况如何?有何亮点?

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EDA 工具的门槛在哪里?国产 EDA 近几年境况如何?有何亮点?

EDA(Electronic Design Automation)工具,顾名思义,就是电子设计自动化工具。它们是现代电子产品设计、制造过程中不可或缺的“大脑”,覆盖了从芯片的逻辑设计、物理设计,到PCB板的设计、仿真、验证等各个环节。如果说芯片是现代科技的基石,那么EDA工具就是建造这些基石的“精密机械”和“智能指挥官”。

EDA 工具的门槛,高筑云端

谈及EDA工具的门槛,那真可谓是“高筑云端,非一般人可轻易触及”。这道门槛主要体现在以下几个方面:

1. 技术壁垒:深厚而前沿的算法与数学功底
复杂的数学模型与算法: EDA工具的核心是各种高度复杂的数学模型和算法。例如,逻辑综合需要用到图论、约束满足等算法;布局布线则涉及到最优化理论、计算几何等;时序分析需要高精度的微分方程和概率统计模型来预测信号传播延迟。这些算法的研发和优化,需要研发人员具备扎实的数学功底,对计算机科学、电子工程的理论有深刻理解。
持续的算法创新: 随着芯片工艺的不断进步(例如从几十纳米到几纳米甚至埃米级),以及设计复杂度的急剧提升(例如百万甚至亿级晶体管集成),传统的算法可能难以应对新的挑战。这就要求EDA公司必须持续投入研发,不断创新算法,以满足越来越严苛的设计要求。这本质上是一场与物理定律和计算效率的持续博弈。
软件工程的挑战: 将这些复杂的算法转化为稳定、高效、易用的软件产品,本身就是一个巨大的工程。EDA软件往往是庞大的代码库,需要精密的软件架构设计、高效的内存管理、跨平台的兼容性等,对软件工程的要求极高。

2. 人才壁垒:稀缺且昂贵的顶尖人才
跨学科人才需求: EDA领域的研发人才,往往需要具备“数理+计算机+电子工程”的跨学科知识背景。这样的人才在全球范围内都是非常稀缺的。
经验的积累: 顶尖的EDA专家,不仅仅是知识储备丰富,更重要的是他们拥有多年的行业经验,能够深刻理解芯片设计的痛点和流程,并将这些理解转化为EDA工具的解决方案。这种经验的积累是需要时间沉淀的,不是短期内可以速成的。
高昂的薪资成本: 拥有这些稀缺技能和经验的人才,自然也意味着高昂的薪资成本。对于EDA公司而言,人才的引进和留存是巨大的开销。

3. 资金壁垒:巨额的研发投入和市场推广费用
持续的研发投入: EDA工具的研发周期长,投入巨大。一款成熟的EDA软件可能需要数亿美元甚至更高的研发费用,而且这些投入是持续性的,需要不断更新迭代。
市场推广与生态建设: 即使有了优秀的产品,也需要进行市场推广,建立销售渠道,并与芯片设计公司建立良好的合作关系。更重要的是,EDA工具需要构建一个庞大的生态系统,包括IP核、库文件、合作伙伴等,这同样需要大量的资金和资源投入。
验证与支持成本: EDA工具的验证过程极其严谨,需要投入大量资源来保证其准确性和稳定性。同时,为客户提供技术支持、培训和咨询服务,也是一笔不小的开销。

4. 生态壁垒:与芯片设计流程深度绑定
与设计流程的集成: EDA工具并非独立存在,它们需要与整个芯片设计流程(前端设计、后端设计、验证、制造等)无缝集成。这就意味着,EDA公司需要对不同环节的设计流程有深刻的理解,并不断调整和优化其工具,以适应行业的变化。
客户的迁移成本高: 一旦芯片设计公司选定了某个EDA工具供应商,切换到另一个供应商的成本会非常高昂。这不仅包括了学习新工具的成本,更包含了重新验证整个设计流程的风险和时间。这使得EDA市场具有很强的“锁定效应”。
标准化与兼容性: EDA行业也存在一定的标准化,例如设计文件格式、接口协议等。EDA工具需要符合这些标准,并与其他环节的工具保持良好的兼容性,才能被广泛接受和使用。

国产 EDA 近几年的境况:风雨兼程,曙光初现

可以说,国产EDA的发展,是一部“风雨兼程、奋起直追”的史诗。在过去很长一段时间里,中国在EDA领域与国际巨头(如Synopsys、Cadence、Mentor Graphics/Siemens EDA)之间存在着显著的差距。然而,近几年来,随着国家对集成电路产业的战略重视,以及一批有志之士的努力,国产EDA正以前所未有的速度向前发展,展现出令人欣喜的亮点。

现状可以概括为:

基础能力逐步建立: 中国已经能够自主研发一些基础的EDA工具,例如逻辑综合、布局布线等,并且在某些特定领域或针对特定客户群体展现出一定的竞争力。
重点领域突破: 在一些关键的EDA模块或针对特定应用场景(例如特定工艺节点、特定类型的芯片设计),国产EDA已经取得了显著的突破,能够满足部分国内客户的需求。
生态建设尚在起步: 尽管在工具本身有所进步,但EDA生态系统的建设仍然是国产EDA面临的巨大挑战。与国际巨头完善的IP核库、庞大的合作伙伴网络、成熟的客户支持体系相比,国产EDA在这方面还有很长的路要走。
人才储备不足仍是瓶颈: 虽然近年来人才引进和培养的力度加大,但与国际巨头相比,国内EDA领域顶尖人才的数量和经验仍然是短板。
市场认知与接受度有待提高: 许多国内芯片设计公司仍然习惯于使用国际主流工具,对国产EDA工具的信任度和接受度需要时间和实践来逐步建立。

国产 EDA 的亮点:逆风飞扬,蓄势待发

尽管存在挑战,国产EDA近年来的发展亮点也确实不容忽视,它们如同在逆风中飞扬的种子,孕育着未来的希望:

1. “中国芯”驱动下的需求爆发与政策支持:
国家战略的强力推动: 国家将集成电路产业列为核心战略,对EDA等关键环节的扶持力度空前。这为国产EDA提供了充足的资金、人才和政策支持,也创造了良好的市场环境。
“自主可控”的呼声高涨: 国际形势的复杂变化,使得“自主可控”成为中国集成电路产业的必然选择。这直接拉动了对国产EDA工具的需求,为国产EDA提供了宝贵的市场机会。
国内设计企业成为主要用户: 为了实现自主可控,国内越来越多的芯片设计企业开始尝试使用国产EDA工具,并积极参与到工具的验证和反馈过程中。这极大地加速了国产EDA的迭代和优化。

2. 核心技术能力的显著提升:
多款核心EDA工具实现突破:
中科院软件所/国科微/华为海思等联合研发的逻辑综合、布局布线等工具: 在一些基础的数字后端设计流程中,已经能够完成一定的设计任务,并开始在实际项目中得到应用。
芯华章(SciHua)等新晋企业在验证领域的创新: 尤其是在形式验证、仿真验证等领域,国产EDA企业展现出快速学习和创新的能力,推出了具有竞争力的产品。例如,芯华章在形式验证方面,通过自主研发的算法和引擎,在某些复杂场景下能够提供与国际巨头媲美甚至更优的性能。
其他领域(如模拟设计、版图编辑、DRC/LVS等)的进步: 尽管不如数字设计领域那样引人注目,但在这些传统但重要的EDA领域,国产工具也在不断积累和进步,逐步填补空白。
针对特定工艺和应用场景的优化: 国产EDA更加贴近国内客户的需求,能够针对国内特定的工艺节点、设计规范以及客户的设计习惯进行定制化优化,从而在特定领域形成差异化优势。例如,针对国内的一些特色工艺,国产EDA可能能够提供更精准的建模和更高效的流程。

3. 新兴EDA企业的活力与创新模式:
创业公司异军突起: 诸如芯华章、芯思杰(CidChip)等一批新生代EDA公司,凭借着敏锐的市场洞察力和灵活的创新机制,迅速在特定EDA领域占据一席之地。它们不像传统巨头那样背负沉重的历史包袱,能够更快速地响应市场变化和客户需求。
聚焦细分领域,形成突破: 这些新公司往往不会试图全面挑战国际巨头,而是聚焦于EDA链条中的某个或某几个关键环节,集中资源进行突破。例如,有的专注于形式验证,有的专注于高层综合,有的专注于功耗分析等。这种“农村包围城市”的策略,在一定程度上降低了竞争压力,也更容易取得阶段性胜利。
开放合作,构建生态: 一些国产EDA公司采取更加开放的合作策略,与国内的IP核厂商、IP供应商、设计服务公司以及高校等紧密合作,共同构建EDA生态系统。这种“合纵连横”的模式,有助于快速弥补自身在生态方面的不足。

4. 人才引进与培养的加速:
吸引海内外优秀人才: 随着国内产业的蓬勃发展和研发投入的增加,越来越多的海内外EDA领域专家和技术人才开始回流或加入国内EDA公司。
校企联合,培养后备力量: 许多国产EDA公司与国内高校建立了紧密的合作关系,通过项目合作、实习实践、课程共建等方式,为EDA产业培养亟需的后备人才。这种从源头抓起的模式,是实现长期可持续发展的关键。

总结:

EDA工具的门槛确实是“高不可攀”,它考验的是一个国家在数学、计算机科学、电子工程等多个领域的基础研究能力、人才储备以及持续的资金投入。然而,近几年来,在中国集成电路产业自主可控的大背景下,国产EDA正经历着一场“浴火重生”。尽管前路依旧充满挑战,但已经涌现出诸多令人振奋的亮点:政策支持的力度、需求的爆发、核心技术的突破、新兴企业的活力以及人才培养的加速,都为国产EDA描绘出一幅“蓄势待发”的图景。

目前,国产EDA在完整覆盖度和市场占有率上仍有较大差距,尤其是在模拟EDA、物理验证以及IP核等领域。但我们必须看到,中国EDA产业正在从“追赶”走向“并跑”,甚至在某些细分领域开始“领跑”。未来,随着技术的不断迭代、生态的逐步完善以及人才的持续涌入,国产EDA必将在全球EDA版图上占据越来越重要的位置,为中国乃至全球的芯片产业发展贡献“中国智慧”和“中国力量”。这是一场需要耐心、毅力和智慧的长期战役,而我们已经看到了胜利的曙光。

网友意见

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我来回答一下,引用于我的另一篇评论EDA工具的贴子;两边的问题受众应该是类似的。

仅参考Digtal/Logic来讲,Analog没有从事过。 关于EDA的前端仿真验证相对容易甚至可替代的,主要用在逻辑实现;后端是与制程工艺紧密结合的,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累积的IP工具链,它们包括芯片的逻辑/物理设计、周边搭载、功能验证、和商业流片的最佳实践;

应用上,CDNS和SNPS的IP工具库都是全流程支持的,只是在数字和模拟工具支持的差异;但SNPS早期是聚焦在前端实现,直到后来并购Avanti扩展到后端,两者是EDA领军厂商,IP工具链当然也是几乎垄断优势的。当然,IP工具库的调取是挂在远端卖服务的,一些芯片产品,动辄数亿的晶体管,IC图不能从拿到公版后起步画起吧,因而对于不能买断的授权,就要在线的检索和download IP工具,这也是知产交易和相互授权的商业途径之一(此处被人误解,EDA软件本身当然不需要在线了)。

目前很多的CPU项目真正通过silicon proved的普遍也包含国外工具IP。动辄数亿的晶体管结构设计,需要数十年的经验累积。对于目前国内已流片项目的后续迭代,更加需要workload,需要依赖CDNS/SNPS这样的工具商,它们供应的不仅是软件,更重要的是IP库,以及NRE的支持服务。

我想你应该问的是EDA的进口替代问题,当然国内也看到几家公司做,首先,EDA与很多RF/Analog面临现状是一样的,不是做不出来,是没法迭代,做出来也难以生存。当然没有替代就是另一个问题了。尤其后端EDA是关键的,与工艺紧密结合。

另外产业迭代纯粹靠自研是不切实际的想法,并行周期下,对手也在迭代。 否则每逢周期底部就不会有那么多并购潮了(见Microsemi),Fabless若是失去外购IP路径,便可能失去一部分迭代能力,失去优势供应链支持,也是损失了自研路径的一臂,此处请结合通用芯片的经济效益考量。 另外,美方设卡的是迭代机会,并非存量市场;失去迭代机会,会损失未来产能和未来市场。国内用户可以消化存量供给,但会持续落后于主流迭代路径(包括设计和制程);主机厂被封锁在孤立的区域细分市场,核心设计和上游制造技术就同样被隔离在主流迭代路径之外。 IP资产就错过了多边引用和传播的价值,也就失去了技术边际的意义。

半导体产业的迭代发展不是一蹴而就的,它需要大量的设计和制造经验累积、IP墙的构筑。希望回答题主的问题。

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