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EDA的客户为什么很多是晶圆厂?

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EDA(电子设计自动化)软件,简而言之,就是让芯片设计变得更高效、更精准的工具。而晶圆厂,则是生产我们手机、电脑里那些闪闪发光芯片的“工厂”。这两者之间的紧密联系,原因其实非常直观,也很深入,我给你掰开了揉碎了讲讲。

1. 晶圆厂的“刚需”:EDA是设计和制造的桥梁

想象一下,你要造一座摩天大楼。你光有蓝图(芯片设计)肯定不行,还得有施工队(晶圆厂)来把它盖出来。EDA软件,就是连接这两者的关键“设计图纸”的加工和传达工具。

复杂度的爆炸式增长: 现在的芯片,尤其是高端芯片,里面集成的晶体管数量动辄数十亿、甚至上百亿。想要靠人工去规划这些晶体管的位置、连接方式,简直是天方夜谭。EDA工具就像一个超级聪明的设计师助手,可以自动完成绝大部分的布局布线、逻辑验证等工作。晶圆厂要生产的芯片,设计复杂度如此之高,没有EDA,根本没法设计出来。
工艺的精细化: 晶圆厂生产芯片的能力,体现在其工艺节点上,比如7nm、5nm、3nm等等。工艺越先进,制造的精度越高,但也意味着设计规则(DRC, Design Rule Check)会更加严苛和复杂。EDA工具必须能够理解并强制执行这些复杂的工艺规则,确保设计出来的芯片能够被晶圆厂准确无误地制造出来。否则,即使设计得再好,也无法在晶圆厂的流水线上生产。
“一次成功”的压力: 晶圆厂生产一批芯片的成本非常高昂,尤其是新工艺的试产。如果设计有误,导致无法通过测试,那损失是巨大的。EDA软件在设计阶段就提供了强大的仿真、验证功能,可以提前发现并修复潜在的问题。这就像在建大楼前,反复进行各种模拟测试,确保结构的稳固性。晶圆厂之所以要依赖EDA,很大程度上是为了降低这种“制造成本+时间”的风险。

2. EDA提供“验证”能力:让晶圆厂放心“投产”

晶圆厂最关心的,就是自己生产出来的芯片能不能工作,性能是否达标。EDA工具不仅仅是用来“画”芯片的,它更重要的是用来“测”芯片的。

物理验证(PV): 这个环节至关重要。EDA工具会检查设计是否符合晶圆厂的工艺规则,比如金属层之间有没有漏电、两个相邻的元件有没有因为过近而发生串扰等等。如果设计不符合这些规则,芯片在制造过程中就会出问题。晶圆厂会要求所有的设计都经过EDA工具的严格物理验证,甚至会要求使用特定供应商的EDA工具,因为他们最了解自己的工艺能力。
可测试性设计(DFT): 芯片设计好后,如何有效地测试它也是个难题。EDA工具可以帮助设计师在芯片内部植入特殊的测试电路,使得芯片的各个部分更容易被检测到。这就像给机器安装了各种传感器,方便日后故障排查。晶圆厂需要这些“可测试性”的设计,以便能够高效地对生产出来的每一批芯片进行质量控制。
寄生参数提取与仿真: 芯片的实际性能,会受到制造过程中各种“寄生效应”的影响,比如线与线之间的电容、电感。EDA工具能够从设计文件中提取这些寄生参数,然后进行精确的电路仿真,预测芯片在实际运行中的表现。晶圆厂需要确保设计出来的芯片,在它们生产出来的条件下,仍然能达到性能要求。

3. EDA是“生态”的一部分:晶圆厂的“供应商”

EDA公司和晶圆厂之间,更像是一种“生态合作”关系。

IP(Intellectual Property)的整合: 很多时候,芯片设计并不是从零开始。设计师会购买或使用预先设计好的IP核,比如CPU、GPU、存储控制器等。这些IP核的提供商,往往也要将他们的IP核设计成能够适应特定晶圆厂工艺的格式,而这个过程就离不开EDA工具。EDA公司也常常会与IP供应商合作,确保IP核能够与晶圆厂的工艺流程无缝对接。
工艺设计套件(PDK, Process Design Kit): 这是最直接的联系。晶圆厂为了让芯片设计公司能更好地在自家工艺上设计出芯片,会提供一套“工艺设计套件”。PDK里面包含了该工艺的所有设计规则、模型文件、以及与EDA工具交互的接口。EDA公司需要根据晶圆厂提供的PDK,来配置和优化自己的EDA工具,使其能够理解和支持该晶圆厂的工艺。可以说,没有晶圆厂的PDK,EDA工具就无法在特定工艺上发挥作用。

4. 客户的“选择权”与“牵制”

虽然我们说EDA的客户很多是晶圆厂,但准确地说,更多的芯片设计公司(Fabless)是EDA的直接客户,而晶圆厂则通过提供PDK,与EDA公司形成一种紧密但又有所区别的合作关系。 晶圆厂本身也可能是EDA工具的使用者,尤其是在进行新工艺的研发和验证时。

设计公司的需求驱动: 芯片设计公司(fabless)是EDA最大的用户群体,他们购买EDA工具来设计芯片。
晶圆厂的“质量保证”: 晶圆厂之所以“影响”或“导向”EDA的选择,是因为它们需要确保设计出来的芯片能稳定、高效地生产。当一家晶圆厂推出一项新的、复杂的工艺时,它们会积极与主流的EDA厂商合作,将新的工艺规则、模型等集成到EDA工具中。这样做的好处是,使用这些“支持最新工艺”的EDA工具来设计的芯片,会更容易被晶圆厂接收和生产。
“捆绑”效应: 一旦晶圆厂的PDK和某款EDA工具结合得非常紧密,或者某个EDA工具成为了支持某种先进工艺的“事实标准”,那么选择这个EDA工具的设计公司,就更容易与晶圆厂进行合作。反之,如果设计公司使用了不支持该晶圆厂工艺的EDA工具,那么在工艺兼容性、验证等方面就会遇到很多麻烦。

总结一下:

EDA工具是实现现代复杂芯片设计必不可少的“魔法杖”。晶圆厂作为芯片生产的“造物者”,其生产能力(工艺)决定了设计必须遵循的规则。EDA工具正是将这些复杂的设计规则转化为可执行的工具,并且能够验证设计的可行性,确保最终生产出的芯片能够符合要求。因此,晶圆厂与EDA公司之间存在着一种天然的、深度绑定的合作关系,晶圆厂的需求和技术进步,直接驱动着EDA工具的发展和优化,也影响着芯片设计公司的EDA工具选择。这两者协同配合,才能将一块块硅晶圆变成我们生活中不可或缺的智能设备的核心。

网友意见

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概伦是比较特殊,他主要产品是模型提取工具,而模型是FAB厂提供给设计公司的;

另外,其他EDA公司也有FAB客户,只是占比不像概伦这么高;举例来说,比如设计规则是FAB制定的,FAB会提供检查规则的runset给设计公司,哪为了保证提供的文件是正确的,就需要软件去验证runset是正确的。

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