芯片设计软件之争 ｜ 中国如何以一己之力抵万军之敌

　　

　　“封锁吧，封锁十年八年，

　　中国的一切问题都解决了。”

　　同样是封锁中国芯片，相对于特朗普的退群单干，拜登及其反华团伙倒是从中国古代兵法窃取了经验，来了套“合纵抗秦”式的围攻。那么中国该如何“连横破美”？

　　5G通讯、传感器与物联网、人工智能与机器学习、高性能计算和数据中心向产业化推进，对EDA提出了新的要求同时创造了新的机会。摩尔定律持续推进，3nm制程进入量产，随着芯片尺寸不断微缩，设计和制造难度越大，EDA重要性及价值就越高。EDA软件俨然半导体行业的急先锋，正在酝酿着全新的内涵。

　　· 从用于5G移动设备及网络基础设施的高性能片上系统到支持自动驾驶汽车和工业物联网的射频收发器，半导体行业继续面临难以置信的压力，需要在更小面积内以更低功率创造更高水平的性能。

　　· 随着2022年的3nm芯片和预计2024年的2nm设计，工程风险和相关的验证工作量只会增加。预计7纳米芯片设计的成本为2.233亿美元，而5纳米设计的费用为4.633亿美元。对于下一代3nm片设计，这个数字飙升至6.5亿美元。

　　芯片设计软件被称为“芯片之母”，是整个电子产业的根基。贯穿半导体产业链各个环节，融合了微电子、计算数学、图形学和人工智能等众多前沿技术，为集成电路设计、制造和封装等整个产业提供自动化辅助设计能力。设计软件行业的独立自主供应将直接影响整个半导体产业链的稳定运行。掌握了EDA，谁掌控了芯片领域的主导权。

　　

　　图源：GETTY IMAGES

　　EDA与IP

　　EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，也称为电子计算机辅助设计（ECAD），是一类用于设计集成电路和印刷电路板等电子系统的软件工具。这些工具是芯片设计师用来设计和分析整个半导体芯片的设计流程中协同工作，其包含电路设计、版图设计和光罩制作的流程。EDA技术的出现极大提升了半导体产业效率，提高了电路设计的效率和可操作性，完成设计师曾经难以想象的高难度工作。

　　· 从芯片设计角度来看，工程师需要EDA软件平台来进行电路设计、性能分析到生成芯片电路版图。其中涉及几十万到数十亿晶体管的复杂集成电路。EDA可以减少设计偏差、提高流片成功率及节省流片费用等。

　　· 从芯片制造来看，新的EDA技术及相关的新材料和新工艺，在先进工艺推进中的作用愈发凸显，并将给集成电路性能提升、尺寸缩减带来新的发展机遇。

　　

　　芯片设计现已成为系统设计。这些器件的复杂性构成了包括大量软件在内的完整系统 图源：新思科技

　　它就像建筑师使用的CAD软件，且没有一个单一的主导软件程序可以代表行业中最好的。相反，在整个设计流程中经常使用一系列软件模块：逻辑设计、调试、元件放置、布线、时间和功耗优化、验证等。由于现代芯片非常复杂，每一步都需要不同的软件工具。为了适应新的工艺和操作系统，EDA需要不断升级更新，例如国际四大设计公司几乎每个季度都会有版本更新。

　　与EDA密切相关的另一个细分市场是半导体知识产权，即半导体 IP（Intellectual Property，或IP核），是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，是指在集成电路设计中那些已验证的、可大量重复利用的、具有某种确定功能的、具有自主知识产权功能的设计模块，其与芯片制造工艺无关，可以移植到不同的集成电路工艺中。IP核的产生简化了芯片设计的复杂度。由于IP的使用和调用对EDA工具的强烈依赖，EDA和IP通常会被视为同一个市场。

　　· 随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂。设计者的主要任务是在规定的时间周期内完成复杂的设计。

　　· 调用IP核能避免重复劳动，大大减轻工程师的负担，因此使用IP核是一个发展趋势，IP核的重用大大缩短了产品上市时间。

　　EDA工作流程

　　芯片设计周期一般要超过12个月，包括产品定义、前端设计、IP验证、SOC验证、综合、布局布线等多个阶段。EDA工具贯穿集成电路设计及制造、封装全流程，作为软件服务，非常精密和复杂的软件程序主要以三种方式之一来协助芯片的设计和制造：

　　· 设计工具对提议的电路功能进行描述，并组装实现该功能的电路元件集合。这既是一个组装和连接电路元件的逻辑过程，也是一个创建将在制造过程中实现电路的互连几何形状的物理过程。这些工具作为全自动和交互式引导功能的组合提供。

　　· 仿真工具对建议的电路进行描述，并在实现之前预测其行为。基于标准硬件描述语言呈现方式，以不同程度对电路原件建模，执行各项操作，预测电路的最终行为。

　　· 验证工具检查芯片的逻辑或物理表示，以确定最终设计是否正确连接并提供所需的性能。

　　虽然大多数EDA产品都是作为软件交付的，但在某些情况下，物理硬件也可用于交付功能，如当需要极高的性能时，如在仿真和验证过程中必须处理大量数据时。在所有情况下，电路的专用硬件模型将比执行相同模型的软件程序执行得快得多。为了在合理的时间内完成各种任务，通常需要显著提高速度。EDA 硬件的两种主要交付工具是仿真和快速原型制作。

　　

　　图源：芯华章

　　国产EDA沉浮史

　　在上世纪八十年代，中国启动了国产EDA软件的研发工作。然而较全球EDA行业的发展晚了十年。

　　直到1993年，白手起家的华大九天终于发布了国内第一款EDA软件——熊猫ICCAD系统，吓出西方国家一身冷汗。然而，诞生之后的第二个十年，国产EDA行业内忧外患，举步维艰。与此同时，西方国家解除了EDA禁运，欧美软件在国内耀武扬威，盗版软件横行乡里，熊猫遭受重创。

　　

　　华大九天董事长刘伟平（右一）参与“熊猫ICCAD系统”开发，给各位专家领导演示成果 图源：深圳晚报/华大九天

　　21世纪的太阳从东方升起，中国如梦初醒。2008年，工信部启动“核高基”重大专项计划，国内EDA开启重生之路。2015年至今，伴随国家大力推进集成电路产业的发展，华大九天、概伦电子、九同方微电子、芯和半导体等第一批国产EDA企业逐渐浮出水面，激起了市场上片片水花。然而三四十年过去了，国内EDA市场仍然被国外三巨头所垄断。

　　在很长一段时间里，中国的产业政策制定者没有意识到EDA软件是真正的瓶颈。从2018年美国对华高科技的打压开始，原本很少被关注的国产EDA开始得到重视，从以往的停滞不前变成现在的高速发展。

　　# 打压中兴

　　· 2018年4月，美国商务部指控中兴通讯，禁止美国企业供应EDA工具等关键产品，导致中兴通讯“休克”88天。

　　# 制裁华为

　　· 2019年5月，美国商务部将华为及其全球68家子公司全部纳入“实体清单”，导致其无法使用最新5nm的EDA软件设计海思麒麟芯片。

　　· 2019年，美国以“外国直接产品规则”加码制裁华为，华为若使用美国技术设计芯片，即使在美国之外生产也需要获得许可。

　　· 2019年8月，华为不得获取非美国企业用美国软件设计的芯片。

　　# 断供扩大整个中国

　　· 2022年8月15日，美国商务部宣布将半导体EDA软件列为管制清单，对设计GAAFET结构的EDA软件进行出口管制！

　　这样就从根本上将中国芯片制造能力限制在14nm，芯片设计能力卡在3nm。美帝国主义是铁了心跟中国干仗了，如果对先进制程的管控是直插我们的软肋，那涉及EDA软件的管制就是对我们封喉，妄图让咱无气可喘，无医可治——美国企业在EDA环节的市场占有率最高，助长了美最强管控能力的嚣张气焰。EDA处于半导体金字塔的最顶端，以百亿美元的产业规模影响着万亿美元的电子信息市场。不怕没有办法锁死中国这块最大的市场。

　　美帝国主义的封锁行为让他们的公司沉默难言，让他们的消费者更加愤怒，就连微软的比尔盖茨都说，“如果不把晶片卖出去，他们（中国）就会变得更加自力更生，美国就会丢掉很多高收入的工作”。一切都像老比说的那样，这四年多，中国芯片技术有了长足的进步，而美国的大多数高技术企业也在不断地削减员工。

　　进入2023年，美反华政客正在胁迫日本荷兰设备材料企业彻底切断对中国的供应，并试图游说拟对华高科技投资全面脱钩，美帝国主义的组合拳已经会对中国半导体现在和将来产生深远影响。中国大梦彻醒，让原本很少被关注的国产EDA开始得到重视并寻找代替品，从以往的停滞不前变成现在的高速发展。

　　

　　免费EDA软件KICAD 图源：维基共享资源

　　EDA自家难题

　　多年以来，全球EDA产业形成三巨头——Synopsys、Cadence和西门子旗下的Mentor Graphics以其成熟和完善的产品线，占据全球市场70%以上份额，占据中国市场85%以上份额，呈现出高度成熟的垄断格局，美国供应商占据了主导性的地位。上述EDA行业三巨头已实现全流程的覆盖，并在部分点工具上独具匠心，引领市场。

　　中国EDA企业在夹缝中艰难生存，国产EDA企业的市场占比则不到15%。本土EDA企业虽然在点工具上取得了一定的成绩，但不够齐全、集成度不够高。其中，华大九天是国内唯一的能够提供全流程EDA设计解决方案的供应商，获得了全球主流晶圆厂和国内封装大厂的订单认可。概伦电子发布其承载EDA全流程的平台产品NanoDesigner，加速推进公司以DTCO理念创新打造应用驱动的EDA全流程的战略落地。广立微在芯片成品率提升领域形成了包括EDA软件、WAT测试设备和半导体数据分析软件在内的全流程产品生态构建；其他国内EDA服务较国际先进水平仍有一定差距，以提供点工具为主。目前国产EDA工具整体上能够商业化、产品化，能够交付产业界使用的，大概只能覆盖70%的流程，还有30%点工具还存在空白。

　　

　　图源：siemens

　　EDA行业入门门槛高，成本弹性大，对性能依赖性强，因此行业进入壁垒较高，造成中国本土有实力的EDA企业屈指可数。那，那那哪些因素限制了中国EDA产业发展。作为全产业链交流共享平台——未来半导体经过市场调研和综合分析：

　　# 国产EDA技术有限，产品线不全

　　IC设计流程复杂、环节众多，种类较多。齐全的产品线EDA是企业竞争实力的重要指标。而国内EDA工具产品线不够全，难以匹配目前先进的工艺。

　　· 国际巨头能成熟地支持3nm及以下工艺，而国内仅有几家企业支持7nm、极个别支持3nm制程；

　　· 一些标准、底层数据库、通用基础套件等等底层基础技术受限于人；

　　· 芯片设计制程限制，在制造和封装的系统协同设计过程中面临挑战；

　　· EDA还面临诸多技术挑战：如芯片安全技术、高性能仿真技术、可靠性及良率分析技术、芯片设计与制造优化技术等技术等。

　　# 尚未大规模涉足IP业务

　　EDA公司需要与晶圆厂和设计公司深入绑定，紧密依靠与晶圆公司的合作方能取得进步。三大国际巨头能提供从前端到后端的全流程解决方案。他们在完成了设计工具的全流程化后，都已经开辟了IP业务，并通过其IP业务进一步加强EDA核心业务的竞争力。

　　· 前端软件开发技术壁垒高，时间门槛高；

　　· 国内只是在前端点工具上实现了技术突破，尚无企业做到覆盖设计、制造和封装全流程工具覆盖；

　　· 部分产品线无法独立提供全套的EDA工具；

　　· EDA本身的局限，缺乏跟外延业务结合，无法支撑产业发展，特别是像IP；

　　· 如何提供全面的全平台EDA技术来支持设计需要是产业界亟待解决的课题。

　　# 缺乏自身的产业底座和标准

　　· 作为链接不同EDA纽带作用的底座，囊括了底层数据库及文件解析器、接口、通用求解器、计算框架等。

　　· 这些公共组建全被美国EDA公司定义了行业标准。国内产业界还是基于美国人的游戏规则，且短期内无法实现完全替代。

　　# 产业链协同底子薄

　　海外半导体产业链齐全，台积电、三星、英伟达、英特尔、格罗方德等龙头企业都与三巨头EDA产品有密不可分的战略合作。

　　· 基于美国封锁和自身实力有限，国内的EDA企业少有机会融进以上大佬的朋友圈获得先进工艺的技术认证；

　　· 在产业链协同上，国内EDA小微企业众多，各有算盘，各有标准，你做你的，我做我的，系统性紧密合作的基础不牢固；

　　· 设计能力受限，尤其是设计团队在进行仿真和验证时，往往缺乏大规模的算力集群支持：

　　· 要达到成熟、更有效率的产业链协同，还需要时间考验海内兄弟之间的情分。

　　# 客户认证壁垒高、周期长

　　三巨头二十多年来的技术营销服务积累死死绑定了包括中国市场在内的全球客户，其产品的领先性深入人心。国内在推广营销上处于劣势：

　　· 国内EDA企业除了推销国产替代家国情怀，很难用自身实力感动这些客户；

　　· 晶圆厂必须保证稳定生产线，突然切换工具风险大，不大乐意尝试国产的EDA工具；

　　· 即使赢得一些客户认可，认证时间也很长。

　　# 人才匮乏，培养不足

　　EDA行业是典型的人才密集型行业，必须要有丰富经验的实战技术人才和管理干将才能不断保持公司在行业的统治性。由于我国EDA企业还处于早期发展初期，根据公开数据对比：

　　· 国际EDA巨头新思科技的员工规模达1万多人。国内十大EDA软件公司，总人数不到全球EDA研发总数的1/10。国内全行业EDA人才只有4500人，全球EDA人才43000人；

　　· 本土EDA企业专业人才缺乏，要打造专业化梯队需要大量时间培养和研发投入；

　　· 国内EDA企业薪酬整体偏低，本土人才流失较为严重；

　　· 运营管理效率有限，突破技术壁垒难度大；

　　EDA市场机会

　　在后摩尔时代来临、技术进步放缓、技术演进路径不再唯一的大背景下，科技创新正在被新政策、新技术、新应用、新市场所牵引，包括先进工艺、先进封装、AI技术、EDA云平台、5G、物联网、数据中心、汽车电子和硅光芯片与量子计算。还包括特定领域：5G带火的RFIC设计、自动驾驶带火的雷达芯片设计以及云服务带火的HPC设计，这些领域为EDA厂商带来了更高的客户多样性，比如汽车厂商、云服务厂商，甚至是消费电子厂商等。这些领域也将有望成为中国EDA企业的突破口。

　　# 政策红利

　　2020年国家及地方在发布的《十四五规划》等政策中明确提出，要大力发展集成电路设计工具（EDA）。《第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》明确将集成电路列为七大科技前沿领域攻关的第3位，EDA的攻关更是位列集成电路之首。

　　2022-2023年，各省市宣布重点开发EDA技术，部署EDA产业，上海、广东、江苏、浙江、山东等重金扶持，一些专项扶持资金如下：

　　· 上海扶持力度最大，其对于EDA等工业软件，项目新增投资可放宽到不低于5000万元，支持比例为项目新增投资的30%，支持金额原则上不高于1亿元；

　　· 在支持企业从事EDA工具研发方面，深圳南山区、珠海、济南等给予最高1000万元补贴；深圳宝安区、合肥、杭州等给予最高补助2000万元；横琴粤澳深度合作区等给予最高1500万元补贴。

　　· 在支持企业购买EDA工具方面，成都、大连等给予最高500万元的补贴；合肥、青岛等补助总额最高200万元；横琴粤澳深度合作区、厦门、济南等补贴最高不超300万元；广州南沙开发区补贴总额最高100万元。

　　· 在支持企业租用EDA工具方面，横琴粤澳深度合作区等给予最高300万元补贴；合肥等给予补助总额最高100万元。

　　· 在支持国产EDA云服务平台方面，江苏省省级相关专项资金每年择优给予支持……

　　在政策导向推动下，国家基金、公私募基金、产业投资基金等都纷纷投入EDA融资活动中，各公司利用自有或募资资金，正加速国内EDA技术研发与生态建设。

　　# 制造

　　全球半导体产业链重组，中国继续担当全球最大市场，越来越需要国内芯片设计由封测向制造环节挺近，来构建EDA生态和商业闭环。最大市场意味着有最大用户群体，随着晶圆厂扩建、制造技术改进升级，制造复杂度越来越高，EDA工具对于制造良率提升、工艺平台建设越来越重要。

　　华大九天针对晶圆制造厂的工艺开发和IP设计需求，提供了相应的晶圆制造EDA工具，包括器件模型提取工具、存储器编译器开发工具、单元库特征化提取工具、单元库/IP质量验证工具、版图集成与分析工具以及模拟电路设计全流程EDA工具系统，为晶圆制造厂提供了重要的技术支撑。

　　

　　晶圆制造EDA工具 图源：华大九天

　　概伦电子在晶圆制造中有先进器件建模平台、目标驱动模型自动提取平台、灵活的射频建模平台、集成电路工艺与设计验证评估平台、先进参数化单元库开发平台、先进 PDK 验证平台，在器件建模和电路仿真两大集成电路制造，能够支持 7nm/5nm/3nm 等先进工艺节点工艺路线。

　　

　　SPICE被称为建模技术市场领导者，被国内外领先的半导体公司所广泛采用，长达十余年，支持成熟和先进技术节点， 包括28nm、14nm、10nm、7nm、5nm和3nm 图源：概伦电子

　　九同方微电子在晶圆制造中有eTCAD，是建立在半导体物理基础之上的数值仿真工具，可以对不同工艺条件进行仿真，也可以对不同器件进行设计和优化，对电路性能和器件的电学特性进行模拟。eTCAD包含建模、剖分（支持有限差分法和有限体积法）、仿真和可视化等工具组件，基于python脚本语言可以自由组件各种仿真场景的用户自动化平台，支持各种CMOS工艺器件横型。

　　

　　eTCAD功能特点 图源：九同方微电子

　　# AI

　　人工智能设计工具将使芯片设计商提升生产效率，减缓人才风险和人为设计缺陷。麻省理工学院开发的AI芯片设计工具,将芯片能耗效率提高到人类设计电路的两倍以上。联发科利用AI设计工具，也将其芯片关键零组件尺寸降低5%，功耗降低6%。Synopsys和Cadence采用AI的设计工具，可以缩短芯片的设计时间高达90%倍，不仅如此芯片PPA提升20%。

　　

　　DSO.ai解决方案是一个人工智能和推理引擎，能够在芯片设计的非常大的解决方案空间中搜索优化目标。DSO.ai通过大规模扩展设计工作流程中的选项探索，同时自动化不太重要的决策，彻底改革了芯片设计 图源：Synopsys

　　AI技术对EDA的发展有重要的促进作用，广大九天已将AI技术应用于现有产品中。酷芯微电子和采用了国微思尔芯的多款原型验证产品，顺利完成了多款无人机SoC、AI SoC芯片等数颗上亿门级复杂芯片的原型验证工作，尤其是在验证多个复杂IP的完备性时起到了无可替代的作用。芯行纪首款自主研发的数字实现EDA产品——AmazeFP智能布局规划工具，融合机器学习技术，可以有效解决当前数字芯片在后端设计阶段布局规划节点面临的一些问题。

　　在芯片设计领域，AI芯片近几年呈现出跨越式发展进程。值得一提，中国公司在AI芯片领域与国际公司基本上处于同一起跑线，甚至在某些方面更具优势。

　　# 云端

　　上云服务具有移动性、灵活性、安全性、成本节约和可访问性等优势，吸引EDA厂商们将其计算密集型的工作负载转移到云中。

　　对于AI和HPC这类对芯片设计要求更高的应用来说，上云可为持续扩张的算力资源提供设计与验证便利，优化了效率成本管控方案，例如云服务厂商亚马逊，连自己的服务器芯片全部在云端设计；台积电、新思、益华电脑利用微软Azure云服务，在20分钟内构建了10万个虚拟运算单元。

　　

　　图源：Azure

　　三巨头在EDA将自己的IC设计和验证工具搬到云端，以争抢EDA下一波市场高，例新思科技的云服务采用FlexEDA模式，可以为用户提供不受限制、按需使用的EDA软件授权。AMD则与合作伙伴一起，将EPYC 7纳米芯片的实体验证“上云”，仅仅10个小时就完成了全部流程。

　　国内的国微思尔芯、芯华章、英诺达、国微芯、嘉立创、速石科技等开始部署云端的EDA业务（紫光芯片云、阿里云、腾讯云、百度云等），为芯片开发提供无限扩张的算力资源。燧原科技目前已经把前端IP验证环节的弹性算力全部上云缩短部分仿真任务周期30%~50%。

　　# 量子计算

　　中国科学技术大学朱晓波教授认为，下一代量子计算器必须要与EDA结合起来。EDA正在面临巨大的交互式和自动化工作负载挑战，一方面经典计算一旦达到算力瓶颈，无法满足EDA对计算的苛刻要求另一方面，为了大力缩短产品研发和上市周期，EDA需要颠覆式新技术实现更加自动化和智能化。由于量子计算在某些问题的处理能力相比于经典计算机有着压倒性的优势，被普遍认为是下一代的计算技术，另外，量子EDA将通过定制QPU产品产生强劲的需求。

　　到2023年，量子即服务 (QaaS) 的产品将会增加，大公司和初创企业将为客户提供对其量子平台的云访问。例如是德科技的解决方案Quantum EDA 将成为提高这些基于云的平台的计算能力的关键推动因素，其简化的工作流程可以处理增加量子位的数量。

　　西门子公司正在与法国量子计算厂商Pasqal合作，尝试将求解非线性微分方程的量子计算方法应用于系统设计和EDA工具，加速多物理场计算仿真效率，提高设计工具性能。楷登电子联合爱尔兰基金会数据分析研究中心正在探索如何将量子计算应用到EDA中，通过构建用于芯片设计的量子计算算法实现软硬件加速。IBM推出一个用于超导量子计算机的开源电子设计自动化（EDA）软件——Qiskit Metal可供工程师和科学家轻松设计超导量子器件。

　　

　　量子芯片设计流程图 图源：IBM

　　上海昆峰“昆昇”量子芯片设计服务云平台，是全世界第一家“云原生”面向量子芯片设计自动化（QDA）的平台，可满足量子计算相关科研与工程研发需求。本源量子还发布了国内首个量子芯片设计工业软件“Q—EDA”本源坤元，助力中国第一条量子芯片生产线建设及产业化。

　　麦肯锡公司估计，量子计算市场最早可能在 2035 年达到 7000 亿美元。随着量子计算成为更具吸引力的商机，这种情况可能会加速 EDA 向定制化的转变，中国量子计算与EDA深度融合将是未来10-20年产业的爆发点。

　　# Chiplet以Chiplet为前锋的先进封装将给中国EDA企业提供一个弯道超车的机会 。Chiplet技术兼具设计弹性、成本节省、加速上市等优势，它的兴起有望使芯片设计进一步简化为IP核堆积木式的组合。EDA需要适应新的Chiplet架构，从“系统设计”到“签核”做出重构，因此在先进封装确保数据连贯性和一致性的同时，需要满足众多新的设计需求。对于国内专注于高速接口等高性能IP厂商和先进3D封装的EDA厂商来说，Chiplet的出现是一个不可多得的机遇。芯和携手新思发布全球首款3DIC先进封装设计分析全流程EDA平台，为客户构建了一个完全集成、性能卓著且易于使用的环境，提供了从开发、设计、验证、信号完整性仿真、电源完整性仿真到最终签核的3DIC全流程解决方案。

　　合见工软先进封装协同设计环境（UVI）及其功能增强版。首次真正意义上实现了系统级Sign-off功能，可在同一设计环境中导入多种格式的IC、Interposer、Package和PCB数据，支持全面的系统互连一致性检查，同时在检查效率、图形显示、灵活度与精度上都有大幅提升。

　　随着工艺节点已趋近极限，晶圆厂已经在探索是否能突破2纳米甚至1纳米的标线。为了追求PPA和成本的最优解，采用多Die的Chiplet成为芯片设计的主流结构。为了对芯片开发实现完整的EDA工具支撑，对于采用多Die结构的Chiplet，合见工软也在先进封装设计、板级设计领域进行了相应的布局。因此，多核多Die是时下芯片设计的趋势。

　　

　　图源：合见工软

　　华大九天已开展EDA+AI技术及chiplet先进封装设计技术的研发，公司将不断完善在先进技术方面的布局、不断提升技术先进性和产品竞争力，满足更多客户的使用需求并为客户创造价值。

　　芯原科技与全球顶尖的晶圆厂开启基于5nm Chiplet的项目合作，展开基于Arm架构的CPU IP Chiplet的芯片设计和用于AI运算的NPU IP Chiplet的设计。超摩科技的锦雷3200是专为Chiplet互联打造的die-to-die SPHY IP，这也是超摩科技第一代Chiplet互联IP产品。

　　# 5G

　　全球芯片厂商都在争抢5G芯片战略高地。5G实现了大容量、高速度的信息传输。但没有集成电路的基本核心技术EDA等的支持，5G也就是花样子。在集成电路领域，EDA企业和芯片制造企业创新平台，进而使得5G相关产品能够实现。但如何解决通信系统上下行链路、系统设计的板级验证、5G芯片物理层通信等问题，都是5G芯片设计面临的巨大挑战。

　　

　　新基讯采用了国微思尔芯的芯神瞳逻辑系统S7-19PQ，完成了5G芯片通信系统上下行链路以及SoC平台的原型验证，为其完整的5G芯片平台顺利落地奠定了坚实的基础 图源：S2C

　　

　　工艺开发和成品率提升 图源：广立微

　　# RISC-VRISC-V开源性将为EDA/IP供应商带来新的机遇。RISC-V目前所面向的物联网场景，由于对芯片制程要求还不太高，未必需要用到 5nm、7nm 等尖端工艺，28nm、40nm足以满足需求，这为国内EDA初创公司带来机会。后摩尔时代的产品设计将更加多样化，嵌入式处理器因其功能的多样性和灵活性，将迎来更大的市场空间。

　　仿真分析EDA拥有更低的用户使用门槛。拥有自主产权、仿真精度过硬、仿真效率杰出并具有差异化特性的仿真EDA工具，将有机会率先实现突破。验证伴随着芯片设计的全过程，已经成为研发工具成本占比最高的一块，因此验证领域的突破对中国芯片产业发展至关重要。

　　# 国内市场预测

　　虽然半导体受行业周期性需求波动影响较深，但对上游工具EDA影响有限，反而会行业更多酝酿新项目、打磨新产品、提升新服务的机会。消费电子领域，数据中心、智能汽车、工业智能控制等新技术领域的发展，正为半导体产业发展提供新的增长驱动力。

　　随着异构计算、Chiplet等新技术的出现和制程工艺的不断发展，赋予了EDA新的产业价值。机器学习技术的日益整合有望在预测期内为EDA市场创造强劲的增长机会。前瞻经济人初步预测到2027年中国EDA行业市场规模将突破150亿元。

　　

　　EDA国产化策略

　　EDA产业发展需要持续不断的资金投入和技术积累与产业上下游建立紧密生态。EDA三巨头借力美国支持、持续并购研发投入与全球合作建立的生态壁垒，巩固了全球市场领导地位。当前在美国倒逼和扶持下，国内EDA产业发展当继续化解风险，自力更生，持续投入、构建生态。特别构建在工具链、生态链、资本链、人才链、标准化与全球化进程中，主动有为，昂首阔步，踔厉进发，坚决走出一条国产化特色发展之路。

　　# 工具链：

　　2023年1月19日，上海市实施 EDA 生态建设专项行动。组织开展 EDA 软件技术攻关，支持有条件的企业由点到面实现全流程 EDA 工具突破。

　　据华大九天董事长刘伟平报告，目前商用化的国产EDA工具只能覆盖整个IC设计流程的70%，而缺乏完整的平台和产品链是最大的障碍。

　　一家全流程的EDA公司做出定制化方案之前能够准确把握晶圆厂的文档数据，包含了晶圆厂的设计规则文件、电学规则文件、版图层次定义文件、spice仿真模型、器件版图和器件定制参数。而非全流程EDA公司过多，将大福增加沟通时间和成本，这对于双方简直是互相伤害，如果EDA公司太过分散，不管是对接晶圆厂还是IC设计公司，都会造成双方的沟通成本大幅上升。

　　为解决这个问题，坚持推动设计工艺协同优化很重要。概伦电子这一个很好的例子，一方面整合不同厂商的工具形成完整的设计流程，另一方面以客户和设计公司的意愿导向，根据不同应用进行工艺平台、工具和设计流程的定制及优化，避免简单粗暴的整合复制。概伦电子将陆续推出与设计和工艺协同优化平台接口的制造类EDA工具，并逐步形成完整的支撑工艺平台开发和流片制造的EDA流程。

　　点工具需是全流程中的核心引擎，也是对全流程解决方案的互通布局。合见工软在2021年发布了多款点工具产品的基础上，于2022年6月又推出了多款EDA产品和解决方案，以更好地解决芯片开发中的功能验证、调试和大规模测试管理，以及先进封装系统级设计协同等不同任务的挑战。

　　

　　为了打造全流程EDA工具，国微芯与思尔芯、鸿芯微纳形成互补关系。例如思尔芯负责前端验证，鸿芯微纳负责物理设计端的四个EDA工具开发。国微芯负责形式验证、物理验证、OPC等。图源：国微芯

　　通过不断收购是完善自身工具链的有效手段。新思、Cadence和西门子EDA这样的巨头来说。数十年中，正是通过大量并购，使这三家公司具备了提供全套的芯片设计EDA解决方案的能力。作为国产EDA工具软件龙头，华大九天也通过数次收购，完善了工具链，率先成为能提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的本土企业！通过抢先布局，国微旗下思尔芯、鸿芯微纳、国微芯，组成了完整的全流程EDA工具链，在关键技术节点实现国产替代。当下我们的EDA公司处于百家争鸣的春秋战国，而在市场驱动下，通过并购合围走向工具链的统一是大势所趋。

　　# 资本链

　　EDA三巨头拥有完整的工具链，是不通过不断收购完成的，这套招数已复到国内。2022年，中国内地EDA赛道继续爆发，华大九天和广立微在一周内先后在深圳创业板上市；年底概伦电子上海证券科创板上市。募集资金有利于“国内三巨头”持续研发投入，不断进行产品升级迭代，以维持乃至扩大市场。

　　

　　2022年7月29日，华大九天正式登陆深交所创业板，成为创业板首家EDA行业。华大九天设定了三个目标，其中短期目标是在2023年补齐关键环节核心EDA短板；中期目标是在2025年全面实现设计类工具国产化替代；长期目标将在2030年全面实现集成电路设计和制造各领域的 EDA工具全流程覆盖，成为全球EDA行业的领导者。图源：empyrean

　　2022年有24家公司完成28次融资，融资金额超过20亿元。华大九天宣布拟收购芯達芯片，补齐数字设计和晶圆制造EDA工具短板。芯华章收购收购瞬曜电子的核心技术，将超大规模软件仿真技术融入芯华章智V验证平台；EDA新兴企业上海日观芯设宣布收购成都芯云微电子有限公司，将有效加强日观芯设在签核分析领域的服务能力。如今有不少本土EDA公司选择通过并购的手段，迅速补充技术实力、扩充市场，这是本土EDA产业逐渐走向成长壮大的标志。

　　多轮融资将不断加码研发投入和打磨产品，继而打造出被市场认可、经得起客户检验的EDA工具。这是国产EDA发展的中心任务。国际三大巨头每年的研发投入占比接近40%。国内初创企业，必须高于这个数，才能打造出健康发展的EDA产业环境。进而促进国产EDA公司之间的协同发展和良性竞争。

　　# 生态链

　　生态壁垒是全球化产业链下EDA/IP公司共同迭代了几十年的结果。三大EDA巨头与全球领先的集成电路制造和设计企业保持长期合作关系，以保证自身EDA工具工艺库信息的完善性，从而达到EDA工具随先进工艺演进不断迭代的效果，进一步增加了后来者赶超的难度。

　　Synopsy与台积电、英特尔、三星、是德科技、Socionext等深度绑定，Cadence与台积电、FDXcelerator、GlobalFoundries、ARM等常年合作，Siemens EDA与台积电、ARM、XILINX、AMD、profpga等长期合作，EDA工具的技术开发和商业销售正是依这些制造、设计、EDA行业三方所形成的生态圈，形成了如今的垄断格局。经验也告知我们，生态壁垒没有一家企业可以单独打破，从来都是与全球产业链协同合作。

　　

　　图源：概伦电子

　　国内任何一家之力都无法覆盖整个EDA产业链，但各自都有自己专注和擅长的领域，密切协同国内的合作伙伴，有利于更多国产EDA工具获得试用机会，有利于共同为客户打造更完整的流程，有利于形成更完善的国产EDA产业链。

　　国微思尔芯与索尼、英特尔、三星、瑞昱、紫光、豪威、君正、寒武纪等超过500家国内外企业建立了良好的合作关系，中国前十大集成电路设计企业中的七家都采用了公司相关解决方案。腾讯云联合速石科技为芯片设计企业燧原科技，打造了一个面向高性能计算场景的行业解决方案，该方案基于腾讯和速石科技共建的一站式芯片设计研发云平台，快速自动地调用腾讯云IaaS资源构建仿真环境。芯和半导体是以电磁、电路仿真技术为核心的EDA企业，拥有覆盖“从芯片、封装到系统”的全产业链仿真解决方案，以系统分析为驱动，全面支持先进工艺和先进封装，赋能和加速新一代高速高频智能电子产品的设计。行芯选择芯片数字后端验证领域深耕，专注于芯片物理设计签核与验证，为客户提供领先的EDA签核工具链产品，包括寄生提取、功耗完整性、电迁移、IR压降、可靠性与多物理域等，助力客户实现最佳的功耗、性能和面积(PPA)目标。芯愿景依托于自主研发的EDA软件，已经形成多套特色化EDA软件产品线，目前正在探索将大数据、机器学习等人工智能技术应用于EDA软件的研发中，在下一代智能化EDA领域中进行前瞻性布局。上海侠为电子有限公司在2年左右的时间里，已经完成了包含电子原理图设计HeroSCH、库管理HeroLIB、HeroPCB版图设计、HeroRouter智能布线器4大模块，可以为用户提供PCB设计的全流程EDA成套软件，并已经有多个用户采用侠为EDA套装软件独立完成了真实的产品设计。楷领科技定位与中国集成电路产业的生态平台，通过优化组合国内外优秀的EDA工具，充分发挥云技术的强大能力，为芯片设计公司提供一站式高性能的云上设计环境。

　　我们EDA企业既要坚持独立自主，巩固国内合作，还要以更开放包容合作、谨慎化解风险的担当融入全球供应链和市场活动中。华大九天已经跻身全球EDA厂商的第二梯队，拥有国内唯一的模拟全流程系统，以及全球唯一的平板显示全流程系统，华大九天的客户包括，全球芯片设计十强中的多家企业，全球晶圆代工厂十强中的多家企业，以及主要的显示面板企业。广立微的EDA软件覆盖了集成电路成品率提升领域的全流程，产品已成功应用于目前最先进的3纳米工艺技术节点，广立微的客户涵盖了三星电子等头部晶圆厂。概伦电子的产品包括设计类EDA和制造类EDA，以提供5纳米技术节点的EDA产品，用户涵盖全球前十大晶圆代工厂中的九家，包括台积电、三星、格芯、联电、中芯国际等，以及全球三大存储器芯片企业，包括三星、SK海力士、美光等。思尔芯在原型验证市场排名世界第二，产品的用户涵盖世界十五大半导体企业中的六家，包括英特尔、三星、索尼、苹果等。

　　EDA市场是价值导向，价值导向就意味着每一款EDA工具都要找到相对应的应用，而中国庞大的终端应用市场也给了中国发展EDA新的机遇，毫米波芯片、3D封装等技术对设计工具提出了新的要求，同时EDA厂商在AI、云计算等技术的赋能下持续进行产品创新。

　　# 人才链

　　作为技术密集型行业，EDA对有专业能力和研发经验的人才需求很大，工程师岗位占绝大份额。Cadence在全球也有8000多员工，工程师占比超80%。Synopsys在全球有过万名员工，其中工程师占比也超80%。国内龙头华大九天研发和技术人员占总员工比例也达到74.85%。对于人才的培养，设计巨头也都在走产学研深入融合的路子。Synopsys和Cadence都与高校有深度合作，向相关专业学生提供多层次进阶教育培训，并提供实习和工作机会进入EDA团队。

　　在人才培养上，国产EDA人才与海外大厂相比十分匮乏，通过校企联合、扩大招聘是当前国内EDA公司的主要纳才途径。到2022年底，国内华大公司和30多家高校签订了硕士培养协议，和12家高校签订了博士培养协议，和多家高校开展了EDA硕士班的联合培养工作。同时公司有EDA企业中唯一的博士后科研工作站，有多名博士后进站工作。形成了硕士、博士、博士后在内的系统的人才培养模式。2023年华大九天或将拓展到1000人规模。2023年，广力微将从EDA设计软件、数据分析软件、电性测试设备三个方面吸纳人才，鉴于公司研发和业务产品线的不断扩充，公司人员规模增长迅速。2021年底，公司人员总数为169人；2022年底，公司人员总数约320人。预计2023年人员增长将保持在50%以上。

　　2021年12月，以华大九天作为依托单位的EDA国家工程研究中心（原大规模集成电路CAD工程研究中心）顺利通过了优化整合评价，正式纳入新序列管理，成为全国EDA领域唯一一家国家级工程研究中心。聚焦集成电路EDA关键核心技术研究，构建国内EDA完整产业链，解决EDA核心技术受制于人的难题。

　　

　　2022年7月，芯华章宣布成立研究院，这是国内首个EDA企业研究院。芯华章计划投入超亿元人民币全力构筑人才及技术创新战略优势，构建专业高效的技术研究和产业化双向链接通道，赋能数字化产业高质量发展。

　　2022年11月，北京大学无锡电子设计自动化研究院落地，将聚焦EDA相关核心技术，结合北京大学集成电路学院设计自动化与计算系统系的优势力量，打造自主可控的EDA创新技术，推动基础与应用研究、培养和引进科创人才、促进科技成果转化。

　　2023年1月，南京宣布将建设 EDA国创中心。EDA 国创中心由东南大学与江北新区联合打造，力争在五年内，打通EDA产业-学术合作机制和枢纽，打造我国集成电路EDA技术策源地、产品示范地和人才汇聚地。

　　虽然近两年在政策、资本的扶持下，本土EDA企业人数逐年飙升，但与行业龙头企业动辄万人的规模相比，仍显得捉襟见肘。

　　

　　图源：无锡发布

　　# 标准化

　　过去EDA产业，谁一支独大谁就是行业标准，谁成员众多谁就制定组织标准。向来都是国外企业主导。而国内EDA行业标准化还是空白，建议国家有关部门、半导体行业协会及企业、高校共同探讨行业标准化，该标准能够作为指导相关软件设计开发工作的技术依据。国内EDA企业在制定标准方面，可以将某个厂商已经落地的解决方案做为标准的基础，或在空白标准领域建立行业标准，保持阶段性的迭代以适应技术进步。

　　2023年1月，由TCL华星牵头制定的电子设计自动化软件(EDA)团体标准《电子设计自动化软件功能要求》(标准编号T/GBA 010—2022)在粤港澳大湾区标准创新联盟正式发布。该标准作为EDA的基础性指南，从运行环境到软件设计功能进行了描述和阐释，可应用于模拟/射频设计所使用的EDA软件产品的研制开发和测试，为开发人员与软件用户提供一定的指导作用。

　　但是该标准尚不能上升到行业标准。要使行业标准具有普遍性——必须调动广大EDA企业的参与，还应该通过更开放的生态、更有效的资源整合，建立统一的EDA行业标准，降低初创企业的准入门槛，以推动多元化创新，为完善国产EDA产业链注入新的活力。

　　# 全球化

　　通过资本的力量，走“中国整合+全球并购”的道路一直晶圆厂和封装场开拓市场的重要手段，同样适应于EDA企业开拓海外的战略。美国出口管制新规对中国高性能计算的集成电路产品形成了全面限制，EDA公司可在海外设立独立公司，开展长期稳定业务和快速迭代，避开出口管制限制。