国产EDA行业如何实现弯道超车

美国东部时间8月12日，美国商务部工业与安全局(BIS)发布一项暂行最终规定，对4项技术的出口做出控制。其中最引发关注的是“特别针对GAAFET晶体管结构的ECAD软件”，将对设计GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路所必须的ECDA软件实行出口管制，相关禁令于美东时间8月15日正式生效。

这里的ECAD基本可以理解为我们常说的EDA工具，它是一个贯彻芯片设计全流程的计算机辅助工具。但如同国内诸多被“卡脖子”的半导体环节，大部分EDA工具当前也处在被国外厂商垄断的状态中。

管控针对GAAFET结构晶体管设计的EDA软件，对于中国芯片设计厂商会带来多大的影响呢?《电子工程专辑》在过去的一些文章曾分析过，先进工艺进入到3nm节点前后，晶体管持续变小，FinFET结构很难再提供有效的静电控制。要把单元(cell)结构进一步缩小，减少Fin的数量，就出现了GAAFET结构。其中最具代表性的就是三星，他们准备在即将大规模量产的3nm工艺上采用GAAFET结构晶体管。

如此看来，此次美国针对EDA工具实行的出口管制对市场的影响十分有限。因为华为海思被打压之后，目前中国大陆厂商中有能力设计和流片3nm产品的企业几乎没有，即便放眼全球，也只有苹果等少数几家厂商在规划3nm产品。

但这次管控也给所有中国半导体企业敲了一次警钟。也许这次并未影响到大家，但随着美国长臂管辖的范围不断扩大，每一家本土企业都要做好准备。而把命运掌握在自己手中的最好的方式，就是支持国产EDA产业的发展，给予他们更多迭代和形成全流程的机会。

在近日举办的2022中国集成电路设计创新大赛暨IC应用博览会(ICDIA 2022)上，华大九天、行芯、芯启源、英诺达等国产EDA厂商接受了《电子工程专辑》等媒体的采访，就打造国产全流程工具、EDA厂商之间协同合作、3D IC/Chiplet设计、EDA上云以及未来EDA行业整并展望等热点话题进行了探讨。

做到全流程，是国产EDA第一要务    

实现国产的EDA全流程工具，一直是大家最关注的，可以说是所有中国EDA人的重要目标。目前华大九天已经实现模拟IC设计的全流程，而数字全流程依旧等待着大家将多个点工具连接起来。这些点工具中，有的已经有国产厂商在做，有的还处于空白阶段。

华大九天董事长刘伟平认为，当前国产芯片之所以受制于人，很大一部分原因在于我们自己的EDA工具不全，无法满足产业的所有需求，所以做全流程是产业必须要完成的第一要务。然而，整个EDA产业环节涉及的工具链较长，当前国产EDA企业不像国际巨头那样经过几十年的并购发展，不可能仅靠一两家实现全流程，需要全行业共同努力。

“据我们了解，目前国产工具能够实现商业化、产品化的，覆盖面大约60~65%。另外一些尚未商业化，但已经开发出核心技术可供试用，面临着规模化推广的问题;最后还有一些工具点仍处于空白阶段，没有人做或处于算法开发早期。”刘伟平说到，国产全流程工具最主要的问题就是补齐这些短板和空白，这也是行业未来两三年最主要的任务。

全流程工具是否齐全，只是实现EDA国产化的第一步，要做到从“有”到“优”，还需要实现对先进工艺技术的支持。当前国内很多高端数字芯片设计公司已经可以做7nm、5nm甚至做3nm的设计，但是国内EDA工具无法支持。究其原因，刘伟平表示，是因为本土EDA厂商无法获得头部Foundry的先进工艺参数，导致工具开发无法与其适配结合。

行芯董事长兼总经理贺青也认为，无论是模拟还是数字芯片工具，要让用户去改变以往使用国外产品的习惯，需要国产全流程工具从“有”到“优”，这是一个长期的过程。

以本土的数字EDA工具为例，虽然这两年诞生了很多EDA新创企业，也获得了大量资本支持，“但目前市面上能实现商业化广泛应用的数字EDA工具，一个手能数得完。”贺青介绍到，行芯在2018年成立，公司创始团队在国外已经有十几年的开发经验，回国之后从零开始，用了四年才实现产品的商业化。

究其原因，贺青认为是数字芯片跟模拟芯片有着较大区别。数字芯片从开发到流片投入动辄数亿元，试错成本高昂，所需EDA工具种类繁多，对精度、效率、容量都有极高要求，靠一两家企业实现数字全流程谈何容易?EDA企业应该从点工具上突破，并争取客户的使用以获得迭代;对于行业而言，应思考如何“连点成线”。“如果能够融合不同EDA企业的优势技术和产品，预计两年左右可以打造一套国产数字全流程工具。”贺青说到。

刘伟平也比较认同两年这个时间点，因为目前国产数字工具虽然存在部分空白，但基本都有厂商在布局。按EDA行业的经验，一个工具从开发到形成成熟产品大约需要5年，“基于目前的大环境，这个速度还会更快，例如两年时间布局，再加两年时间成熟。而如果不仅仅看数字或模拟芯片设计，将眼光放大到制造、封装甚至应用端，那么EDA全套流程打通可能需要5年左右。”

5年实现上下游的EDA全流程打通，是建立在资源齐备的条件下，不仅仅是资金，还需要有足够多高层次人才。从人员规模来说，刘伟平认为国内要把这个东西做全，至少需要3000以上的研发人员，而我国目前所有EDA从业人员仅有4000多人，其中至少有一半不是研发岗位的，“这里面还有很多在不同公司中，做重复研发内容的”;从高层次人才来说，要做一款工具，至少需要熟悉这个工具的人才;最后是资金，根据测算，每年全行业至少需要投入40-50亿元人民币，总共200亿。

连点成线，协同合作与自我加强    

不同EDA公司的工具之间，要怎样“连点成线”?这不单是一个技术问题，更是一个协作问题。

据贺青透露，当前一些国产数字EDA厂商已经在合作，在服务重点客户时大家将各自工具对齐拼接，客户技术团队跟EDA企业一起打磨，用新工具去替换原有流程中的一些环节。这其中最大的难题不是客户的设计能力，也不是工具之间的接口定义，而是国产EDA成熟度能否让客户以最快的速度实现设计收敛。

EDA行业发展历程就是公司之间的不断整合，所以几乎每款工具都是独立的，但在数据层面按照标准格式进行设计数据传递。贺青表示，头部芯片设计企业在开发产品时，往往是多家EDA公司工具混用，“这么做才是最好的选择。同时也有企业为了加快速度或降低成本，会采用单一公司的全套流程。这么做的话，芯片质量往往达不到First-tier水准。”

既然芯片设计公司已经习惯在开发过程中采用多家公司工具，那么国产工具要进入的最大难题就要看产品成熟度。“客户第一次用你的新工具crash了，可以再来，但第二次还是crash，人家可能就再也不想尝试了。”贺青说到，“工具融合成全流程后，还要客户愿意跟你一起调试，设计收敛后才算合格。”

这就是产业协同，也是国内半导体行业实现发展的关键。整个链条上的Foundry、Fabless、EDA/IP公司在当下大环境下，需要合作一起解决问题，而不是简单地甲方-乙方的合作形式。

“目前的形势下，每个人都不是旁观者，没有真正的孤岛，需要各个企业高度协同顶住压力。”贺青说到，“天下武功唯快不破，过去几年一些评估下来需要三五年完成的事情，我们和客户一起一年就完成了。这说明与客户协同作战一起做好国产EDA这条路是走得通的。”

要做到这一点，需要与客户建立深度互信，摒弃传统的程式化合作方式，采用不分彼此的协同机制快速响应诉求并直接探讨可能的实现方案，极大提升开发效率。

芯启源是国内为数不多拥有数字RTL仿真产品的厂商，去年底已获上海一家Fabless采用，今年也成功流片。

芯启源EDA&IP销售总经理裘烨敏表示，虽然没有做到100%覆盖RTL仿真，但能用上国产工具，已经能为国内客户经解决不少痛点。不同类别IC整体架构不一样，在这些企业在不断提需求的过程中，也帮助了国产EDA厂商迭代和打磨工具，这对于RTL工具尤其重要。

“不同行业芯片设计的时钟(clock)、接口需求不一样，没有太多普适性feature，所以仿真复杂程度也不一样，这需要国产EDA不断去适应，而不是让客户来适应我们。” 裘烨敏说到，“这就要求国内EDA企业投入更多研发人力，我们也希望与更多合作伙伴和芯片设计商加深仿真方面的合作，加大投入，因为仿真需要长时间打磨，越后面剩下的骨头越难啃。”

可以看出，EDA工具要做全相对容易，但要做好却很难。所谓做好，就是在现有工具100分的基础上，要做到120分甚至更高才叫好。在模拟仿真上，华大九天的模拟电路仿真工具已经做到了世界前列，刘伟平表示，“这个是客户认可的，不是我们自己讲的。通过这个例子告诉我们，如果国产EDA做不出亮点，就只能是备胎;而如果有做得好的地方，就能切入主流市场形成主导。”

如何让客户更愿意使用国产工具?    

当前在国内推广国产EDA工具时，也存在诸多障碍，例如小公司不愿意试错，大公司的门槛又较高。这其实和此前国产芯片公司面临的局面一样，需要有愿意试错的客户来帮助产品迭代升级。

刘伟平认为要让大家采用国产EDA工具，有几个方面很重要。

首先，要国家和行业战略的角度去引导大家与国产EDA合作。

第二，企业要提高自己的认知，反客为主。过去国产EDA公司推广自己的产品，很难进入客户供应链，但现在形势已经有所改变，客户要保障供应链安全，开始主动寻求国产工具。“这种情况下，国产EDA会有些被动，因为工具还不够全，无法满足客户所有需求。但只要有了战略定位，后续就会有改观。”

第三，仅靠几家大公司对国产EDA的拉动力量有限，必须主动地以市场化加战略的角度配合应用需求。国产工具要经得起市场考验，就必须通过战略合作打磨好产品，“人家100分，你不能只有70分。绝对不能把客户的芯片做坏了，或者让客户在成本等方面失去竞争力，所以90分是一个基本的要求。”

谈到与大客户合作共同促进迭代，贺青也深有体会。他发现，在以往的合作经验中，客户对于采用什么样的EDA工具往往有一个阈值，这个阈值又经常以国际大厂的工具作为参考。

“这本身是一个悖论，国产EDA本身就需要跟客户多次迭代才能达到那个阈值。这就变成了先有鸡还有先有蛋的问题。”贺青说到，能帮助国产EDA迭代的主要是两类客户，一类是大客户，另一类是细分赛道上的尖端客户，“但中国目前绝大部分的芯片设计公司还是走量、走规模的，缺乏动力去帮助EDA公司迭代。”

如何给客户更多的合作动力?可能需要更多的看到客户的痛点，并用自己的工具帮助他们解决。

英诺达副总裁熊文认为，国内很多IC设计企业的痛点在于，增长很快，但人才培养没有跟上。包括很多初创芯片企业，可能主设计流程上与国际厂商使用相同的技术，但是在某些底层设计环节上却没有合适人才去实现，这就给了EDA厂商一些介入的机会。“我们发现其中一大痛点是低功耗设计，例如用于超算的大芯片，往往容易过热，我们就从芯片设计RTL代码开始进行优化，帮助客户降低功耗。”

另外，传统EDA的消费模式需要购买License，即便只用一次也需要全部购买。英诺达在尝试的EDA硬件云平台租赁打破了这一传统，核心是按需付费，这样能让更多的用户接受国产EDA工具的商用并接受。

想客户所想，也是华大九天获取大客户信赖的方法之一。刘伟平认为，首先还是要在技术上要打动客户，例如很多领先设计公司采用华大九天的第一个工具就是那款优质模拟电路仿真工具。

十年前，国内还没有这么强烈的国产替代战略需求，华大九天也是靠着“中国EDA人”的精神来打动客户。“我们任何时候都有决心把这件事做得足够好，来帮助企业解决问题。当时一个客户的芯片问题用国外工具解决不了，我们团队在那工作了一个礼拜帮他们解决了，而且效果比想象的好很多。”这也成为了双方建立长期合作关系的起点。

不过，在转换成国内EDA工具时，芯片设计企业也面临一些挑战，尤其是长期使用国外工具后积累下来的底层数据对接迁移，代价甚至比购买EDA工具还大。

国产EDA不存在弯道超车，但要关注一切新机会    

美国政府近年来一直在做Chip 4联盟之类的“高端小圈子”，企图把中国半导体产业排除在外，这对我国的高端EDA发展也带来了影响。

如何突破层层封锁?能不能国产EDA自成体系?这些问题都是从业者们在思考的，但由于集成电路产业链太长，需要关注从材料、零部件甚至到某些工艺的能耗这些细碎环节，从0开始重建体系难于登天。

“大型芯片公司往往与国际大厂EDA工具深度绑定，任何一个新政出台都会受到影响。”从行芯的角度来看，新建体系并不现实，“因为所有弯道超车的可能性都被针对了，最有效的办法是用速度取胜。”

贺青表示，行芯EDA工具服务的芯片设计公司和芯片制造商，在同样研发环节所用的时间周期比常规速度基本上快三倍。“不管未来形势如何变化，如果我们的速度更快一些，换取的空间就会更多一些。行芯正在陪伴中国的大客户走这样的路。”

此外，在摩尔定律趋近终结的时代，3D IC、Chiplet等新技术涌现出来，这个机遇是所有中国芯片厂商的机会，也是国产EDA的机会。能否在老工艺上实现更高的性能?通过Chiplet把IP硬件化，降低大芯片的成本，这种先进的制造技术倒逼设计水平和工具更进一步，是破局的关键。

不过，无论3D IC还是chiplet，都需要高水准的Foundry和封装厂商主导，这方面国内厂商仍有待加强。但从具体某款产品应用来看，应用场景也是能反推EDA工艺需求的。芯启源也有DPU业务，作为EDA工具的需求方，芯启源产品市场总监胡侃表示，DPU未来的发展要达到50瓦功耗的最大瓶颈，也需要工艺的支撑，但需要产业链的从设计到制造环节打通才能最终商业化落地。

DPU如果仅仅处在对数据处理的决策上，可能工艺只要达到22nm就够了，但是未来要融合人工智能、机器学习甚至更多的CPU+GPU+DPU等超异构大芯片能力，对Chiplet的要求就更高了。在胡侃来看，chiplet的意义最重要的意义在于用异构融合满足商业或客户场景需求，这些需求也将反推对EDA工艺升级的需求。

EDA上云也是今年来很热门的话题，但对于芯片设计公司来说，把自己的研发数据、核心设计上到云端，多少还存在顾虑。

熊文认为，半导体公司当前的成本负担其实很重，包括人力、IP授权、流片和EDA仿真时需要的机房资源。尤其是发展到后期跑仿真需要长时间运算，占用大量底层资源，公司自行购置会增加大量成本，而租赁计算机则需要更多机房空间。

这些现实问题让EDA上云成为大量本土初创公司必须考虑的一条路，“虽然不是全部上云，但至少有一部分EDA功能会逐渐迁移到云端。”这一点对关注财务的中小型创业公司来说最具吸引力，在采用云端EDA后能够改变企业ROI(投资回报率)。

至于EDA上云的安全问题，熊文表示，英诺达在一开始在做EDA上云时就对安全做了全面考虑，主要分为两个方面：

一是外部网络接入内部网络的数据安全。英诺达在外网保护方面主要采用Palo Alto network 防火墙技术，外网接入以白名单方式，用户可以采用VPN或专用网络的方式接入。

二是接入内网后的数据安全。英诺达在客户数据接入内网后，会采用物理上的硬件隔离和保护措施，并严格按照操作日志定期培训工程师，避免发生人为故障。

国产EDA行业的整并何时到来?    

纵观EDA行业的发展史，就是一个重组、并购成长的过程。大部分的芯片公司并不希望面对繁多的EDA供应商，他们往往希望少数几家能把事情全部搞定，所以展望未来，国产EDA行业必将进入并购整合期，而这这个时期会长期持续存在。

并购潮何时会爆发?取决于资本市场对于EDA初创公司的认可程度和持续输血的程度，目前资本都看好中国发展EDA，所以大部分初创企业刚成立就获得大量投资，估值非常高。这也导致当前基本上没有哪家国产EDA企业能轻易被并购。

贺青认为，任何行业都有周期性，到了一个时间点泡沫破灭，就会出现整体下行。“行业周期一直在反复，并购潮不会某一个时间节点突然爆发，而是不断进行的过程。”

据悉，已有不少国内EDA公司在布局并购，华大九天是其中之一。

刘伟平认为，EDA产业发展规律就是把各家做得好的工具整合在一起，华大九天未来也会朝着这个方向走。具体方式有：

第一，整合。标准是不但要选择合适的并购伙伴，还要看是否符合公司商业运作的条件。

第二，如果不能整合，会参与投资。投资是EDA行业做技术开发和商业运作的合作方式之一，可以把各家工具串成全流程，“不见得全在谁的手里，也可以你中有我，我中有你。”

在整合和合作的问题上，核心部分要考虑两个层面，一个是看标的技术层面够不够好，底层数据格式能不能实现联通;二是文化融合，这个相较而言比技术联通更重要。在这个过程中，不同团队文化、理念冲突如何磨合，也是今后国产EDA行业可能会面对的问题。

编辑：黄飞