日前，EDA工具巨頭Synopsys已停止對某公司的授權(quán)，并暫停對該公司的軟件更新。這是在ARM、谷歌、高通、英特爾等公司宣布遵守川普禁令之后，又一家公司宣布暫停授權(quán)。目前。EDA三大廠中，已經(jīng)有兩家廠商宣布遵守禁令，一旦三大廠步調(diào)一致，某公司的芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)會(huì)比較麻煩。
什么是EDA工具
EDA工具是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation)的簡稱，是從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測試(CAT)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)的概念發(fā)展而來的。利用EDA工具，工程師將芯片的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)出IC版圖的整個(gè)過程交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成。
由于上世紀(jì)六十七年代，集成電路的復(fù)雜程度相對偏低，這使得工程師可以依靠手工完成集成電路的設(shè)計(jì)、布線等工作。但隨著集成電路越來越復(fù)雜，完全依賴手工越來越不切實(shí)際，工程師們只好開始嘗試將設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化，在1980年卡弗爾.米德和琳.康維發(fā)表的論文《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導(dǎo)論》提出了通過編程語言來進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的新思想,加上集成電路邏輯仿真、功能驗(yàn)證的工具的日益成熟，使得工程師們可以設(shè)計(jì)出集成度更高且更加復(fù)雜的芯片。
1986年，硬件描述語言Verilog問世，Verilog語言是現(xiàn)在最流行的高級抽象設(shè)計(jì)語言。1987年，VHDL在美國國防部的資助下問世。這些硬件描述語言的問世助推了集成電路設(shè)計(jì)水平的提升。隨后，根據(jù)這些語言規(guī)范產(chǎn)生的各種仿真系統(tǒng)迅速被推出，這使得設(shè)計(jì)人員可對設(shè)計(jì)的芯片進(jìn)行直接仿真。隨著技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)項(xiàng)目可以在構(gòu)建實(shí)際硬件電路之前進(jìn)行仿真，芯片布線布局對人工設(shè)計(jì)的要求和出錯(cuò)率也不斷降低。
時(shí)至今日，盡管所用的語言和工具仍然不斷在發(fā)展，但是通過編程語言來設(shè)計(jì)、驗(yàn)證電路預(yù)期行為，利用工具軟件綜合得到低抽象級物理設(shè)計(jì)的這種途徑，仍然是數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一位從事CPU設(shè)計(jì)的工程師表示，“在沒有EDA工具之前，搞電路要靠人手工，對于大規(guī)模集成電路有上億晶體管的設(shè)計(jì)用手工簡直是不可為的......可以說有了EDA工具，才有了超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的可能”。
三大廠壟斷EDA工具
中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)IC設(shè)計(jì)分會(huì)理事長、清華大學(xué)微電子所所長魏少軍曾表示，“我們要改變以往那種使用先進(jìn)工藝就代表是先進(jìn)水平的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，Intel用0.13微米工藝能作出2GHz而我們要用45nm才能實(shí)現(xiàn)，這就是差距...... 快速提升我們自己的IC基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力迫在眉睫，這是改變目前中國IC設(shè)計(jì)業(yè)嚴(yán)重依賴EDA工具和制造工藝才能實(shí)現(xiàn)芯片性能提升的根本途徑，而依賴并濫用IP則導(dǎo)致了中國SoC設(shè)計(jì)的同質(zhì)化”。
清華大學(xué)微電子所所長魏少軍提到的“依賴并濫用IP則導(dǎo)致了中國SoC設(shè)計(jì)的同質(zhì)化”指的是國內(nèi)眾多IC設(shè)計(jì)公司大多依賴于ARM的IP授權(quán)開發(fā)SOC，由于都是購買ARM的Cortex A53、A72、A73等產(chǎn)品，同質(zhì)化是必然的。
“中國IC設(shè)計(jì)業(yè)嚴(yán)重依賴EDA工具和制造工藝才能實(shí)現(xiàn)芯片性能提升的根本途徑”指的是很多中國國產(chǎn)SOC/CPU性能的提升嚴(yán)重依賴于購買更好的EDA工具和采用更好的制造工藝。對于依賴更好的制造工藝和嚴(yán)重依賴國外IP，因不屬于本文范圍不做討論，重點(diǎn)說下中國在EDA工具上完全依賴國外產(chǎn)品。
EDA軟件方面早已形成了三巨頭——Synopsys、Cadence、Mentor。Synopsys是EDA三巨頭之首。國內(nèi)從事EDA軟件開發(fā)的華大九天和這三家現(xiàn)在不是一個(gè)數(shù)量級的。誠然，華大九天也想在某些點(diǎn)工具上做些突破，但就整體技術(shù)實(shí)力而言差距很大。
目前，國內(nèi)根本沒有深亞微米的EDA成體系的設(shè)計(jì)平臺(tái)。正是因?yàn)閲鴥?nèi)從事EDA工具開發(fā)的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前實(shí)力過于懸殊，國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司幾乎100%采用國外EDA工具。而且在一段時(shí)間里，看不到縮小和Synopsys、Cadence、Mentor技術(shù)差距的可能性。
EDA停止授權(quán)風(fēng)險(xiǎn)和影響
目前，EDA三大廠中，只剩下Mentor還沒有宣布遵守川普禁令。不過，考慮到Mentor是一家美國企業(yè)，Mentor發(fā)布類似Synopsys的聲明，估計(jì)只是時(shí)機(jī)問題。
不過，即便到了最壞的地步，國內(nèi)其實(shí)也有應(yīng)對手段，那就是用XX版的。只不過用XX版的EDA工具可能會(huì)影響企業(yè)名聲，以及無法升級制造工藝了。
考慮到摩爾定律已經(jīng)放緩，無法使用更好工藝的負(fù)面影響就被降低了。只要臺(tái)積電這邊不出問題，短期內(nèi)三大廠都停止授權(quán)，風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)不小，但還在可控的范圍內(nèi)。
針對使用XX版EDA工具設(shè)計(jì)的SoC，臺(tái)積電是否接單的問題。一位朋友告知，臺(tái)積電只認(rèn)GDS文件，是否會(huì)侵權(quán)那是EDA軟件公司的責(zé)任，臺(tái)積電只是“印刷廠”。
不過，使用XX版EDA工具只是權(quán)宜之計(jì)。國內(nèi)單位應(yīng)對正視問題，齊心協(xié)力一起把國產(chǎn)EDA工具一點(diǎn)一點(diǎn)做強(qiáng)。
需要大陸廠商攜手共進(jìn)
EDA工具和國外差距大，一方面固然有國外起步早的先發(fā)優(yōu)勢。另一方面，也需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈攜手共進(jìn)。
開發(fā)出性能優(yōu)越的EDA工具，一方面要有良好的算法，這對數(shù)學(xué)要求很高。而由于數(shù)學(xué)這類純理論不賺錢，很多數(shù)學(xué)人才紛紛改行去來錢快的行業(yè)。另一方面需要和工藝相結(jié)合。
雖然在算法方面有可能取得一定的技術(shù)突破，但EDA設(shè)計(jì)的后端工具要和工藝相結(jié)合，但國內(nèi)自主工藝很少有深亞微米的工藝。目前境內(nèi)晶圓廠最先進(jìn)的工藝線都是引進(jìn)的，還簽署一定限制條款。
正如國家要發(fā)展必然離不開完善的基礎(chǔ)建設(shè)，這是發(fā)展的基礎(chǔ)，EDA工具的研發(fā)進(jìn)步就需要國內(nèi)自主研發(fā)的制造工藝做基礎(chǔ)，由于沒有自主研發(fā)的先進(jìn)制造工藝，所以和工藝結(jié)合的那部分就根本不可能取得技術(shù)突破。
那如果有了自主研發(fā)的先進(jìn)工藝，就能夠開發(fā)出良好的EDA工具了么?事情沒這么簡單。即便有了自主研發(fā)的先進(jìn)工藝，撇開工藝結(jié)合，光在算法技術(shù)上和國外三巨頭的差距也很遠(yuǎn)。而且算法和工藝相結(jié)合很難，需要非常高深的數(shù)學(xué)理論，這是目前國內(nèi)很難做到的。
另外，技術(shù)發(fā)展也離不開商業(yè)因素，愿意采購華大九天產(chǎn)品的公司相對偏少，而EDA工具的成熟，離不開IC設(shè)計(jì)公司的大規(guī)模應(yīng)用。在國外三巨頭占有統(tǒng)治地位的情況下，會(huì)導(dǎo)致國產(chǎn)EDA陷入惡性循環(huán)——產(chǎn)品有差距導(dǎo)致客戶少，客戶少加劇產(chǎn)品差距。就國產(chǎn)EDA工具而言，短期還看不到趕超西方的可能性。
因此，國產(chǎn)EDA工具的成長和發(fā)展，必須依賴IC設(shè)計(jì)、IC制造單位或公司的鼎立協(xié)助，只有大家協(xié)同形成合力，才有希望追趕國外EDA三大廠。這個(gè)過程會(huì)比較慢，可能很多年才能實(shí)現(xiàn)。
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