当前位置: 首页 >> 金融 >
半导体软件EDA 最新快讯
来源:天下谁人不知君     时间:2023-04-25 05:37:25

经过最近三十年的市场博弈,不断兼并,强者恒强。全球EDA市场仍然由Synopsys、Cadence和Mentor三家EDA厂商所垄断,大的格局并没有变化。

图1.全球最大的三家EDA软件供应商


(资料图片)

2018年可以看作人工智能(AI)的元年,国际著名EDA厂商已经开始研发具有AI功能的EDA软件,试图在EDA软件中应用AI算法赋能芯片设计。今年3月12日,Synopsys推出业界首个用于芯片设计的自主AI应用程序DSO.AI(Design Space Optimization AI),这是电子设计技术上所取得的重大突破。3月18日,Cadence发布了经过数百次先进工艺流片验证的数字全流程新版软件,采用了支持机器学习(ML)功能的布局布线和物理优化引擎,吞吐量最高提升3倍,功率、性能和面积(PPA)最高提升20%,助力设计更卓越的芯片。而Mentor的机器学习(ML)OPC可以将光学邻近效应修正(OPC)输出预测精度提升到纳米级,同时将执行时间缩短3倍(参考5)。

二、前笔者的EDA软件开发旧事

前笔者80年代在航天部七七一所读研的时候,参与了沈绪榜院士主持的部管预研课题“智能硅编译器”(Intelligent Silicon Compiler,后文简称:ISC)的研究。课题内容是研究如何用自然语言描述要设计的芯片,如何通过计算机把芯片描述一步步编译,最后生成制造芯片所需的芯片布图(Layout)数据。简单地说,ISC课题研究的是芯片的全自动设计方法,这是EDA的最高境界。即便今天看来,ISC的理想也是非常先进和高远。目前,国外三家EDA厂商的EDA软件还没有实现ISC的理想,也就是说还不能全自动地设计芯片。

把当前EDA软件与ISC的理想相比较的话,差别在于:1.硬件描述语言(HDL)比自然语言低级;2.设计流程中的一个个软件工具是人工组织起来的,不是ISC那样自动完成的;3.芯片设计人员不但要熟练掌握EDA软件,更要具备丰富的芯片设计经验,而ISC对芯片设计人员的要求不高。

当然,ISC是一个预研课题,是一种方法论研究。在当时电脑配置极其低下(显示分辨率640X480、主频4Mhz、内存128KB、硬盘20MB)的条件下,ISC是无法真正开发出来并商业化运用。40年后的今天,在电脑配置极其豪华的条件下,全球最先进的EDA软件还没有实现ISC追求的目标。笔者研究生论文的工作集中在ISC的组成结构、专家库系统、布图描述语言、人机图形接口等方面,并完成了芯片布图的CIF格式和GDSII格式的互转软件,基于AutoCAD系统开发了坐标纸上芯片布图的数字化输入软件。

笔者算是国内较早的IC CAD软件开发者和系统应用者。当年七七一所购置的国外的IC CAD系统,包括Computer Vision系统(简称:CV系统)和阿波罗(Apollo)图形工作站。它们的主要功能是:坐标纸上芯片布图的数字化输入,用mSPICE软件对器件参数进行仿真,修改和检查芯片布图,全芯片的布局和布线,设计规则检查,大型绘图机绘制芯片布图等。90年代初期在深圳使用过Tanner公司的芯片布图编辑软件L-EDIT,已感受到EDA软件进步之神速。

三、EDA软件是个苦逼的行业

说到要发展国产EDA软件,行外人士倒是信心满满,不就是设计个软件吗,但业内人会皱皱眉头说“EDA软件是个苦逼的行业”。这么说是有理由的,笔者认为有以下几方面的原因。

1.EDA软件开发很难,并且需要不断更新开发,不断研发投入,是一个持续“高度烧脑”的行业。EDA软件要处理数十亿(甚至上百亿)个电路元件,并把它们连接成理想功能的芯片。处理和连接的难度犹如把面积仅1cm²的芯片放大25万倍后,看到在半个深圳湾高新区的面积上,用最窄5毫米的线条(多晶硅、氧化层、外延层、离子注入区、上下层过孔、铝连线等)纵横交织构成一个“电路森林”,这种纵横交织有10~20层之多。EDA软件既要保证这种处理、连接、纵横交织完全不会出错,又要满足电路参数、速度、功能、面积、功耗等约束条件。所以,由事难想到做事的工具之难,设计EDA软件的难度可想而知。

另外,一般软件开发完成后,基本可以定型并大量销售,未来的维护只是在发现错误(Bug)后,打个补丁或者更新一个版本。但是,EDA软件首先不能出现Bug,另外随着半导体工艺的进步(或者革命性变革),EDA软件都要随着开发升级版本(或者革命性新版本),并且它的销售数量非常有限。因此,大的研发投入和较少的销售数量,决定了EDA软件价格不菲。

图4. 1cm²的芯片放大25万倍后,可以看到在半个深圳湾高新区的面积上,布满了最窄5毫米的线条纵横交织构成的“电路森林”,纵向堆叠多达10~20层之多。2.人才培养难度较大,人才紧缺,薪水较高,EDA软件是一个真正的高技术行业。EDA软件开发不同于一般软件开发,它交叉在软件工程学、半导体和微电子学两个领域之间。目前高校还没有这样二合一的学科设置,既要学软件专业,又要学半导体和微电子专业。目前从业者可以是工作中半路转行,恶补另外一个学科的知识;也可以是两个专业的人配合工作,各取所长。笔者专业是计算机硬件兼顾软件工程,读研时学了超大规模集成电路和半导体工艺课程,所以对EDA软件开发有一定了解。但是,如果是学半导体和微电子专业的人,工作中转向从事EDA软件编程,要掌握软件工程的知识难度较大。目前EDA软件人才紧缺,资深高级人才更缺,需要国家有计划地在高校中定向培养。

3.用户数量非常有限,市场不大,EDA软件是一个净利润率不高的行业。市场容量不大可以理解,中国纯芯片设计公司也就1000多家,其中大多是中小企业,很难做到按需购买正版国产EDA软件。即便每家都买,假如平均每年每家购买100万元的国产EDA软件(国外EDA软件另当别论),则国产EDA软件市场容量为10亿多元。假如每家购买500万元,则国产EDA软件市场容量也仅50亿元的规模。

再来看看国外三家龙头EDA厂商的情况。根据股票市场的公开信息,2019年,三家EDA软件公司的总收入合计不超过80亿美元,估计全球EDA软件市场规模不超过100亿美元。2019年Synopsys和Cadence的总收入分别是33.61亿美元和23.36亿美元,净利润分别为5.324亿美元和9.89亿美元,净利润率分别是15.8%和42.3%。从历年的情况可以看出,EDA软件行业的发展呈现小幅平稳增长态势,难有爆发式增长的情形,净利润率基本在10%~15%之间变化。所以说EDA软件行业是一个高投入、净利润率不高的行业。

四、EDA软件是我国必补短板

去年5月16日,美国商务部以国家安全为由把华为纳入实体清单。过后Synopsys、Cadence和Mentor三家EDA软件厂商相继宣布与华为终止合作。很佩服华为具有先见之明,之前已购买了部分EDA软件的永久许可(Licence),今后虽然得不到原厂技术支持和最新升级,但可以维持一年半载,争取时间另求生机。相比芯片和元器件断供,EDA软件断供对华为的打击更大。意味着如果没有国外最新EDA软件支持,华为将无法设计新的高性能芯片,包括手机芯片、服务器芯片、人工智能芯片等,原来的“备胎芯片团队”也将无法做事。

目前美国还没有对中国所有芯片公司禁售EDA软件,如果这种极端的情况发生,国内大约1000多家纯芯片设计公司将无法正常开展业务。EDA软件、设备、原材料和工艺技术是“卡”在我们芯片产业“脖子”上的四只手。正如美国警察肖万非法“锁喉”弗洛伊德一样,任何一只手发力都让我们的芯片产业“无法呼吸!”。因此,发展国产EDA软件再苦再难,这个事关我们信息技术(IT)产业安危的短板必须补上。

目前,国内EDA软件厂商有华大九天、广立微、概伦电子、芯禾科技、汇顶科技等近十家公司,并且近几年都加大了研发投入,但还难以与国外先进EDA软件相提并论。现实情况是,1.国产EDA软件在特定功能上有特点和特色,应用于某些小众场合没有问题,(这也是他们面对国外EDA三巨头的生存之道)。但是能形成全流程大范围应用的产品较少。2.有国外先进EDA软件可用情况下,国产EDA软件认可度很低,从研发、使用、反馈、提升的“正反馈”链条难以形成,产品快速迭代和竞争力提升无法完成,制约了国产EDA软件的成熟。所以有个奇怪的说法,国外EDA软件禁止之时将是国产EDA软件行业的春天。3.EDA软件人才紧缺,需要国家有计划地定向培养。

标签:

X 关闭

X 关闭