华大九天：应用牵引，创新拥抱——构建自主EDA行业支撑平台

华大九天副总经理郭继旺

12月22日，在无锡举办的“中国集成电路设计业2021年会暨无锡集成电路产业创新发展高峰论坛（ICCAD 2021）”上，华大九天副总经理郭继旺带来主题为《应用牵引，创新拥抱——构建自主EDA行业支撑平台》的精彩分享，以下为演讲全文：
    
我的报告分为三个部分，第一是简单介绍一下EDA行业，第二重点阐述一下华大九天经过多年的发展，在各个不同领域、行业的支撑解决方案，第三部分简单汇报一下华大九天的具体情况。
   

一、EDA行业
集成电路整个链路是设计、制造、封测，目前支撑它的材料EDA，包括装备，也逐渐被大家重视和认可，装备比较多，比如刻石机、离子注入机、光刻机，光刻机是老百姓都了解的概念，材料有惰性基体、材料、靶向材料。EDA，去年是42.3亿美金左右，通过70多亿美元的市场规模，支撑了4500多亿美金的集成电路全产业链，这上面是电子信息产业，15万亿美元产值。

EDA的发展基本经历四个过程，

1、一开始代替手工CAD阶段，原来是手工画板图，看能不能用计算机辅助人工做这些事。

2、1980年到90年代，主要形成了仿真技术和自动布局布线技术。

3、90年代和2000年，原来是画具体器件，那么是不是通过一种语言区别编译、去描述，一下形成很多器件，包括整体的综合优化。

4、2000年以后进入现代EDA阶段，不同的新材料、新工艺、新设计方法学加载到了EDA本身，包括IP大量配合EDA导入。
   

国内EDA发展历程，从一开始起步阶段，和其他国家一样，从1988年、1989年左右，我们从1988年开始政府主导成立“熊猫攻关”计划，1992年做出来了，1993年获得国家科技进步一等奖，1994年巴统协议解禁了封锁，之后的15年是我们整个产业发展的低潮期。2008年核高基专项第一个课题支撑了EDA，到了2019年以后，中美贸易战、科技战的背景下，包括集成电路，包括EDA产业迎来了快速产业，目前统计国产EDA公司数量加上BGA公司大概在70多家左右。
   

产业格局比较清晰，美方公司加起来是90%，前十大主要是ANSYS、cadence、SIEMENS。接下来的团队主要做点工具为主，像我说的，全球竞争化的市场，点工具也要做到全球第一，才可以。
   

这是一些协会统计的，几大电子信息板块，集成电路产业链链条中，哪些是我们的弱点，哪些是其他国家比较强的，做了比较清晰的分析，可以看出来EDA是卡脖子中的卡脖子，这个话题说的很多了，它是现代工业皇冠上的明珠，它又比较细，大工具50多个，又细又长，就容易被人卡。右边的图，国产EDA2020年的统计是只占1.9%，这个数据不太好看，但是这个差距代表着这个行业发展空间蛮大的。
   

产业发展特点：它是基础性的工业软件，所以会形成多年的积累和行业壁垒。另外它是投资周期长、见效慢的基础性产业，有些专家对整个科技支撑体系资金使用情况做了分析，5%用在基础研究，20%用在工程化，75%用于试错，所以很多在解决基础性、前瞻性产业原理的时候，很多资金到不了，或者资金使用情况跟其它的欧美发达国家是倒着来的。因为它是工业软件，最起码得做个三五年，在客户那儿摩擦三五年，才基本上从一个技术变为产品，最后变为商品，所以它需要产业链上下支持。另外是并购整合，一个公司不可能做那么多的工具，也要吸纳其它的优秀团队和技术加入本土里。
   

二、华大九天发展历程
华多华大九天经过多年的积累，形成了不同的解决方案。

EDA的发展主要从两个角度，一个外因，一个内因，外因是行业应用牵引，今年评出来的十个趋势，前两个是EDA发展来源于行业多样性需求，行业应用端有不同的多样化需求，一定都传递到芯片设计公司，形成不同的设计方法学，最后固化到EDA软件里就是行业发展的原动力。也有一个数据预测，EDA的收入50%以上来自系统公司。中国电子信息产业高速发展，这已经非常明显了，我们在整个电子信息产业的牵引力会逐渐对上游厂家提供不同的支持和试错环境。产业的配合比较重要，原来有些汽车芯片厂家跟我们抱怨，他们跟整车厂沟通的时候发现一个问题，整车厂采购人员，没有一颗国产芯片评估它的可靠性。另外资本加持导致整个产业非常热，这是好事，会聚集道不同的资本和人才加入，这是一个过程，随着产业逐渐理性化，可能会把优质资源集中到头部企业，这是趋势，也是理性的发展方向，所以我们EDA公司应该是需要长期坚守。
   

另外一个发展动力是内生，这是它的技术创新驱动，工艺越来越复杂，集成度越来越高，但是它的生命周期会变短。比如设计成本变高，5nm芯片从原理设计、芯片设计、流片，大概需要2亿美金，这个图非常大，但是产品上市的生命周期反而变短了，比如说手机，每年都在换，当然消费者走的也比较快一些。另外，新工艺、新材料、新的设计方法学，新工艺到了3nm的时候，是不是到GaN或者量子。还有云端、SaaS模式的许可、机器学习、安全性，原来芯片安全主要是考量软件和固件，现在很多的机构，很多领域已经呼唤我们在设计的时候考量安全性，比如说设计完是不是能够经受侧性道攻击，是不是考虑到失效模块、后门、木马介入，这也是接下来的一个大的话题。
   

我列了四个行业的解决方案，这四个行业比较有代表性，主要是新型显示、汽车电子、存储芯片、化合物芯片。
   

全球面板主要是LCD、LED，现在骇目MLED，LCD我国的市场占有率比较低，OLED仅次于韩国，miniLED和Micro LED韩国基本上在一个起跑线上。MLED是用特殊的硅基迹材料，把芯片贴在屏后面，显示效果大大提升，主要用在裸眼3D、AR、VR，又与现在炒的比较热的元宇宙连接起来，它是通道，是交界面。
   

华大九天拥有全球唯一的面板开发平台，多项技术世界领先，全球面板主要集中在中国，中国面板厂家90%用的是华大九天全流程系统，这有从侧面反映整个产业链下游对上游的牵引和带动作用非常明显。
   

我们有一些典型工具，比如一开始的基础建模工具，支持厂商建立适应生产设计需求的基础器件单元；还有不同类型的专用仿真软件，它是基本器件的仿真，最大限度平衡仿真过程中面临的“精度-效率”折中需求。我们提出快速仿真，用矩阵分析的方法，满足仿真的精确度，也不损失仿真的时间，原来的仿真虽然精度很高，但是时间很长，不能满足企业的需求；现在的屏有多种多样，有屏面屏、折叠屏，需要等电阻的布线，我们率先引用AI加布局布线在面板领域的应用。华大九天拥有国内唯一的博士后工作站，当时选的科研课题就是AI，这样的先进技术加EDA，我们招的第一个博士后就是用在AI加自动版图布局布线。
   

汽车电子话题谈的比较多，每一次EDA峰会，各种研讨会，都会单独讲，我们又是生产大国，又是消费大国，但是芯片这方面确实不够理想。我们建立了汽车芯片数字基本单位库，利用Liberal+Qualib完成各个单元库之间的较验、对比，为车规芯片工程师提供整套库优化功能。XTop+XTime是业界性能最强的能针对“多模多角+多电压域”时序路径进行高效分析和修复的工具组合，可同时支持100+PVT corner&5PD设计环境。SKipper是业界唯一具备>1TB版图数据快速打开和处理能力的工具。典型工具功能特点，汽车电子中的各类芯片开发流程，同其他芯片的开发大致相同，在工艺模型温度范围、可靠性分析、功能安全性验证等方面有特殊要求。模拟安全性有很多不确定性，我们Polas通过分布式的分析优化，完美地解决这方面的问题，保证了车规的可靠性需求。
   

存储市场，在集成电路产业里是占比最大的一块，也像EDA一样，也就是三大家，占比非常大。
   

存储芯片现在有DTCO的概念非常火热，就是设计工艺协同优化，存储器一开始的基础建模一样，接下来分两列，一列是核心存储阵列，最大功能是快速仿真，外围工业电路和模拟电路差不多，最后是版图拼接。典型的工艺特点，SMCB是驻厂为客户提供服务，最后生成了版图编译IP，这是EDA+服务+IP的组合。
   

化合物半导体市场情况，主要在LED照明方面，它有些特点，由于材料不一些，器件、工艺也不一样，它的器件比较复杂，器件模型不连续，有些个性化的设计。它的器件复杂，在仿真的时候就存在仿真不收敛，仿真结果数值不在预测区间里，也就是仿真失败，这就需要我们有一些调整优化的手段，比如说ALPS系列，可以断点保存和动态收敛技术，最后完成仿真。随着我们的工艺越来越复杂，仿真模型越来越多，我们率先提出了异构计算GPU仿真，使仿真提高了一个数量级。
   

随着产品逐渐丰富和对行业的对接越来越强，除了以上这些，还有一些消费电子、电源芯片。
   

三、华大九天介绍
最后简单介绍一下华大九天，我们是模拟电路设计全流程、数字电路设计EDA工具、晶圆制造EDA工具、面板显示全流程。总体规模占自主EDA一半以上，这是经过赛迪研究官方统一的，服务全球官方客户，包括长尾中小客户，也对我们有很多的支撑。
   

关于产教融合经验和分享，我们有专门的设计工具，包括讲师团队，还有教材和培训视频，我们也跟高校有博士后工作站，还跟12个顶尖高校有定点联培，以及和很多学校有硕士联系点。