2020 年 8 月 28 日下午,国微集团副董事长兼总裁帅红宇于 2020 中国(蚌埠)集成电路产业发展高峰论坛上发表题为《国产 EDA 现状及突围之路》的主旨演讲。报告围绕 EDA 行业特点与现状、国产 EDA 的困境与发展、国微 EDA 的发展三个方面展开。

 

EDA 行业特点与现状

EDA(电子设计自动化,Electronic Design Automation)处于集成电路产业链最上游的一环,是数字经济的支点。集成电路工艺技术不停地更新升级,目前已经进入 10 纳米以下,行业壁垒越来越高。每一代芯片的更新,复杂度往往是前一代的至少两倍。作为芯片设计不可或缺的一环,EDA 软件自身也在不断地进行更新迭代。

 

虽然 EDA 全球市场规模仅一百亿美元,却撬动了 5000 亿美元的半导体产业。如果没有 EDA 作基石,全球芯片设计公司将会因缺乏重要的生产要素,难以维持,半导体倒金字塔模型将可能会坍塌。

 

1994 年国际上取消 EDA 对中国的禁运,国内重心在快速发展集成电路产业,却无暇补上设计软件短板,导致对海外 EDA 的依赖一直延续到了现在。全球 EDA 软件供应商主要是国际三巨头 Synopsys、Cadence 和 Mentor,三大 EDA 企业占全球市场的份额近 70%。而在中国市场,三巨头占有 95%的份额。中美贸易战拉开大幕,EDA 禁运首当其冲,成为卡脖子工程。

 

帅红宇指出,EDA 行业有四个特点,一是市场高度垄断,市场营收集中在美国三大 EDA 公司;二是技术壁垒高,人才奇缺,专利护城河深,全球从业人员 2.5 万人,国内 1500 左右;三是研发投入大,周期长,三巨头每年的研发投入均在 10 亿美元以上;四是技术产品更新特别快,摩尔定律推动设计规模变化快 PPA 推动工艺节点演进快。

 

从 EDA 行业的现状来看,1964 年 -1978 年是 EDA 的早期阶段,也是 EDA 产业奠定基础的阶段;1979 年 -1993 年是 EDA 产业的黄金阶段,EDA 产业三巨头相继成立;1993 年至今是 EDA 产业的成熟阶段,海外企业通过并购不断提高行业门槛,而国产首套 EDA 熊猫系统才刚刚面世。中国 EDA 产业起步相对较晚,但目前模拟 IC 设计全流程 EDA 已经初具规模,在数字 EDA 点方面已经取得突破。

 

国产 EDA 的困境与发展

EDA 国产化并非第一次,也不是第一次受到掣肘。国内 EDA 产业发展始于 1980 年代,在技术禁运的压力之下,中国也曾自主研发过,并自主成功开发出了与国际厂商处于同一水平线上的产品。之后国际策略转为解除 EDA 技术禁运。以技术成熟价格便宜的工具挤占市场,爱环境影响,国内也不再继续深耕 EDA 领域,和海外差距越来越大。目前国内的 EDA 工具很分散,提供不了全套的工具链,而国际 EDA 公司提供给芯片企业的一般都是全套工具。此外,高校 EDA 基础教育也较为薄弱。帅红宇表示,目前,国内高校几乎完全没有 EDA 相关培养方向及 EDA 相关课程开设,EDA 相关教材主要是 VHDL/Verilog 语言或可编程器件 FPGA。此外,2010 年后国内几乎完全没有相关领域的论文发表,集成电路行业对口专业学生毕业后进入相关行业的仅占 1/3,对 EDA 又了解和兴趣的更是寥寥。

 

国内 EDA 产业面临的最大问题就是国内没有形成一个完整的、互相促进的产业链,抱团一直是半导体产业发展的最重要方向。半导体集成电路行业环环相扣,只有通过产业链上下游联动,才能获得成功。然而,国内行业协同不够紧密的问题一直存在。国内 EDA 工具厂商鲜少参与晶圆厂和设计公司的合作研发,有 EDA 产品生产出来,也得不到使用和反馈,进而难以进步。帅红宇认为存在两方面的问题,一是内外有别,对国外的 EDA 工具厂商开放,国产 EDA 厂商需要做认证审核,看资历和是否有相关项目经验。二是“资质”门槛,产业各环节试错成本过高,无论晶圆厂或 IC 设计厂都更愿相信 proven tools 和 proven teams。国产缺位陷入恶性循环。

 

如何解决这两个问题,帅红宇认为必须打通内循环,通过政、企、学、研把循环打通,整个产业链相互促进,协同发展,形成完整的生态系统,才能不再受约束。EDA 发展必要条件是行业必须抱团发展,采用市场化运作的手段,多头并进,才能建立国内 EDA 产业平台。

 

如何打通内循环,帅红宇表示要在资金、人才、产业链、应用层四个层面有所进步,一在资金层面,EDA 行业投资大、见效慢,周期长,需要高强度、高密度地持续投入。二在人才层面,EDA 行业人才匮乏,需要人才政策帮助培养人才、吸引人才,留住人才。三在产业链层面,与设计公司的互动与促进,市场驱动研发产学研相结合,政府牵头。四在应用层面,应对垄断倾销,鼓励军工、国企、研究机构采购国产软件,应用国产 EDA 予以补贴。

 

目前国内国内大概有十多家 EDA 公司,EDA 行业布局初见规模,努力在做相关工作,但是都很弱小,即使号称最强最大的华大九天,正式员工也不足 700 人。有的 EDA 公司人员甚至不足 20 人。但就是在这些同仁们共同的努力下,目前模拟芯片设计已经基本可以说做了工具国产化;而早几年,数字芯片国产化工具基本都是空白,随着这几年发展,目前在数字芯片设计全流程中,已经有不少工具在逐步国产化,但仍然跟海外一线企业有相当的差距。

 

国微 EDA 的发展之路

对为国微的 EDA 发展之路,帅红宇从政府支持、人才技术引进、资本撬动、产学研用相结合是国微四个方面进行了阐述。

 

政府支持方面,2018 年国微集团承接核高基 01 重大专项课题“芯片设计全流程 EDA 系统 开发与应用”,以布局布线工具为核心,重点开发布局布线、时序分析、物理验证和功耗分析等工具,着力开发硬件仿真加速器、门级仿真、逻辑综合和形式验证等工具,最终形成数字电路芯片设计全流程 EDA 工具平台。

 

目标明确后,如何实施必须要有“高人”提点,才能少走弯路,快速实现突破。为此,国微集团聘请了中科院院士王阳元担任 EDA 研究院首席科学家,中科院院士郝跃担任国微集团首席科学家,清华大学魏少军教授担任 EDA 研究院学术委员会主任、西电微电子学院张玉明院长担任 EDA 研究院院长,为公司提点技术发展方向。同时,国微集团还通过产学研合作促进技术发展和人才支撑,先后设立了“郝跃院士工作站”,成立“西电 - 国微 EDA 研究院”以及“东南 - 国微 EDA 联合实验室”,支持多所高校人才联合培养及 EDA 前沿理论研究。

 

对于国微集团的研发进展,帅红宇明确表示,目前整体成果超预期,成绩喜人。国微集团在 EDA 领域中以传统的 FPGA 原型方案为主,也正在布局实现支持主流工艺、与主流工具兼容的数字电路全流程 EDA 平台。2019 年 11 月 20 日,国微集团发布了全球第一款单核最大容量 FPGA 原型验证平台;国产第一台大型企业级硬件仿真器正在研发中计划于 2020 年 12 月正式上线。而在后端实现方面,国微集团正在建设以布线为中心的统一的层次化数据模型。其中包含业界最好的布线技术、PowerFirstTM 技术、对高容量及 iHO 的全层次化技术以及灵活高效的 Tcl 和 C 语言的应用程序接口(API)。

 

帅红宇强调,未来国微集团计划采用市场化运作、资本运作以及产学研用等手段,不断投入,通过自主研发、引进吸收,以布局布线、硬件加速为核心,完善逻辑综合、时序分析、功耗分析、成片率设计、可制造设计等工具,实现支持主流工艺、与主流工具兼容的数字电路全流程 EDA 平台。

 

在此我们也祝福国微集团的 EDA 数字电路全流程 EDA 平台早日完成布局。