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下行周期漩涡中的国产EDA

去年下半年,先是以手机为标志的消费电子领域,随后是笔记本电脑和数据中心,再到上游芯片产业,不少公司都库存高企、投资收紧、采购意向下降,标志着半导体行业步入调整期。 这是否会影响到国内EDA行业的良性发展,成为今年开年人们最为关心的问题之一,毕竟该领域这几年的发展刚刚渐入佳境。

3月29-30日,AspenCore将在上海举办2023国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai),同期举办的EDA/IP与IC设计论坛邀请到多家国内外优异EDA厂商发表演讲,欢迎点击报名参会

合见工软副总裁刘海燕并不否认全球缺芯带来的集中采购红利过后,确实会对行业整体带来一些影响,也会对芯片设计公司带来压力。“但EDA行业在整个行业中处于金字塔顶端的位置,每年的增幅变化都相对稳定,受到行业市场经济规律的影响会比较小。“她指出,在政策支持和投资环境向好的推动下,中国集成电路行业在疫情中仍然保持了高增长;另外还有不少优异公司成功IPO,证明了只要产品和技术得到认可,就能在产业波动中脱颖而出。

合见工软副总裁刘海燕

“在市场和技术的双重压力下,中国芯片产业绝不能停止创新的步伐。对于像我们这样的初创EDA公司来说,机会来自于芯片设计公司的创新需求,也来自地缘格局的变革,还有中国融资和创业环境的改善。“刘海燕说。

芯华章科技首席市场战略官谢仲辉也对此持相同的看法——半导体一直是周期性很强的产业,局部市场需求的波动,不会给作为上游工具的EDA带来太大影响。

芯华章科技首席市场战略官谢仲辉

一方面,伴随存量项目需求下降及产能释放,下游企业有了更多打磨新产品的机会,往往会通过技术创新、上马新项目、研发新产品等,填补存量产品的收入落差,并在未来竞争中占得先机,这就有利于对上游EDA设计工具提出更旺盛的需求。

另一方面,高速发展的新兴市场也给EDA提供了更广阔的机遇。例如在数字化转型大趋势推动下,消费电子、数据中心、智能汽车、工业智能控制等新技术领域的发展,特别是系统级创新需求的不断释放,正为EDA提供新的增长驱动力。以苹果、华为、特斯拉为代表的系统公司正在从“采购和使用通用芯片”转向“定制自己的芯片”,不断加强芯片方面的投资,通过SoC和ASIC芯片创新来实现系统创新。

与此同时,随着异构计算、Chiplet等新技术的出现和制程工艺的发展,芯片及整体电子系统的复杂度都在提升,这对EDA,特别是数字前端验证提出了更高的要求。EDA不仅要赋能芯片创新,更需赋能系统从设计到量产的创新。

SEMI最新公布的数据也印证了上述判断。2020年和2021年,全球EDA销售额增速分别高达11.62%和15.77%,远高于同期的半导体产业增速。

“不断增长的EDA市场需求”、“细分领域新需求释放”和“国产替代机遇”是思尔芯董事长兼CEO林俊雄看好本土EDA产业持续向好的三大理由。由于芯片开发的特殊性(迭代速度快、研发周期长),即便在下行周期,为了保证在市场回暖时不会丧失产品竞争力和市场份额,IC设计企业还是会持续投入新品研发,因此对EDA工具的需求依然不减。另外,随着先进工艺节点的演进,在设计验证这个细分领域,新需求也在释放。

思尔芯董事长兼CEO林俊雄

随着中美半导体博弈走向的逐渐明确,国家提出了“要加快科技自立自强步伐”的号召,EDA在面临巨大挑战的同时,也迎来巨大发展机会。

“半导体产业虽有下行,但整个EDA产业是受多方面因素影响的。从晶圆制造规模的扩大,到制造工艺和设计复杂度的提升;从Chiplet/3D封装等先进封装技术的兴起,到AI与EDA工具的融合创新,无不体现了这样的协同发展关系。”华大九天副总经理郭继旺说。

从华大九天最新披露的信息可以看到,公司已经在逻辑综合工具、射频微波设计全流程系统领域展开布局,已开展EDA+AI技术及chiplet先进封装设计技术的研发,去年陆续推出了晶体管级电源完整性分析工具、射频电路仿真工具、射频器件建模工具、光刻掩模版布局设计工具等新产品,并在物理验证工具等方面取得了技术突破。

华大九天副总经理郭继旺

“从用户角度来看,是否选择国产EDA,一定还是回归到工具的本身价值,即是否能解决用户的实际痛点和需求,带来更好的应用体验,从而提高设计效率,最终提升效益”,在谢仲辉看来,“国产”标签并不会成为企业的免死金牌,最终还是要回归到产品和服务等竞争属性。

以用户在选择极为慎重的验证工具为例。在一个7nm GPU SoC芯片研发项目中,接近七成的投入是在数字前端设计,工具的安全可靠、供应链稳定、专业服务等,都会成为用户选择的重点。

而相比传统的国际大厂,国产EDA企业在服务国内客户时,拥有地利人和优势,能够更好地以客户为导向、以终为始,指导工具的研发和生态搭建;另一方面,国产EDA企业没有技术包袱,且拥有后发起点高优势。换句话说,传统EDA工具基于以往的数据和计算结构,在多年的发展中已有很重的技术包袱,很难适配新软硬件框架,在融合前沿技术优化效果方面非常受限,工具之间也存在不兼容、数据碎片化等问题,从而在使用时降低了效率。

芯和半导体联合创始人、高级副总裁代文亮博士说,国产EDA、尤其是头部厂商的旗舰工具,经过近十年的打磨,相对于国际厂商,在部分应用上已经具备同等甚至更佳的性能,从功效上已经达到了替代国际厂商相应工具的水准,给了许多国内客户以信心。同时,各地政府为了解决设计企业困境,也纷纷出台各种优惠政策来推动设计企业使用国产EDA工具。在内需和外力的双重推动下,已有不少设计企业在积极评估和采用国产EDA工具。

芯和半导体联合创始人、高级副总裁代文亮博士

目前,国内EDA企业大多数还处于“点工具”阶段,各自关注的重点也不尽相同。那么今后,国产EDA要不要做全流程解决方案?企业又该如何理顺当前“点工具”与未来“全流程”之间的关系?

对此,谢仲辉的看法是,专注“点工具”还是打造“全流程”,并没有少数的答案,企业应根据研发力量、发展战略等实际情况综合考虑,而不应该刻意追求打造“全流程”。毕竟企业的经营目的在于为用户带来新的价值,通过创新来赢得市场认可。另外,即使要做全流程解决方案,也会选择某个点工具切入,再通过好的工具生态合作,形成面,再打造平台、流程,这也是一种道路。

就数字验证工具而言,真正的“全流程”解决方案一定不是若干点工具的简单叠加,或者说东拼西凑,也不是“以量取胜”,而是要树立终局思维,从解决用户需求出发,一开始就要构建统一的底层架构,打造统一的数据库、编译系统、调试系统,形成统一、整合的一站式“全流程”解决方案。这样才可以避免工具间的兼容性和数据碎片化,提高验证效率与方案的易用性,带来点工具无法提供的验证好处。

“点工具一定会向平台型工具进阶,而全流程是终极目标。”代文亮表示,半导体设计流程非常长,单纯从芯片设计来讲,就有前端设计、物理实现、后端签核三个主要的设计环节,随着3DIC Chiplet先进封装的兴起,封装PCB设计和仿真分析也渗透到设计的每一个环节,前前后后,整个设计流程里涉及100多道工序,而常说的“点工具”,指的就是针对其中一道或几道工序的应用。

但过去的二十年里,绝大多数国内工程师使用的都是国际EDA厂商的全流程,形成了使用习惯并积累了丰富的设计经验,要想一夜之间实现替代是不可能的。只有从点工具出发,在使用过程中获得口碑和信任,然后逐渐形成平台型工具,才是国内EDA企业短期内切实可行的发展途径。

其实,一家EDA公司只做点工具,也是有发展前途的,大多数企业也都会选择这么做,因为投入不会那么大。但如果要上升到平台级别,从前端到后端包含近百个模块,仅模拟全流程就涵盖十几个模块,还要把每个工具模块做好,再形成整体,难度之大可想而知。

郭继旺表示,对拥有国企、央企背景的华大九天来说,为了支撑中国集成电路产业的健康发展,就一定要打造这样的全流程系统,从“专”到“全”,根据5G、IOT、汽车电子等不同应用领域的特点,从平台打造、技术能力提升、行业支撑等角度继续打磨好产品,通过技术创新、应用创新以及模式创新的方式来助力中国芯,这是公司的愿景。

所以,“点工具”和“全流程”是需要并行思考和规划的发展策略。随着芯片设计规模越来越大且越来越复杂,一个完整的设计、封装与制造的EDA流程必然变得愈发重要,EDA从业者需要从全流程的跨度思考问题,找出真正的架构承重点,在这些关键技术上聚焦深耕。从历史来看, EDA国际巨头们的发展策略也都是如此。

由此看来,全流程不可一蹴而就。不同的EDA点工具,有着不同的技术方向和知识领域,需要综合掌握不同学科的知识,这样有技术又有经验的复合型人才目前在国内还是比较稀缺的。因此,更需要产业链通力合作,才能有效整合目前松散的点工具来建立全流程,并减少同质化竞争和有限资源的无效内卷,走出一条可持续发展的全流程之路。

去年,芯华章完成对瞬曜的并购,思尔芯则整合了国微晶锐。不可否认,并购确实是一个非常有效的快速扩张途径。历史上,国际EDA巨头都经历了不断收购、并购甚至合并,来构筑更完整的设计流程工具链,这是一条必然也是经过实践的可行路径。不过在当前的地缘环境下,国产EDA企业要想做海外并购,正变得越来越困难。而刘海燕认为,对于每一家企业来讲,不管是并购还是被并购,重要的是做好产品,形成自己的核心竞争力。

过去的EDA产业整合中,企业遵循的都是“自研+并购”的双轮驱动发展道路,另外,并购的时机和对象,也是实现价值的关键要素。一方面真正的核心技术无法买来,另一方面只有企业自身具备一定的实力后,才能把整合的产品、技术、人员等充分消化、串联起来,才能打通工具间限制,并通过深度融合来更好赋能IC客户。正可谓“根基不牢、地动山摇”。

谢仲辉提醒业界同行说,要充分看到并购给工具融合及团队管理带来的挑战,因此更不应盲目求新、求快、求大。要在企业发展之初,搭建统一的底层技术框架,才会减少后期融合的挑战,也有利于形成真正完整统一的全流程解决方案。

以芯华章去年完成的瞬曜整合为例。从战略上,包括产品的互补性、技术底座的一致化,还有市场和客户服务的效率等,都能够大大加快数字前端领域的国产化和市场布局;技术上,瞬曜的超大规模多线程仿真技术,与芯华章既有发展路线非常契合,通过将瞬曜相关产品融入芯华章智V验证平台,提升了工具协同效益,进一步夯实了芯华章的融合验证解决方案。

林俊雄也表达了类似的观点。首先,并购的目的是结合现有产品线和客户群,扩大自身规模,并向客户提供更完善的产品线,产生更强的协同效应,对并购公司和被并购公司来说是双赢。

其次,并购不能盲目,需要对并购对象进行多方考察。但调查的范围不仅是其资金状况,还包括是否有好的点工具、真实的客户?并购后是否充分融合两家企业文化,避免“水土不服”?还要符合自身的战略规划,最终实现1+1>2的效果。总之,并购的目的绝不是单纯的资本扩张。一味地追求快速扩张而盲目并购,往往会适得其反。

近期,思尔芯并购了国微晶锐并进行核心技术整合,推出了企业级硬件仿真系统OmniArk芯神鼎。之所以选择国微晶锐,思尔芯方面认为其硬件仿真系统已经得到客户认可,是具有过硬技术实力的成熟可商用硬件仿真系统。

“国内EDA行业要形成并购的基础条件,需要依托三个平台:产品平台、客户平台和资本平台。”郭继旺解释说,产品平台,顾名思义,必须要有全流程的产品才可以进行并购;新产品出来后,客户不敢用,就需要与他们建立相当的信任感和配合度,形成客户平台;最后则是资本平台,它是支撑整个行业发展的最重要手段,通过吸引新的公司和新的团队,实现平台型公司的补全。

去年,中国集成电路设计业规模为5345.7亿元,同比增长16.5%,作为推进半导体产业创新的重要支点之一,国产EDA已是一个功不可没的重要环节。

在EDA领域的众多细分方向中,验证伴随着芯片设计的全过程,验证工具的开发存在较高的技术壁垒和准入门槛,目前已经成为研发工具成本占比较高的一块,因此验证领域的突破对中国芯片产业发展至关重要。其次,后摩尔时代,随着Chiplet逐渐成为芯片设计业的主流技术趋势之一,这也带来了先进封装设计中所存在的高集成度、高匹配性等复杂问题,需要通过EDA工具来有效解决。

数字验证是芯华章专注的领域。为实现下一代EDA 2.0目标,公司提出了“开放和标准化、自动化和智能化,平台化和服务化”三大关键路径,并于去年7月成立了芯华章研究院,希望通过EDA工具和方法学的全面进阶,让系统工程师和软件工程师都参与到芯片设计中来,解决设计难、人才少、设计周期长、设计成本高企的问题,用智能化的工具和服务化的平台来缩短从芯片需求到系统应用创新的周期,降低复杂芯片的设计和验证难度,赋能电子系统创新。

谢仲辉表示,当前复杂的系统级芯片和高投入的先进工艺,使得IC设计产业对验证的要求越来越高。同时,为了将产品尽快推向市场,研发团队一方面追求芯片验证的完整性和验证效率,另一方面又在不断压缩本以应对压力巨大的应用创新周期。

然而,在开发周期所有阶段——包括架构、模块设计、综合、系统集成、软件开发、物理设计阶段,都在不断引入错误。在芯片研发中工作量占据过半的验证环节,已成为亟待突破的效率瓶颈。

其实产业所面临的挑战,就是很多传统工具、架构体系越来越无法高效满足用户需求了。故这也是对国际大厂超越的契机。国际大厂的优势在于长期积累的产品、人才等竞争优势,但也有因此而带来的技术包袱,更大的创新转型牵绊和动力不足等问题。

国产EDA企业除了要脚踏实地做好产品,追赶、弥补工具的缺失,更要注重把握后发优势,利用更高的技术起点所带来的“弯道超车”机遇。如果仅仅是跟随者的角色,亦步亦趋,很难实现超越。

代文亮博士则用附图讲述了IC传统设计流程与后摩尔时代设计流程之间的差别。传统IC设计流程以芯片设计为主,追求芯片级别的优异PPA,横向的分为数字SOC芯片和模拟SOC芯片两条线,纵向的分为前端设计、物理实现到后端签核三个阶段, 从而完成整个IC设计。

而后摩尔时代,以异构集成为代表的先进封装带来了系统整体设计分析的需求,最终要实现的是系统层面的优异PPA,必须通过芯片、封装到系统三个级别同时来实现上述目标。

因此, IC设计流程有了进一步的拓展(图中红色部分):一方面,3DIC Chiplet区别于传统IC,采用3D堆叠的异构系统集成技术,把芯片通过极细间距的微凸点集成到转接板上,再利用转接板上的TSV进行联通,因此在设计的每个环节都需要把协同效应考虑进来进行系统分析;另一方面,芯片设计从原先三阶段增加到四阶段,新增了封装和PCB设计,从系统层面进行综合设计和分析。

虽道阻且长,然行则将至!

本文为《电子工程专辑》2023年3月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅

3月29-30日,AspenCore将在上海举办2023国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai),除了备受瞩目的2023中国IC领袖峰会,同期举办的第二届“碳中和暨绿色能源”电子产业可持续发展高峰论坛、EDA/IP与IC设计论坛、射频与无线通信技术论坛、MCU技术与应用论坛、电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛都是工程师朋友们最关注的点。欢迎点击或扫码报名参会

文章来自:https://www.eet-china.com/

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