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国产EDA发展需芯片设计和制造携手共进

铁流 · 2019-06-09 · 来源:铁君
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国产EDA工具的成长和发展,必须依赖IC设计、IC制造单位或公司的鼎立协助,只有大家协同形成合力,才有希望追赶国外EDA三大厂。

  日前,EDA工具巨头Synopsys已停止对某公司的授权,并暂停对该公司的软件更新。这是在ARM、谷歌、高通、英特尔等公司宣布遵守川普禁令之后,又一家公司宣布暂停授权。目前。EDA三大厂中,已经有两家厂商宣布遵守禁令,一旦三大厂步调一致,某公司的芯片设计业务会比较麻烦。

  

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  什么是EDA工具

  EDA工具是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称,是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。利用EDA工具,工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。

  由于上世纪六十七年代,集成电路的复杂程度相对偏低,这使得工程师可以依靠手工完成集成电路的设计、布线等工作。但随着集成电路越来越复杂,完全依赖手工越来越不切实际,工程师们只好开始尝试将设计过程自动化,在1980年卡弗尔.米德和琳.康维发表的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想,加上集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的日益成熟,使得工程师们可以设计出集成度更高且更加复杂的芯片。

  1986年,硬件描述语言Verilog问世,Verilog语言是现在最流行的高级抽象设计语言。1987年,VHDL在美国国防部的资助下问世。这些硬件描述语言的问世助推了集成电路设计水平的提升。随后,根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出,这使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。随着技术的进步,设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真,芯片布线布局对人工设计的要求和出错率也不断降低。

  时至今日,尽管所用的语言和工具仍然不断在发展,但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为,利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径,仍然是数字集成电路设计的基础。一位从事CPU设计的工程师表示,“在没有EDA工具之前,搞电路要靠人手工,对于大规模集成电路有上亿晶体管的设计用手工简直是不可为的......可以说有了EDA工具,才有了超大规模集成电路设计的可能”。

  三大厂垄断EDA工具

  中国半导体行业协会IC设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军曾表示,“我们要改变以往那种使用先进工艺就代表是先进水平的错误认识,Intel用0.13微米工艺能作出2GHz而我们要用45nm才能实现,这就是差距...... 快速提升我们自己的IC基础设计能力迫在眉睫,这是改变目前中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径,而依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”。

  清华大学微电子所所长魏少军提到的“依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”指的是国内众多IC设计公司大多依赖于ARM的IP授权开发SOC,由于都是购买ARM的Cortex A53、A72、A73等产品,同质化是必然的。

  

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  “中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径”指的是很多中国国产SOC/CPU性能的提升严重依赖于购买更好的EDA工具和采用更好的制造工艺。对于依赖更好的制造工艺和严重依赖国外IP,因不属于本文范围不做讨论,重点说下中国在EDA工具上完全依赖国外产品。

  EDA软件方面早已形成了三巨头——Synopsys、Cadence、Mentor。Synopsys是EDA三巨头之首。国内从事EDA软件开发的华大九天和这三家现在不是一个数量级的。诚然,华大九天也想在某些点工具上做些突破,但就整体技术实力而言差距很大。

  目前,国内根本没有深亚微米的EDA成体系的设计平台。正是因为国内从事EDA工具开发的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前实力过于悬殊,国内IC设计公司几乎100%采用国外EDA工具。而且在一段时间里,看不到缩小和Synopsys、Cadence、Mentor技术差距的可能性。

  EDA停止授权风险和影响

  目前,EDA三大厂中,只剩下Mentor还没有宣布遵守川普禁令。不过,考虑到Mentor是一家美国企业,Mentor发布类似Synopsys的声明,估计只是时机问题。

  不过,即便到了最坏的地步,国内其实也有应对手段,那就是用XX版的。只不过用XX版的EDA工具可能会影响企业名声,以及无法升级制造工艺了。

  考虑到摩尔定律已经放缓,无法使用更好工艺的负面影响就被降低了。只要台积电这边不出问题,短期内三大厂都停止授权,风险确实不小,但还在可控的范围内。

  针对使用XX版EDA工具设计的SoC,台积电是否接单的问题。一位朋友告知,台积电只认GDS文件,是否会侵权那是EDA软件公司的责任,台积电只是“印刷厂”。

  不过,使用XX版EDA工具只是权宜之计。国内单位应对正视问题,齐心协力一起把国产EDA工具一点一点做强。

  

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  需要大陆厂商携手共进

  EDA工具和国外差距大,一方面固然有国外起步早的先发优势。另一方面,也需要整个产业链携手共进。

  开发出性能优越的EDA工具,一方面要有良好的算法,这对数学要求很高。而由于数学这类纯理论不赚钱,很多数学人才纷纷改行去来钱快的行业。另一方面需要和工艺相结合。

  虽然在算法方面有可能取得一定的技术突破,但EDA设计的后端工具要和工艺相结合,但国内自主工艺很少有深亚微米的工艺。目前境内晶圆厂最先进的工艺线都是引进的,还签署一定限制条款。

  正如国家要发展必然离不开完善的基础建设,这是发展的基础,EDA工具的研发进步就需要国内自主研发的制造工艺做基础,由于没有自主研发的先进制造工艺,所以和工艺结合的那部分就根本不可能取得技术突破。

  那如果有了自主研发的先进工艺,就能够开发出良好的EDA工具了么?事情没这么简单。即便有了自主研发的先进工艺,撇开工艺结合,光在算法技术上和国外三巨头的差距也很远。而且算法和工艺相结合很难,需要非常高深的数学理论,这是目前国内很难做到的。

  另外,技术发展也离不开商业因素,愿意采购华大九天产品的公司相对偏少,而EDA工具的成熟,离不开IC设计公司的大规模应用。在国外三巨头占有统治地位的情况下,会导致国产EDA陷入恶性循环——产品有差距导致客户少,客户少加剧产品差距。就国产EDA工具而言,短期还看不到赶超西方的可能性。

  因此,国产EDA工具的成长和发展,必须依赖IC设计、IC制造单位或公司的鼎立协助,只有大家协同形成合力,才有希望追赶国外EDA三大厂。这个过程会比较慢,可能很多年才能实现。

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